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7T磁共振初体验:豆纹动脉竟然可以显示得如此清楚!

2022-04-27作者:论坛报沐雨经验
脑血管病非原创

作者:首都医科大学附属天坛医院 张英魁


谈到磁共振成像设备人们往往最关心的第一个问题就是一台磁共振成像设备的磁场强度。原因很简单,一台磁共振成像设备的主磁场强度是决定其信噪比的最重要因素,所以不同的磁场强度首先就奠定了完全不一样的平台高度。也正是因为如此,各个大厂商都在快马加鞭的开发研制各自的7T成像设备。但由于各个厂商在研发战略上的侧重点不同,各厂商之间在7T产品的研发和制造上都存在着巨大差距,这种差距是客观存在也是无法回避的一个现实,这也是各个厂商多年来技术积累和沉淀不同所带来的差距的一个具体体现。需要说明一点,在磁共振成像设备的研制过程中,对于越尖端的技术就需要越长时间的积累和沉淀,需要在漫长的研制过程中不断攻关、不断成熟,这也导致了厂商之间的差距是很难短时间内弥补的,更谈不上超越。多年前曾经流行一句口号:人有多大胆,地有多大产。但严酷的现实在不断地教育着我们这很难成为事实。2021年5月,天坛医院神经影像研究中心成功安装了西门子Terra 7T成像设备,我也有幸参与该设备的使用和学习,接下来几期公众号推文中我会和大家交流一下自己的应用体会。


1.充分认识和利用好超高场强磁共振带来的固有优势


超高场强带给我们一个巨大的优势就是其无与伦比的高信噪比,这一优势在很多应用上展现出其他场强设备无法超越的高度。在这个问题上我特别希望使用者能更加客观的认识。我自己做过多年的磁共振技术培训与技术推广工作,对于不同场强设备平台的极限性能还算有一些了解和体会。近年来很多厂商都在宣传3T成像设备上的诸如豆纹动脉等高分辨率成像,而且通常给出的结论是3T成像可以达到7T效果。事实果真如此吗?对此我持绝对的保留意见。在我近一年的应用总结中深深体会到:在豆纹动脉这种穿支动脉显示上,7T才能真正具备回答临床问题的能力。一个成像技术能否真正回答临床问题,这必须要看该技术的可重复性和稳定性,这是我们建立信心的必要基础。譬如,你做了100个病人的豆纹动脉检查,有人显示的穿支多,有人显示的穿支少。问题是你是否可以根据这种显示结果给出一个肯定的临床判断?通过近一年时间的总结观察我非常有信心地说:在7T设备上可以给出肯定的回答,而在3T上就不能给出肯定的回答。原因很简单,3T在穿支动脉成像过程中结果并不稳定,即便是明确的健康且年轻的受试者也只能显示较少的穿支血管,这样的检查结果就没有信心给出明确的判断,即便判断了,很多时候也是盲目且过度的。7T更高的信噪比同样可以用于实现高空间分辨率的管壁成像,在这点上也是3T成像设备无法比拟的。可能有些人特别关注成像时间,也可能会说7T做一个全脑的管壁成像也需要10分钟左右的时间,这和3T相比也没多大区别啊?这里大家往往忽略了一个重要的细节就是:时间都去哪了?之所以要强调这个,是想说明同样的10分钟在7T和在3T换取的内容是不同的。在7T成像设备,管壁成像可以实现更高的空间分辨率,如0.4mm各向同性成像。这里花10分钟是换取了空间上的全脑覆盖;而在3T成像设备上即便是0.6mm的各向同性也需要花更长时间来弥补信噪比。我们可以设想如果3T上要实现和7T一样的空间分辨率需要花费多长的时间呢?我们作为使用者很多时候不能只看结果不看过程,那样会让我们盲目而且困惑。


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图1:7T高分辨率TOF MRA成像清晰显示双侧穿支动脉及其远端分支,穿支动脉的显示能力对于明确穿支动脉所导致的基底节区缺血梗死以及区分大小血管病变具有重要意义。


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图2:中年男性,右侧肢体活动障碍就诊。7T成像T2 FLAIR序列显示左侧基底节区大片脑梗死,右侧基底节及放射冠区斑片状高信号灶;高分辨率TOF MRA成像显示双侧大脑中动脉显示较清晰,但左侧穿支动脉明显减少显示不清,右侧穿支动脉亦显示稀疏。高分辨率管壁成像显示左侧大脑中动脉前壁斑块形成(箭头所示)。


图2的病例显示双侧大脑中动脉几乎是正常的,所以采用一般的设备可能会报告“头部MRA未见明显异常”。事实上在7T高分辨率TOF MRA能够给出特别明确的判断。近年来很多专家都在强调脑梗死本身只是一个临床诊断而不是病因诊断,对于治疗而言更确切的病因诊断才更具实际临床意义。在7T成像设备上依托其更高的信噪比可以说为脑血管病的诊断提供了一套切实可行的成像解决方案,可以对缺血性脑卒中给出更可靠的病因诊断。这里的高分辨率管壁成像更是提示我们虽然大脑中动脉本身未见明显的狭窄改变,但管壁的斑块却造成穿支动脉口的狭窄或闭塞并从而引起穿支动脉供血深部脑区缺血梗死。


