来源：器械之家
01
赋能临床：临床7T的诞生
如果说1999年第一台7T的实现是超高场系统的星星之火，那么在2000-2010年之间，7T磁共振已经有了燎原之势。如上期文章提到的，截止到2010年，全球已经有三十多台7T磁共振投入使用。
在研究中，科学家们惊喜地发现，除了基础研究之外，7T在临床上的价值愈发明显。从科研向临床转移，是7T磁共振的一次重大机遇。
例如，7T磁共振相对3T和1.5T拥有更强的T1对比度，无需造影剂即可获得更为丰富、更为精细的血管结构像。传统1.5T和3T无法直接显示微小的血管结构，而7T可以看见包括穿支动脉在内的多级血管分支，其空间分辨率可达到0.24×0.24mm²，使得诊断医生对于脑血管病的诊断和成像研究更有信心，可以快速精确诊断基底节区腔梗。
此外，由于T2*随着场强的提升而缩短，磁敏感成像（SWI）在7T上也有意想不到的效果。例如帕金森病（PD）是老年人中第四位最常见的神经变性疾病，PD的早期发现对患者的及时治疗具有重要意义。
这种疾病与脑黑质密切相关，7T中的SWI成像可精确反映黑质中是否存在金属沉积，有助于超早期发现PD的影像特征（如下图所示）。不仅如此，超高场中的SWI还可以对其他退行性疾病，脑小血管疾病以及脑肿瘤做出更加准确的诊断。
但7T要想落地临床，依然存在着巨大的挑战。
虽然7T的成果不断产出，但其巨大的投入和较少的数量，令相关厂家一直无法取得明显的商业效益。
尤其是超高场的磁体在场强成倍升高的情况下，对于使用材料、绕制工艺、稳定性设计等方面的难度指数级提升，生产周期也相当长，对于公司的实力要求非常高。
也正因为此，最早生产7T磁体的Magnex公司一直未能摆脱颠沛流离的命运。它在2004年被瓦里安（Varian, Inc，瓦里安科学仪器公司）收购，但瓦里安科学仪器公司在2010年又被安捷伦公司收购。在不断的并购中，新上任的公司高层也不断发现，超高场磁共振做起来远非想象中容易。2014年，仅仅过去4年，安捷伦就彻底关停了花15亿美元买来的整个核磁共振（NMR）业务，其中也包括7T磁体业务。
7T磁体面临断供的情况下，大多数厂家都放弃了7T的开发，除了西门子。
西门子医疗一直认为7T必将是未来发展的方向，全力聚焦7T的发展。不但先后推出了专用于7T的高性能梯度和射频系统等，在磁体方面，西门子也早有布局。
早在安捷伦宣布关闭磁共振业务前，西门子已经推动其英国牛津磁体工厂投入巨资，成立专项项目组，专门研发既可用于科研，也可用于临床的7T磁体。
牛津磁体（Oxford Magnet Technology）在业界久负盛名，它于1982年成立，当时是牛津仪器的子公司，从事磁体研发生产。从1989年开始，西门子成为牛津磁体的大股东，占股51%。2003年，西门子进一步收购了牛津磁体的所有股份，从此它成为了西门子独家全资控股的 西门子牛津磁体公司（Siemens Healthineers Magnet Technology, Oxford）。
西门子牛津磁体工厂创造了业界的多个第一，全球第一台具备主动屏蔽技术的1.0T、1.5T、3T磁体、全球第一台具备大孔径技术的1.5T、3T磁体均来自牛津。在7T领域，西门子牛津磁体也与安捷伦一起定制了第二代主动屏蔽磁体。
基于多年的磁体技术积淀和全新的技术革新，在牛津磁体工厂的全力攻关下，一种既具备顶级科研性能，又适用于临床环境的7T磁体被迅速开发出来。基于该7T磁体，西门子开发的全新一代7T磁共振于2017年底取得美国FDA和CE，打开了7T的临床应用时代！
这就是鼎鼎大名的MAGNETOM Terra，业内首台临床科研双模7T磁共振！
Terra推出后，迅速吸引了临床用户的目光，并接到了全世界潮水般的订单。
目前全球的用户已经超过40家，在全球多个临床用户，如Mayo Clinic梅奥诊所、BWH布莱恩女子医院、USC美国南加州大学医院、Penn Medicine宾大医院等均已经安装了西门子的临床7T进行临床精准医学诊疗和科研工作。
△西门子医疗7T磁共振 MAGNETOM Terra
其他厂家受到西门子推出Terra的压力，也看到了临床7T的市场。三年后，2020年底，GE公司采用第三方Tesla公司提供的7T磁体，同时集成了其在3T磁共振Premier中使用的梯度放大器等部件，推出了Signa 7.0T。
02
看透你的心：7T核心软硬件技术进步
7T能得以应用于临床，离不开核心软硬件的进步，最核心的硬件，就是7T磁体。
7T磁共振的磁体，同样经历了几代设计变迁，其磁体的结构设计、工艺、重量、效率都得到了巨大提升。
第一代7T磁体，只求能达到足够的场强，采用被动屏蔽设计，除了磁体本身的巨大重量以外，还需要额外使用超过百吨的屏蔽材料，通常需要单独的建筑物才能容纳，其磁体效率（即单位质量所能实现的B0磁感应强度）约为3-5mT/Ton；
第二代7T磁体，采用了主动屏蔽设计，对屏蔽机房要求降低，但磁体重量依然达到了40-50吨，，放置于临床环境的难度非常高，即使勉强安放，也需要做特别的承重加固, 其磁体效率约为14-18mT/Ton；
第三代7T磁体，不但采用了主动屏蔽设计，其磁体的生产和集成工艺也做了大量优化，重量大幅降低到15-20吨左右，可轻松放置于医疗环境中，对机房的要求仅比常规3T略高，其磁体效率约为410mT/Ton，相比第一代7T磁体提高了10倍。
同时，第三代的7T磁体支持空运，因而可以实现在工厂调试完成后，直接冷磁体运到现场，直接安装，如同常规3T一样灵活简便。
△7T磁体主要区别一览
△西门子医疗的第三代高效7T磁体
