超强核磁共振成像仪可提供前所未有的人脑细节

图说：澳大利亚昆士兰大学使用7-特斯拉核磁共振成像扫描仪拍摄的大脑血管照片。

 去年12月的早晨，一名男子走进了位于美国明尼阿波利斯的核磁研究中心。在换上患者服后，研究人员对其身体状况进行了仔细确认——这台10.5-特斯拉核磁仪是世界上用于扫描人体的最强核磁共振成像仪。它的质量约等于3台波音737飞机，其磁场强度比现在可用于临床检查的高强成像仪高50%。几天前，该男子还曾接受了严格的检查，确保其状况能适应仪器。当男子躺入4米长的检查仓，“包裹”他的是重达110吨的磁体和600吨的铁屏蔽。对男子臀部进行1小时的成像后，薄软骨组织的成像质量将展示仪器的分辨率情况。

 中心主任卡米尔·乌格尔比勒（Kamil Ugurbil）对这一天的到来等待已久。在乌格尔比勒和他的同事们将首位患者送入检查仓之前，他们克服了种种困难，并花费了近4年的时间进行动物测试以及调整磁场强度等。即便如此，他们对成像仪的最终成像效果也没有把握。但结果证明，漫长的等待是值得的：显示屏上出现了保护髋臼的极薄软骨的复杂细节。乌格尔比勒说：“这非常令人兴奋，我们的努力得到了回报。”

这台价值1400万美元的成像仪将该技术推向了新的高度。目前，医院使用的设备通常为1.5-特斯拉或3-特斯拉，超高场扫描成像仪正在逐渐兴起——在全球各地的研究实验室中，已经有几十台7-特斯拉的机器。在去年，首个7-特斯拉原型机被批准在美国和欧洲投入临床使用。除了明尼苏达大学的超高场扫描仪外，另外两台11.7-特斯拉扫描仪分别为位于巴黎的生物医学图像研究所和美国国立卫生研究院拥有。德国、中国和韩国等国家也在考虑建造14-特斯拉的人体扫描仪。

超高场扫描仪的吸引力显而易见。磁场越强，信噪比越高，这意味着物体的成像分辨率更高或成像速度更快。3-特斯拉仪器大约可以解析1毫米左右的大脑细节。而7-特斯拉的机器则可以将精确度提高到0.5毫米左右：在这种分辨率尺度下，研究人员可以识别人类大脑皮层内的功能单元，甚至可能首次观察到信息在人脑神经元集合之间的流动。获得这样的效果意味着技术难度和成本的提高。但研究人员已经通过7-特斯拉扫描仪在神经科学和临床应用方面取得了进展——临床医生可以更准确地使用电极进行脑深部刺激治疗，还可能更早地发现骨关节炎。

自上世纪70年代中期首个人体扫描仪问世以来，核磁共振技术的基本原理并没有太大变化。在核磁共振技术诞生之初，许多科学家认为0.5-特斯拉是能达到的最大磁场强度。然而，从20世纪80年代起，1.5-特斯拉、3-特斯拉和7-特斯拉的扫描仪相继出现。扫描仪磁场强度的增强也带来了很多负面影响：患者会出现明显的晕眩感、组织过热导致成像质量降低等。为此，研究人员采取了很多调整策略。例如，使用可单独调节的发射器来产生脉冲等。分辨率的提高也是喜忧参半，因为它会显著提高扫描仪对轻微运动的敏感度。解决这些问题的研究正在紧密进行中。

尽管还有诸多缺陷，但德国马克斯普朗克生物控制论研究所的磁共振中心主任克劳斯·舍弗勒（Klaus Scheffler）等认为，超高场扫描仪为观察活体大脑提供了一个新的窗口，大脑皮层区域功能、神经性疾病以及关节炎症等的研究或因此受益。

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编译：雷鑫宇 

审稿：阿淼  

责编：张梦

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-018-07182-7

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