2.面对7T的挑战无论是设备厂商还是使用者都需要展示出必要的诚信和耐心


7T超高场强设备无疑带来了更高的信噪比和更高的磁化率差别等优势,这些优势在不同的疾病研究中带来了其他场强设备无法比拟的应用优势。但是,我们也要客观认识到随着场强的提高也会带来一些应用上的瓶颈。众所周知,随着场强的升高,根据拉莫尔方程进入到该设备中的人体内氢质子的拉莫尔频率也随之升高。7T成像设备的拉莫尔频率在298兆赫兹,这就意味着为了实现核磁共振,需要施加的射频脉冲的频率也要满足这个频率。一个电磁波的频率越高就意味着它的波长越短。7T对应的电磁波在空气中的波长约为1米,当该电磁波穿入人体后受介电效应的影响,电磁波会进一步衰减波长变为11厘米左右。人体内如此短的电磁波会带来诸多效应如驻波效应,同时更高频率的电磁波其穿透深度也会更短,这些都会导致7T超高场强设备在体部成像中的限制。更为重要的是,在射频发射过程中,射频脉冲所带来的能量沉积SAR和成像设备的场强的平方呈正比,这就会使得7T的射频沉积是一个巨大的挑战。为了解决这个问题,目前市场上的不同厂商7T都采用了局部发射技术,也就是采用小范围发射。而在磁体腔内不配备通常3T或以下设备中的传统的大体发射线圈。大体线圈激发范围更广,这是满足体部大范围成像的基础,但同时大体线圈因为激发范围大也带来SAR值问题,所以各个厂商目前的商品设备上都不配备大体线圈。正是这个原因目前为止7T的应用聚焦在神经系统和部分小关节。如果大家看到一些关于7T的其他部位应用如腹部或者盆腔,我个人认为这是一个严重的过度宣传问题。7T的挑战来源于设备本身的物理属性,对于7T产品的研发需要克服很多设备自身的局限和挑战,在这一点上各个厂商需要充分认识到,作为使用者也需要充分认识到。某一天如果大家发现哪个厂商的7T可以扫描腹部了,大概率事件这是一个过度宣传。7T这个设备的研发是一个长期的技术积累和沉淀的过程,在这方面往往领先一步就会使得一个厂商长期处于“永远被追赶却从未被超越”的领先境界,况且在竞争如此激烈的今天又有哪个厂商会做“龟兔赛跑”中的“兔子”呢?大家都在快速地奔跑着。技术的积累和沉淀用中国一句老话形容非常贴切:冰冻三尺非一日之寒。面对这种挑战和瓶颈厂商需要耐心做好每一个细节,客户需要耐心来慢慢等待。在我使用7T近一年的时间里,虽然7T现在的应用范围还有限制,但即便如此我们要充分挖掘发挥其优势也还需要非常漫长的时间不断思考不断总结。在这里强烈建议对于超高场强磁共振成像设备具有浓厚兴趣的各位用户要认真学习,只有我们自己学习理解了才能让我们自己有更成熟的判断能力。中国的磁共振市场相比于国外而言还没那么成熟,一方面是源于不同厂商之间的竞争,另一方面也是源于很多客户在强烈的好奇心驱使下往往缺乏了理性的判断,当然理性判断需要客户自己学习自己成长,否则这种好奇心理就会被误导利用。


3.多种成像技术理念相结合真正发挥7T成像自身优势


我们考察一台成像设备的性能不能只是停留在某些商务宣传的图像或者指标,更需要看具体的使用用户能够获得的图像。一台设备无论在前期宣传的如何,但当安装半年后基本上就能给出更加客观的判断。作为使用者我有一个比较深切的体会:7T的高空间分辨率成像可以说是一个真正大数据成像,我们如何能让这些大数据变为有效数据呢?我近期在整理一部分具体的扫描图像,深刻体会到精细的深度加工能把这些大数据转化为特别有价值的临床信息。以高分辨率管壁成像,在7T上实现了诸如0.4mm各向同性的大数据扫描,如果还是停留在简单的重建方式,你就很难发现深藏在这些数据中的那些奇妙的细节。其实,只要我们在处理这些图像时多一份思考多一分耐心,才对得起我们在采集数据时所付出的各种努力,也才能为探究某种疾病的发病机制做出应有的贡献。另外在具体成像过程中还需要采用不同扫描策略相结合,这样能从不同的维度展示病变所致的影像改变。


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图3:高分辨率TOF MRA成像显示双侧大脑中动脉不同程度狭窄所致血流信号改变,因为TOF MRA对于血流形式具有高度依赖性,这会导致过度评估狭窄改变。


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图4:图3为同一病例采用中等空间分辨率的TOF MRA。对比观察,高空间分辨率对于显示穿支动脉更有优势,而对于显示相对粗大的大脑中动脉而言,适当降低分辨率可以一定程度上克服血流形式所导致的夸大狭窄。


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图5:同一病例在高分辨率管壁成像上,清晰显示双侧大脑中动脉管壁斑块,管壁成像揭示了双侧大脑中动脉实际病理改变。


来源:天师论道


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