具备主动屏蔽技术，可空运到现场
而在软件进展方面，莫过于SMS多层成像技术的广泛应用。
7T在功能成像（fMRI和DSI）中可以达到亚毫米级别的空间分辨率。但随之也带来了一个困扰——覆盖全脑的功能序列扫描时间过长。为了解决这个难题，美国明尼苏达磁共振中心（CMRR）的Kamil Ugurbil教授在2007提出了具有划时代意义的同时多层脑功能扫描技术（SMS fMRI），SMS是在对层面间多个层面同时扫描的加速技术，与层面内并行采集同时使用，可以大幅提高脑功能成像的速度， 这一成果随后发表在国际磁共振年会（ISMRM）上，并取得了巨大的轰动。随后，同样使用EPI序列的弥散成像（DWI）、弥散张量成像（DTI）都被证实可以和SMS相结合，这意味着超高分辨率、超多方向数的的神经纤维束扫描时间可以被临床接受，使患者获益。
在MAGNETOM Terra上，SMS进一步与西门子的解剖弥散技术RESOLVE结合，进一步抑制了高场上的严重磁敏感伪影，获得低形变的弥散图像。
△西门子7T 高分辨神经纤维束成像
图像来源：Max Planck Institute, Leipzig, Germany
03
备受关注：临床科研成果涌现
随着西门子的MAGNETOM Terra作为临床系统推出，7T迅速获得了临床用户的认可。越来越多的用户也将7T用于临床患者的检查和研究，并在最近取得了很多全新的成果。
精确诊断例如，垂体促肾上腺皮质激素（ACTH）分泌亢进患者，病变 ACTH 微腺瘤 （ 直径< 10mm ）较小，鉴别诊断难度极大。在传统场强MR扫描中，有40%的ACTH微腺瘤被显示为阴性，只能依赖于活检。但有一定的风险，且无法对病变进行精确定位。
美国南加州大学研究证实，MAGNETOM Terra 7T可以发现传统1.5T或3T所难以发现的微腺瘤，因此避免1.5T或3T带来的假阴性结果，更好的支持诊断和手术等治疗方案。该结果已经发表在神经外科SCI杂志《J Neurosurg》上。
△只有7T图像显示可右侧8毫米大小的低增强垂体微腺瘤（最右侧图中箭头所示），该结果与活检结果相关。7T成像结果增加了神经外科医生进行手术的诊断信心。同时蝶鞍左侧显示垂体正常增强，垂体柄向左侧有一定偏移。7T 的图像的分辨率明显高于1.5T和3T图像。
疑难疾病鉴别7T所能达到的超高图像分辨率可以使诊断医生轻松获得微小神经以及血管的影像特征，很多3T无法诊断的颅内疾病都能在7T的指导下尽收眼底。纽约大学西奈山医院发现，上皮样囊肿引起的三叉神经痛在常规场强下难以诊断。但7T却能很好地显示病灶与周围血管神经的关系，从而有效指导手术方案。
△7T和3T的术前T2图像，虽然3T也能显示神经周围的病灶（黄色箭头），但只有7T才能够清晰显示直径小于1mm的小血管（蓝色箭头）。
改变疾病认识机理复发缓解型多发性硬化（RRMS）是临床上常见的自身免疫疾病。通常认为，多发性硬化是一种脑实质疾病，较少侵犯脑膜。来自哈佛医学院布莱恩女子医院的的J. Zurawski等研究人员利用MAGNETOM Terra 7T对RRMS患者的LME与脑灰质损伤的相关性加以研究。结果发现，LME存在于绝大部分RRMS患者中，并且与该患者脑灰质是否受损无关，而脑脊液相关的炎症可能是引起皮层和丘脑损伤的主要原因，这可能对RRMS的疾病机理和未来的诊断标准产生影响。
△MAGNETOM Terra 7T上可以清晰显示RRMS患者脑膜强化
除此之外，7T还在阿尔兹海默症的早期发现，脑肿瘤的发病机理，神经网络，脑功能以及骨肌等临床研究中都具有重大意义。
7T磁共振走向临床，代表着超高场磁共振将其在科研领域的积累逐步向临床转化，从萌芽到逐步绽放，相信必将改变精准医学的未来。
下期，笔者将为您介绍国内外主要的超高场研究团队以及全球目前的热点超高场科研方向。
1. Uğurbil K. The road to functional imaging and ultrahigh fields. Neuroimage. 2012 Aug 15;62(2):726-35.
2. Shrivastava. R.K. et al, Neuroanatomical Determinants of Secondary Trigeminal Neuralgia: Application of 7T Ultra-High Field Multimodal MRI. World Neurosurgery. 2020 137:e34-e42.
3. Zurawski J. et al, 7T MRI cerebral leptomeningeal enhancement is common in relapsing-remitting multiple sclerosis and is associated with cortical and thalamic lesions. Multiple Sclerosis Journal. 2020 Feb 26(2):177-187.
4. Fartaria M.J. et al. An ultra-high field study of cerebellar pathology in early relapsing-remitting multiple sclerosis using MR2RAGE. Investigative Radiology, 2017 May 52:265-273.
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