MRI場(chǎng)強(qiáng)對(duì)成像及圖像質(zhì)量的影響

磁共振設(shè)備中磁體是其核心部件及組成部分，它的主要作用是提供一個(gè)穩(wěn)定的、均勻的空間磁場(chǎng)環(huán)境。

場(chǎng)強(qiáng)小于0.5T的MRI叫做低場(chǎng)MRI，一般是永磁型的。場(chǎng)強(qiáng)在0.5T和1.0T的MRI叫做中場(chǎng)MRI。場(chǎng)強(qiáng)大于1.0T但是小于2.0T的MRI屬于高場(chǎng)MRI，臨床中最常用的1.5T已經(jīng)可以稱為高場(chǎng)MRI了。場(chǎng)強(qiáng)大于2.0T的是超高場(chǎng)MRI，包括臨床常用的3.0T以及目前最新的臨床使用的7.0T。場(chǎng)強(qiáng)越大，理論上得到的圖像信噪比越高。但是，隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高，磁體的體積越大、重量越重，制造成本越來越高。另一方面，7.0T以上的靜磁場(chǎng)環(huán)境對(duì)于人體組織是否存在潛在安全隱患目前并未得到驗(yàn)證。所以，磁場(chǎng)強(qiáng)度并不是越大越好，臨床使用最多的目前還是1.5T和3.0T。

我們要避免陷入高場(chǎng)就一定比低場(chǎng)好的誤區(qū)。下面從幾個(gè)方面來討論場(chǎng)強(qiáng)對(duì)于成像及圖像質(zhì)量的影響。

場(chǎng)強(qiáng)大小我們一般用特斯拉T來表示。還有一個(gè)量級(jí)更小的單位，它是高斯（Gauss， G），1T=10000G。1高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度是非常微弱的，基本可以忽略不計(jì)。

5高斯線（Five Gauss Line）是一個(gè)區(qū)域空間概念，表示在這個(gè)區(qū)域以外的磁場(chǎng)強(qiáng)度都小于5高斯，一般認(rèn)為5高斯線以外是安全區(qū)域，其磁場(chǎng)強(qiáng)度可以忽略不計(jì)。

不同場(chǎng)強(qiáng)的MRI，其5高斯線范圍并不相同。場(chǎng)強(qiáng)越高，則5高斯線范圍越大。3.0T磁共振的5高斯線范圍比1.5T大。一般要求將5高斯線控制在磁體間以內(nèi)。操作磁共振的技術(shù)人員所在的操作間都是在5高斯線范圍以外。

目前臨床最常用的超導(dǎo)磁共振靜磁場(chǎng)主要是1.5T和3.0T，在這個(gè)磁場(chǎng)范圍內(nèi)并沒有文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)人體有負(fù)面影響。但是還是存在一些生物學(xué)效益，主要包括：1.溫度效益：由于人體的體溫調(diào)節(jié)中樞具有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)體溫的能力，所以靜磁場(chǎng)對(duì)人體溫度的影響幾乎可以忽略不計(jì)；2.磁流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)：主要是指人體的血液、體液等流體在靜磁場(chǎng)環(huán)境中產(chǎn)生的一些效應(yīng)，包括紅細(xì)胞沉降速度加快，心電圖改變，不過這種效應(yīng)對(duì)人體的影響也并不大；3.中樞神經(jīng)系統(tǒng)效應(yīng)：人體的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞是一種電活動(dòng)，磁場(chǎng)有可能影響這種電活動(dòng)。目前并沒有文獻(xiàn)報(bào)道磁共振對(duì)人體神經(jīng)活動(dòng)有顯著的不良影響。

MRI掃描雖然沒有電離輻射，但是人體接收射頻脈沖是會(huì)產(chǎn)生熱量的。為了能夠更好地控制人體接收的射頻能量，量化射頻場(chǎng)的熱效應(yīng)，引入了一些指標(biāo)。特定吸收率（Specific Absorption Rate， SAR），是指每千克單位的組織所吸收的射頻能量，單位是瓦特每千克（W/kg），又簡(jiǎn)稱SAR值。SAR值和被檢查者的體重有關(guān)。磁共振檢查前，都會(huì)輸入被檢查者的體重，就是為了計(jì)算好需要發(fā)射的射頻能量，并且可以監(jiān)測(cè)SAR值。體重輸入不恰當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致射頻能量差異過大，比如一個(gè)90kg的病人，如果輸入的體重只有45kg，則射頻系統(tǒng)按照45kg重量發(fā)射能量，能量不足；同樣一個(gè)45kg的人，如果輸入的體重是80kg，則射頻發(fā)射的能量對(duì)于這個(gè)人來講就過大，熱量沉積就多，可能就超過SAR值限定。

