探秘新世界纪录的11.7T磁共振 这些深入思考更值得你注意

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近日，法国CEA 原子能研究所在官网刊发消息，其与西门子医疗合作研发的11.7T人体磁共振升场正式完成！这是人类历史上第一次实现可用于人体扫描的11.7T场强，意味着人类利用磁共振探索人体奥秘的能力达到了全新的层面。

法国CEA原子能研究所官网报道是这样的：

11.7T的巨无霸磁体

这台巨无霸磁体重达132吨（普通7T的磁体为40吨），长5米，外径5米，内径90厘米。经过6年开发，从2017年7月开始安装，经历了整整2年的安装调试，终于在2019年7月18日完成了11.7T的成功励磁，为未来的应用做好了准备。在安装过程中，研发团队遇到了大量挑战，如在巨大磁体内填充超过7000L海量液氦、升场中进行复杂的调试等，仅升场就有超过1300道工序需要处理，但最终整个研发团队克服困难，实现了目标。

11.7T磁共振的项目代号为“Iseult计划”，由德国和法国共同设立于2006年，该计划的参与者包括德国西门子医疗、法国阿尔斯通等工业合作伙伴；德国弗莱堡大学、法国CEA原子能研究所等科研机构，并得到了法国Bpifrance、德国联邦教育科研部基金等基金的款项支持，可以说这是一个真正的联合研究成果。

面对这样一台世界纪录的11.7T人体磁共振，器械之家编辑部内产生了两种继截然不同的观点：

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一方认为：

1.更高场强人体磁共振的面世，势必带来更快的扫描速度，更强的稳定性，而且场强的提升，意味着图像质量的进一步提升(由于目前11.7T成像清晰图片没有很多，因此对比图片以7T为主，但已经可以预见到11.7T的成像质量)：

7T，1.5T磁共振成像对比图

由左至右为清晰度 为0.7 x 0.7 x 1.0 mm³, 0.5 x 0.5 x 1.0 mm³ 及0.5 x 0.5 x 0.5 mm³下1.5 T, 3 T, 及 7 T 磁共振成像对比图

血管性痴呆患者脑微出血的磁敏感加权成像(Susceptibility Weighted Imaging)。

a:1.5T磁共振成像，清晰度0.4 x 0.4 x 1.6 mm³ ，回波时间40 ms

b:7T磁共振成像，清晰度0.2 x 0.2 x 1.5 mm³ ，回波时间15 ms

c & d: 1.5 T和7T磁共振相同参数下的对比图（清晰度0.3 x 0.3 x 3.0 mm³, TE = 15 ms）

箭头所示为微出血点。

德国埃森欧文哈恩研究所（Erwin L. Hahn Institute, Essen, Germany）提供的7T，使用TIAMO技术采集到的男性受试者(体重92公斤，身高185厘米)磁共振成像。

最高分辨率的活体全脑数据集

2.更高场强人体磁共振的面世，势必带来更高的磁化率：超高频磁共振成像的一个重要应用是血氧水平依赖脑功能性成像(blood oxygen level dependent,BOLD-fMRI)。高磁化率的增强使得超高场强能够转化为可观察到的BOLD信号变化更强从而改进fMRI实验。功能磁共振成像是用来研究功能连接以进一步了解大脑在健康及患病时的各项功能。利用超高场强提供的超高灵敏度，高分辨率的fMRI临床前实验将变成可能。

11.7T大鼠大脑一系列双侧皮质和纹状体连接网络的独立成分分析(ICA)。图片来源:德国科隆马普学会神经科学研究所（Mathias Hoehn, Max-Planck-Institute for Neurological Research, Cologne, Germany）

3.更高场强人体磁共振的面世，势必带来更高的光谱色散率：由于超高场强下灵敏度和光谱色散率的提高，自然而然超高场强磁共振波谱成像(MRS)会因此提升。MRS是一种利用磁共振现象和化学位移作用，进行一系列特定原子核及其化合物分析的方法。目前商用的MRS仪器已经具备23.5T的场强，可以对小型样本进行超高分辨率的光谱实验。同样，超高场强MRI磁体可以进一步提升活体内化学位移和敏感性。因此已有报道称使用超高场强磁体时，临床活体内MRS得到显著改善。除了灵敏度增益和高化学位移方面的优势，还可以进一步证明，弛豫增强MRS策略允许额外利用超高场强时水和代谢物弛豫时间的差异，生成“无水”MRS，而不需要使用常见的水抑制技术。

