MRI技术的新进展

月**楼

选自:现代医学成像 2003/4期     作者:陶笃纯 曾晓庄

近年来，MRI的技术有了新的进展，有些是突破性的，值得我们注意。本文对此作简要介绍。
1． MRI 系统
近1~2年来，超高场MRI系统发展十分迅速。美国FDA已批准全身3T系统用于临床。4T系统已得到FDA无明显危险的许可。已在7T系统上对几百例健康志愿者完成无事故和无明显安全危险纪录的测试。在9.4T系统上对成年兔及其后代未观察到不良的生物效应。截止2002年4月，已安装3T系统90台、4T系统15台、4.7T系统3台、7T系统3台、8T系统1台、9.4T系统1台。GE公司已宣布，正在进行7.0T磁共振成像设备的开发，7.0T的磁体已可工业生产。Siemens在2002年7月份预计，两三年内3T可能将占领市场份额的20%到30%。
高场系统近年来在世界市场占据的份额正在逐步提高。短腔磁体、并行扫描技术、多通道全景式阵列线圈已基本成为这类系统的标准配置。
对于高场开放系统,1999、2000年的RSNA上Siemens、Philips等厂家相继宣布推出1.0T的高场开放系统，但由于技术问题，主要是产品成本问题，推出的速度已经放慢。目前厂家宣布将在2003年投入规模生产。0.5T、0.7T的开放系统已有商品供货，但数量并不多。此外，有一些厂家,例如Philips，将其高端超短1.5T系统Infinion也定为开放系统。
由于高端产品的技术加速向低场转移，低场开放系统的性能明显提高，功能也在增多。例如,在所有Philips的Intera系列(0.5T，1.0T，1.5T，3.0T)和Panorama系列（0.23T,1.0T,1.5T）的磁共振成像设备中，用户均可选择是否集成SENSE技术，采集速度可达50层/12s~15s。在Siemens0.2T的Concerto上配置了多种全景式阵列线圈，在GE的产品上配置了交互式实时功能，例如0.35T的Signa Ovation可实现3.5祯/秒的速度。
2．磁体
由于市场对超高场MRI系统需求的驱动，超高场磁体的技术也有了突破。今天，直到12T的用于人体成像的超高场磁体，基本技术问题已有解决办法。实际上，高场开放系统遇到的问题主要也是磁体的问题，现在也找到了解决办法。
另外，一直使受检病人烦恼的噪声问题,这两年也在一定程度上得到了解决。大家知道。磁场强度越高，扫描时磁体(其实是梯度线圈)产生的噪声就越强。在高场系统迅速发展的今天，解决这个问题的迫切性也就变得越来越强了。现在，许多磁体的噪声水平已经降到原来的一半以下。
3．梯度
磁场梯度是MRI系统的另一个关键问题，它在很大程度上决定了系统的性能，有一些功能的实现也取决于梯度的水平。近年来梯度技术有了明显的进步。
使用级联脉宽调制（PWM）功率级构成的增强梯度放大器已可提供2000V的输出电压，500A输出电流的能力，能支持任意形状的梯度脉冲波形，支持各种高速、实时应用/使用目标场设计方法，对梯度线圈电感进行优化，可实现高速通断、幅度更高的梯度线圈。对全身应用，已能实现幅度在20mT/m~40mT/m，上升时间低至200s的梯度线圈。对于专门部位的应用，例如头部专用的梯度线圈，已实现幅度在40mT/m以上，上升时间在100s以下的性能。随着对梯度线圈更高的性能要求，对梯度线圈的长度、功率损耗、缓解**神经末梢及声学噪声等方面提出更高的要求，最近在梯度线圈设计方面已提出一些新的方法。此外局部**专用线圈、双梯度线圈也很活跃。
在今年5月举行的国际磁共振成像学术年会上，Siemens宣布，将在一年内实现50 mT/m的梯度，在两年内实现100mT/m的梯度。
4．射频系统
对于超高场MRI系统，高频线圈的发展基本与高场磁体结构的发展同步。多元阵列式全景线圈的发展十分迅速，支持并行扫描的线圈技术发展也很迅速，目前已能支持最优化的4、8、16、32、64个接收通道的配置，支持3-4倍的图像采集速度。今年的国际医学磁共振年会上，Siemens宣布他们将在1-2年内实现128通道，1MHz带宽/通道的射频系统。
5．MRI谱仪
MRI谱仪是MRI系统的核心部件。纵观全球，不少MRI系统厂家外购射频功放和梯度放大器，但很少有外购谱仪的。近年来，磁共振厂家的竞争越来越体现为谱仪技术的竞争。在今年的国际磁共振年会上，GE公司推出Excite技术，宣称是十多年来MRI方面最大的技术突破。实际它是GE公司为其系统提供的最优化的数据通道，基于发展的谱仪技术，它集成发射、接收和磁共振消息处理的多个部件，改善了梯度和射频信号的开关技术，支持更短的TR和TE，增加接收线圈的通道数，添加更多的存储空间、更好的数据库，重建速度更快，图像质量更好，使信噪比增加，更好地支持功能成像和MRI谱的应用。
6．采集技术和重建方法
MRI系统技术的改进，系统实时能力的提高使现在MRI扫描采集和重建的数据量大幅度增加。
现代脉冲序列和扫描技术设计集中于更高采集效率的方法。近年来非常活跃的非笛卡儿K空间轨迹技术，K空间数据共享技术是其中十分活跃的应用实例。在图像重建方面，非笛卡儿的重建、不完整数据的采集、与并形成像技术有关的重建方法都是当前十分活跃的领域。
在此，想特别强调一下并形成像技术，这是一个重大的技术突破，用它能大幅度缩短MRI扫描时间。现在可以作到50层/10秒~20秒，采集速度达到传统方法的4倍甚至9倍。这种技术利用多元阵列线圈同时采集信号，经过多个接收通道按适当的方法排编和处理后，再统一进行图像同时采集MRI信号，经过多个接收通道按适当的方法编码步数，而不降低MRI图像的空间分辨力，从而突破脉冲序列重复时间相位编码步数这样一个MRI采集时间的传统限制。这种新的扫描技术，可以跟CT里用多排***同时进行多层扫描相类比，同样能大大缩短扫描时间。当然，用了并形成像技术，必须事先知道各个线圈的灵敏度及其空间分布，以便在后面的处理时，对不同线圈的贡献给出相应的权重。所以这种技术又称为灵敏度编码(SENSE)技术（不同公司把类似技术叫不同的名字，其实它们的本质是类似的）。采用并形成像技术，对系统提出新的要求，如需要多个接收通道、多元阵列线圈及线圈灵敏度校准、用特殊的数据处理和图像重建方法等等。
7．专家系统/计算机辅助
多年的技术累积和计算机在医院应用普及，现在有可能建立起计算机的专家系统，对人们的MRI扫描提供帮助。包括根据病人的临床资料，由计算机来制定MRI扫描方案供医生选择：MRI系统中的计算机辅助选择扫描序列和扫描参数；根据病人的检查结果为医生提供计算机辅助生成病人的诊断报告等。这些，对于那些MRI不太熟悉、对使用MRI设备不够熟练的医务人员能提供有价值的帮助。用这种方式得到的MRI检查结果不一定最佳，但它利用了大量经验的积累，其基本质量应该是有保证的。