SAR值和MRI場(chǎng)強(qiáng)的平方成正比，所以，同樣掃描序列，3.0T的SAR值是1.5T的4倍。場(chǎng)強(qiáng)越高的MRI設(shè)備，越容易超SAR。系統(tǒng)為了保證MRI不超SAR，一般是通過延遲TR來達(dá)到降低單位時(shí)間能量沉積的。所以，和大家認(rèn)識(shí)恰恰相反，同樣參數(shù)的序列，場(chǎng)強(qiáng)越高，掃描時(shí)間并不是越快，而可能是越慢，這是由于TR延長(zhǎng)所致。這一點(diǎn)在腹部掃描中可能會(huì)出現(xiàn)。

但是，場(chǎng)強(qiáng)升高，圖像信噪比增加，有時(shí)候需要2次激勵(lì)的，到了高場(chǎng)強(qiáng)后，只需要一次激勵(lì)，這樣把時(shí)間縮短了。

信噪比（Signal-to-Noise Ratio， SNR）是磁共振圖像中最重要的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，它的定義是系統(tǒng)接收到的有效信號(hào)振幅和背景噪聲的比值，反映在圖像中就是圖像的信號(hào)強(qiáng)度與背景隨機(jī)噪聲強(qiáng)度之比。在磁共振信號(hào)采集的過程中，線圈得到的信號(hào)中既包括了真正的磁共振信號(hào)，也有系統(tǒng)的隨機(jī)背景噪音。SNR越高，則圖像的質(zhì)量越好，表現(xiàn)在圖像上就是需要成像的組織越清晰；SNR越低，圖像質(zhì)量越差。

場(chǎng)強(qiáng)和SNR的關(guān)系非常簡(jiǎn)單，圖像的SNR正比于場(chǎng)強(qiáng)。

在MRI成像中，有很多效應(yīng)是很場(chǎng)強(qiáng)成正比的，比如化學(xué)位移（chemical shift）效應(yīng)、BOLD效應(yīng)等。這些效應(yīng)有時(shí)候可能產(chǎn)生偽影，干擾圖像診斷；但有時(shí)我們也利用這些效應(yīng)來突出對(duì)比，達(dá)到臨床目的。

在1.5T中，射頻脈沖在人體中波長(zhǎng)大約為52cm，大于人體橫徑，可以完全穿透人體，基本上不會(huì)產(chǎn)生駐波；而在3.0T場(chǎng)強(qiáng)下，射頻脈沖波長(zhǎng)變?yōu)?6cm，對(duì)于體部成像來說，可能無法穿透人體橫徑，則會(huì)產(chǎn)生駐波，影響B(tài)1場(chǎng)均勻性，產(chǎn)生偽影，這種偽影一般在3.0T的磁共振體部掃描中比較常見，這個(gè)偽影就是介電偽影，又叫電解質(zhì)偽影（Dielectric Artifact）。它沒有固定的規(guī)律，經(jīng)常對(duì)影像診斷產(chǎn)生較大的影響。 解決方案：①采用多源射頻系統(tǒng)②使用飽和介質(zhì)水帶，也就是電解質(zhì)墊（Dielectric Pads），減少介電偽影③ 對(duì)于大量腹水的腹部患者，可以使用1.5T或者更低場(chǎng)強(qiáng)的磁共振進(jìn)行掃描。

組織的弛豫時(shí)間T1是和場(chǎng)強(qiáng)相關(guān)的，一般來講場(chǎng)強(qiáng)升高，組織的T1值會(huì)延長(zhǎng)。T1延長(zhǎng)的直接后果是導(dǎo)致組織的縱向弛豫延長(zhǎng)，組織恢復(fù)時(shí)間變慢，可能產(chǎn)生的橫向磁化矢量會(huì)降低。T1延長(zhǎng)大部分情況會(huì)影響圖像對(duì)比度，導(dǎo)致組織對(duì)比度下降。

綜上，場(chǎng)強(qiáng)升高，直接帶來的獲益是圖像信噪比增加，對(duì)于這些多余的信噪比一般我們可以這樣處理：①保留住多余信噪比，提高圖像的質(zhì)量；②用這些多余的信噪比換空間分辨率，提高圖像空間分辨率；③不需要這些多余的信噪比，讓掃描速度更快（減少信號(hào)平均次數(shù)），時(shí)間更短，提高速度，增加流通量。

（作者單位：運(yùn)城市中心醫(yī)院影像科 陳虹）