核磁共振低温探头在15.2特斯拉获得的活体小鼠光谱。

4. 更高场强人体磁共振的面世，势必带来更高的光谱色散率：更大的信号，更方便的扫描；如GE医疗近期的“黑科技”的AIR线圈，革命性的AIR Technology™（AIR技术平台）突破以往在信噪比提升上和临床应用方面所遇到的瓶颈，从根源上提高图像信噪比，实现了高清图像的获取，为临床精准医疗提供了更多拓展。而西门子医疗的新一代智慧型生命感知3T磁共振系统—MAGNETOM Vida。MAGNETOM Vida集成BioMatrix 生命矩阵系统，革命性提出了“设备配合患者”的创新扫描理念，是磁共振领域20余年来具有划时代意义的重磅产品。

GE医疗的AIR Technology™（AIR技术平台）核心技术来源于对传统磁共振线圈的颠覆性创新，使用革命性材料INCA纤维导环结构。这种材料有效克服了传统铜材质线圈一直以来存在的问题，即单元间的耦合效应。若相邻两个单元若重叠过多，就会出现磁通量相互抵消。现在的AIR Coil 线圈将相邻单元之间的重叠范围增加到原来的3.5倍之上，实现了最大密度的线圈单元通道分布。

西门子医疗生命矩阵系统的出现彻底改变磁共振近30年的系统架构，开创磁共振设备的未来。生命矩阵系统的出现，打破了传统的磁共振需要“病人配合设备”的束缚，革命性的创造了“设备配合病人”新的扫描理念。当病人躺上 MAGNETOM Vida磁共振扫描床，MAGNETOM Vida磁共振就能立即感知病人各种生理信息，如：解剖，呼吸、心跳，人体磁场变化等等，并将这些信息实时传递给整个磁共振系统。MAGNETOM Vida磁共振在整个扫描过程中，根据病人这些生理信息，智能化调整对于病人的扫描，从而获得针对该病人最优的检查结果。

5.更高场强人体磁共振的面世，将通过超高场强治疗对抗缺血性中风；世界卫生组织已将中风列为全球第二大常见致死疾病。限于目前治疗方法的局限性，如仅对一小部分患者有效，而且卒中后成像时间使得救治效率大幅降低。因此临床前成像新的治疗方法的需求变得至关重要。

更高场强人体磁共振将为快速响应治疗提供：

•更高的质子灵敏度

•更高的质子对比度，尤其是敏感性

•更强的分辨率

•更短的检测时间

•增加对X核的敏感性

脑中风的类型

而且高场强MRI可用于诊断包括创伤性脑损伤、脑肿瘤、脊柱肿瘤、多发性硬化症、中风、感染、痴呆、动脉瘤、血管阻塞、动脉疾病、神经紧缩、骨折等。

因此：本质上，超高场强MRI可以从事所有低场强MRI的检查，甚至更多。除了优越的图像分辨率，高场磁共振成像也快得多。

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另一方认为：

目前的磁共振设备，1.5T,3.0T已足以应对目前医学上的医疗诊断，场强的提升往往会应用于科研领域。磁共振发展至今，还需不需要如此强大场强的磁共振？虽然超高场强MRI比低场强MRI成像速度快，成像质量得到提高，但仍有其不足之处。

1. 就目前的技术而言，磁共振成像应用最广泛的领域是NbTi超导材料（niobium titanium superconducting wire），由于这些超导体的临界场的限制，一个场可以产生多高存在限制。这个极限范围是在10-12T范围内，而且只有进一步冷却NbTi超导材料才能达到12T。这种材料可以产生高于这一范围的电场，但这种材料非常脆弱，这种材料很难完全得到使用。

磁共振成像应用最广泛的领域是NbTi超导材料（niobium titanium superconducting wire）

2. 高场强磁共振成像系统造价高昂。与低场磁共振成像不同，高场磁共振成像需要液氦来保持超导磁体的低温。而液氦是一种不可再生资源，市场波动很大，因此液氦可能非常昂贵。通常情况下还需要每两到三个月补充一次。

