MRI場強對成像及圖像質(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穩(wěn)定的、均勻的空間磁場環(huán)境。

場強小于0.5T的MRI叫做低場MRI，一般是永磁型的。場強在0.5T和1.0T的MRI叫做中場MRI。場強大于1.0T但是小于2.0T的MRI屬于高場MRI，臨床中最常用的1.5T已經(jīng)可以稱為高場MRI了。場強大于2.0T的是超高場MRI，包括臨床常用的3.0T以及目前最新的臨床使用的7.0T。場強越大，理論上得到的圖像信噪比越高。但是，隨著場強的升高，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以上的靜磁場環(huán)境對于人體組織是否存在潛在安全隱患目前并未得到驗證。所以，磁場強度并不是越大越好，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就一定比低場好的誤區(qū)。下面從幾個方面來討論場強對于成像及圖像質(zhì)量的影響。

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

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

不同場強的MRI，其5高斯線范圍并不相同。場強越高，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)磁共振靜磁場主要是1.5T和3.0T，在這個磁場范圍內(nèi)并沒有文獻(xiàn)報道對人體有負(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)中樞具有強大的調(diào)節(jié)體溫的能力，所以靜磁場對人體溫度的影響幾乎可以忽略不計；2.磁流體動力學(xué)效應(yīng)：主要是指人體的血液、體液等流體在靜磁場環(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，磁場有可能影響這種電活動。目前并沒有文獻(xiàn)報道磁共振對人體神經(jīng)活動有顯著的不良影響。

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），又簡稱SAR值。SAR值和被檢查者的體重有關(guān)。磁共振檢查前，都會輸入被檢查者的體重，就是為了計算好需要發(fā)射的射頻能量，并且可以監(jiān)測SAR值。體重輸入不恰當(dāng)則會導(dǎo)致射頻能量差異過大，比如一個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45kg的人，如果輸入的體重是80kg，則射頻發(fā)射的能量對于這個人來講就過大，熱量沉積就多，可能就超過SAR值限定。

SAR值和MRI場強的平方成正比，所以，同樣掃描序列，3.0T的SAR值是1.5T的4倍。場強越高的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)到降低單位時間能量沉積的。所以，和大家認(rèn)識恰恰相反，同樣參數(shù)的序列，場強越高，掃描時間并不是越快，而可能是越慢，這是由于TR延長所致。這一點在腹部掃描中可能會出現(xiàn)。

但是，場強升高，圖像信噪比增加，有時候需要2次激勵的，到了高場強后，只需要一次激勵，這樣把時間縮短了。

信噪比（Signal-to-Noise Ratio， SNR）是磁共振圖像中最重要的一個評價指標(biāo)，它的定義是系統(tǒng)接收到的有效信號振幅和背景噪聲的比值，反映在圖像中就是圖像的信號強度與背景隨機(jī)噪聲強度之比。在磁共振信號采集的過程中，線圈得到的信號中既包括了真正的磁共振信號，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。

場強和SNR的關(guān)系非常簡單，圖像的SNR正比于場強。

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

在1.5T中，射頻脈沖在人體中波長大約為52cm，大于人體橫徑，可以完全穿透人體，基本上不會產(chǎn)生駐波；而在3.0T場強下，射頻脈沖波長變?yōu)?6cm，對于體部成像來說，可能無法穿透人體橫徑，則會產(chǎn)生駐波，影響B(tài)1場均勻性，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 對于大量腹水的腹部患者，可以使用1.5T或者更低場強的磁共振進(jìn)行掃描。

組織的弛豫時間T1是和場強相關(guān)的，一般來講場強升高，組織的T1值會延長。T1延長的直接后果是導(dǎo)致組織的縱向弛豫延長，組織恢復(fù)時間變慢，可能產(chǎn)生的橫向磁化矢量會降低。T1延長大部分情況會影響圖像對比度，導(dǎo)致組織對比度下降。

綜上，場強升高，直接帶來的獲益是圖像信噪比增加，對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（減少信號平均次數(shù)），時間更短，提高速度，增加流通量。

（作者單位：運城市中心醫(yī)院影像科 陳虹）