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揭秘高精度成像技術：探索7T核磁共振的奧秘！

2023-04-24
7T核磁共振是一種高場核磁共振成像技術，常用于對人體進行高精度的成像和診斷。7T表示磁場的強度為7特斯拉（T），是傳統核磁共振技術（如1.5T和3T）的兩倍。由于磁場強度提高，這種技術可以提供更高的信噪比和更準確的結構和功能信息。這種技術可用于研究神經科學，成像身體各個部分及分子成像等領域。 


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磁共振的“T”代表什么


T代表的是tesla，就是場強的大小，場強越大，信噪比SNR越高。順便提一下，地球的磁場是0.00005 T。T越大通常意味著可以提供更高的分辨率，以及能更快地對人體成像。在3T時候，磁共振可以分辨小至1mm的細節，而在7T設備上， 可以達到0.5mm，也就是說，可以分辨人類腦部皮層的內部功能。在7T磁共振上，人類首次看到了信息是如何在人類的大腦中神經元之間傳導。

磁共振的磁場越強，排列的質子比例越高，并且質子之間的能量差也越大。這樣產生的信號可以比背景噪聲更好地檢測到。但是場強的每一次跳躍都會帶來一些不確定性。Victor Schepkin說：“在磁共振時代開始時，許多科學家認為0.5 T是磁共振的最大磁場強度”，因為他們認為活組織的離子電導率將阻止無線電波滲透到體內。1980年代，出現了用于臨床的1.5T磁共振掃描儀。2002年，3T磁共振掃描儀獲得批準。但在此之前，研究人員就一直在爭取更高的場強。


磁共振的“T”是越高越好嗎


從3T到7T的轉變帶來了一些挑戰。生物副作用雖然是暫時的，但更為明顯：研究人員說，人們在進出掃描儀時會感到頭暈和眩暈。當人們在機器內移動時，他們有時會嘗到金屬味，看到白色閃爍或經歷稱為眼球震顫的非自愿眼動，組織也會過熱。因為隨著場強的增加，氫核會以更高的頻率共振，所以超高場磁共振必須使用更短的波長，從而使用更高能量的無線電脈沖來使質子擺動。人體組織也會從這些波中吸收更多的能量。因此，為避免產生熱量，并得到圖像，必須在掃描期間盡可能多地消除這種能量。研究人員已設計出多種方法來實現此目的。紐約大學醫學院的肌肉骨骼放射學家格里高利·張（Gregory Chang）說，一種策略是使用排列在患者周圍的可單獨調諧的發射器環來產生脈沖。

與此同時，高分辨率也是喜憂參半，因為它使磁共振對微小的運動更敏感，可以模擬并消除由于呼吸或心跳引起的一些體內重復運動。然而在7T及更高場強下，最大的挑戰是低分辨率磁共振中不存在的挑戰：顱骨內部的大腦非自愿運動。舉個例子，如果我們在磁共振中伸展腳趾，我們的大腦就會移動，因為腳趾通過脊髓與大腦相連，而解決以上問題需要持續的研究。

此外，有報道還指出，超高場強7T磁共振可能會使牙齒的汞合金填充物中釋放出汞。研究人員在每個牙齒上打開了兩個側面的洞，并使用了汞合金填充物。9天后，將兩組隨機選擇的20顆牙齒放入人造唾液溶液中，然后立即暴露于1.5T或7T磁共振中20分鐘。對照組的牙齒只放在人工唾液中。當研究人員分析人造唾液時，第7T，1.5T和對照組的汞含量分別為百萬分之一（ppm）的0.67±0.18、0.17±0.06和0.14±0.15。7T組中的汞含量為0.67 ppm，約為1.5T組和對照組中汞含量的四倍。這可能是由于在超高場強下汞材料發生了相變或者通過形成微電路造成的。

國內獲批場強最高磁共振是多少T


1980年世界上首臺用于臨床的全身磁共振問世，隨后，“GPS”相繼推出自己公司的首臺磁共振，磁共振三足鼎立的市場形勢初現雛形。1989年8月，北京301醫院引進了我國首臺進口磁共振設備，由于技術有限，當時的磁共振掃描速度相當慢，檢查1位患者大約要40分鐘。當時，國內關于磁共振的研發剛起步。2017年美國食品藥品監督管理局批準了首個7T設備，也就是上面所提到的西門子的那臺設備，安裝于美國明尼蘇達州的梅奧診所（Mayo Clinic）。目前，國內獲批最高場強設備是7T磁共振，而普通三甲醫院通常配置一般是1.5T和3T磁共振。


結語


總的來說，7T核磁共振成像技術是一種非常有前途的成像技術，但需要進一步的研究和安全性評估，以擴大其應用范圍，并更好地了解其對人體的潛在影響。