液氦泄露检测试验，氦泄漏检测面对的是最为复杂的压力情况、密封系统及外壳中的泄漏等，以快速面对最为微小的泄漏问题。氦泄漏检测是一种无损检测方法。

面对液氦这样一种不可再生资源，各大厂商也在竞相研究替代能源

3.患有幽闭恐惧症或焦虑症的患者可能会因磁共振成像感到不适。这是磁共振成像一直以来的问题，各大厂家也是八仙过海，各显其能。高场强的磁共振成像时间比低场强磁共振成像要快很多，但仍要求患者长时间静止不动(通常为30分钟左右，但有时更长，依据扫描的部位及目的不同)。

对于患有幽闭恐惧症或焦虑症的患者们，器械之家在这里整理了一些小贴士：

核磁共振扫描时的电影/视频体验：一款磁共振使患者能够在检查时观看电影/视频，成功地将他们从周围环境中转移注意力，并将他们带入一个充满电影乐趣的世界。该还会制造出更多空间和光线的错觉，否则会让你感到狭窄。

病人的位置：这是阻止任何幽闭恐怖症发作的一个重要因素。有些扫描并不需要头部进入扫描仪，这取决于被扫描的身体部位;你可以就这个问题咨询放射科医生。如果医生同意，那么你就可以在不用头部进入扫描仪的情况下进行手术，从而将你的焦虑降到最低。

噪音问题：有时候，机器发出的噪音，以及诊断中心的整体氛围—机器发出的哔哔声，护士和医生们各自忙着自己的工作—可能会引发焦虑和幽闭恐惧症。为降低环境噪音，耳塞是一个不错的选择。而有的厂家也推出了低噪音磁共振。

熟悉的环境：有时焦虑源于对外界环境的不熟悉。要解决这个问题，试着参加一些训练，你会对进入和离开机器的过程感到舒适。此外，你也可以要求医务人员帮助你熟悉这台机器，这将使它看起来不那么有威胁。提醒的是，在进入成像室之前，确保你遵守所有安全条款并且总是有工作人员陪同。

陪伴：朋友或爱人在一起可以大大减少幽闭恐惧症的症状。我们经常观察到，当所爱的人站在病人旁边和他们说话时，这在很大程度上有助于分散病人的注意力让病人平静下来。

镇静：这是最终选择。那些幽闭恐怖症和焦虑有可能发展成恐慌症发作的患者可以服用短效镇静剂。然而给药的时间至关重要，病人也必须有足够的时间恢复。

4.如此高的场强是否会引起新的安全问题仍未可知。在1.5T时被宣布为“安全先生”的医疗设备，在更高的领域未必如此。安全性这一重要问题不容忽视。目前全世界已有超高50多台超高场强(7T及以上)MRI系统。其中绝大多数都是对人体进行研究，其中包括健康志愿者、临床研究志愿者及实际患者。磁场强度的增加可能会在静磁场本身的影响、更高的工作频率导致的功率沉积增加以及噪声等方面引起新的安全问题。

安全问题不容小视，器械之家只希望在现在及未来，只使用这种概念图

结语

1.随着科学技术的不断发展，会有更高场强的MRI问世，目前7T以上定义为超高场MRI，器械之家相信，未来会是超级超高场MRI（SUPER ULTRA ）。

Low field → below 0.3T

Mid-field → 0.3T to 1.0T

High field → 1.0T to 3.0T

Very high field → 3.0T to 7.0T

Ultra high field → above 7.0T

 2.磁共振成像需要液氦进行冷却，器械之家相信，不久的未来，会有新型可替代，可再生能源的问世。

3.未来，只有更适合的MRI设备问世，器械之家预测，未来的MRI或许会朝向便携型发展。

我们拭目以待，你怎么看呢？

文章部分内容来源于：

1.Pros and cons of ultra-high-field MRIMRS for human application

2.High Field MRI: Technology, Applications, Safety, and Limitations 

3.The future of ultra-high field MRI and fMRI for study of the human brain

4.Why use ultra high field MRI

5.Safety of Ultra-High Field MRI: What are the Specific Risks?

6.The world’s strongest MRI machines are pushing human imaging to new limits

7.6 Ways To Tackle Claustrophobia During An MRI Scan

8.No Laughing Matter: The World Is Running Out Of Helium, But It Won’t Hold These MRI Engineers Down

9.QUESTIONS AND ANSWERS IN MRI

10.A Breakdown of the Differences Between Low Field and High Field MRI Systems

11.11.7 teslas: The World-Record Magnetic Field Generated by a Human MRI Magnet

西门子医疗磁共振系统MAGNETOM Vida震撼发布 揭开全球首台智慧型生命感知系统神秘面纱

END