磁共振(MRI)低场系统的技术发展及临床应用

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1、磁共振(MRI)低场系统的技术发展及临床应用(上)刘克成等本文作者刘克成先生，西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司副总裁;徐健先生，翁得河先生，研发部研发工程师;何超明先生，研发部研发工程师。2004年3月2日收到。关键词：MRI低场系统高性能配置高场应用低场化导言长期以来，磁共振低场系统由于受到信噪比的限制一直被认为只能用于常规的临床检查。随着技术的发展，许多高场的功能被逐级地移植到低场系统上，使得低场系统的临床应用得到很大的拓展。本文就低场系统的技术发展及临床应用趋势做一简单的概要。一医用磁共振低场系统的特点1.T1与场强一般来

2、说，低场系统是指主磁场场强低于0.5T的系统。虽然当场强下降时，信噪比也随之下降。但是，由于人体组织的T1值却是随着场强的降低而相应地减少。T1与场强之间的关系可用下列公式来近似：nT1∝B0n=1/2~1/3(与组织有关)在三种场强条件下的T1值如下表所示：从表中可以看出，对于绝大多数的组织，当场强从1.5T降低到0.35T时，其T1值将缩短将近一半。因而，为获取同样对比度的图像，在偏转角相同的条件下，在低场系统上重复时间TR可以选择得比较小。这就是说，在给定的扫描时间里，低场系统允许有更多的平均。从Ernst方程：TR−αT1

3、Ernst=arccos(e)可以得出:当偏转角α不变时，重复时间TR为T1的函数：TR=-ln(cos(α))×T1以脑脊液为例。在1.5T和0.35T的不同场强条件下，脑脊液的T1值相差一倍。在偏转角相同的情况下，纵向弛豫恢复快慢差异是很明显的，如图1所示。从图中可以看出，在保持图像对比度相同的条件下，在0.35T的系统上，由于脑脊液的T1值只是在1.5T系统上的一半，所以重复时间可以相应地从3000ms缩短到1500ms。假定在二维成像时，相位编码步数为NY=256，在1.5T系统上，重复时间如果是TR=3000ms，平均次

4、数为NAVG=1，那么所需要的扫描时间为：Tscan(1.5T)=TR×NY×NAvg=3000×256×1=768000ms而在0.35T的系统上，由于重复时间可以相应地缩短到约1500ms，所以在相同的扫描时间内，可以允许平均次数为2，其计算如下：Tscan(0.35T)=TR×NY×NAvg=1500×256×2=768000ms增加扫描平均次数所带来的一大好处是能减小由于各类运动所引起的伪影。从理论上，当场强由1.5T下降到0.35T时，图像的信噪比会下降4.3倍(1.5/0.35)。但是考虑到在相同的扫描时间内，在0.3

5、5T的系统上可以允许平均次数为2。因此，在0.35T上所采集图像的真正信噪比损失应该为：0.3512×=1.414×1.54.3由此可以看出，图像的信噪比随场强下降并不完全是线性的关系。当然，在临床应用中，有多种组织并存，实际情况要比单一组织的情形复杂得多。在下面的讨论中还会提到，在低场系统上由于绝对化学位移的减小，可以用低带宽采样，从而也在一定程度上补偿了信噪比的损失。2.化学位移及磁化效应化学位移与场强成正比。水与脂肪的化学位移约为3.5ppm，在不同的场强上，位移的频率也不同，如下表所示:正因如此，在低场系统上允许使用较低带

6、宽采样，而不会产生较明显的化学位移。低带宽采样的直接好处是改善图像的信噪比。如上表所示，在保持化学位移不大于一个象素的条件下，即每个象素的采样频率不小于相应场强下的化学位移频率(如图2所示)，与1.5T的系统相比，0.35T可获得信噪比增益为2.12倍，相反在3.0T上信噪比则下降0.71倍。3.5ppm×f0位移=BWperpixel3.磁化效应与T2*与化学位移一样，磁化效应也是与场强成正比。如下列公式所示。∆B=σB0+(Х2-Х1)B01=化学位移+磁化效应∗T21=+γ∆BT2对相同的两种组织来说，当磁场强度下降时，磁化

7、效应也随之成正比下降。如对于肺部成像，在1.5T场强下，T2*约为1.4ms;而在0.35T场强下，T2*约为15ms。因而，在低场系统上可以进行较高质量的肺部成像，如图3所示。4.特定吸收率SAR单位射频吸收率或特别吸收率(SAR=SpecificAbsorptionRate)是用来衡量人体对射频脉冲的能量吸收时变磁场的能量主要以热能的形式在生物体内沉积，这是主要的生物效应机制。SAR定义为每公斤体重生物组织内所吸收的射频能量(W)，它是对组织中电磁能量吸收值或射频功率沉积值的度量，由于射频电磁场是非均匀的，身体的被检部位可能经

8、受更强的射频辐射。因此SAR有局部和全身之说。单位射频吸收率的估算公式如下：222射频吸收功率[W]σ•rϖ0αDSAR=∝人体质量[kg]重量2它与中心频率w0或场强(w0=γB0)的平方成正比，对于调幅型(AM)射频脉冲2来说它也与射频脉冲的偏