3T磁共振的优劣,与1.5T磁共振有什么区别?

截止目前,临床应用的磁共振设备最高场强是3T,但在欧美日等西方国家,3T设备的普及却远远不及中国大陆,最主要的原因是中国的高速发展所带来的对新技术的渴望和探索,当然还有商业利益的驱使,但毕竟商业社会没有利益的驱动也是万万不可的。

在大量1.5T和3T磁共振共存的现状下,好多医学生,甚至医学影像从业者都对两者的差别存在困惑,结合多方面的文档、论文及专家论述,以自己的拙见在这里和大家探讨。

1.5T和3TMRI总的差别有点像同款车型的不同排量和配置,1.5T和3TMRI的本质差别就是主场强、梯度场以及线圈通信方式等几方面,工作站和后处理的差别与MRI系统无关。

左为3T,右为1.5T ( 图片引用自:https://aimmedicalimaging.com/mri-vancouver/3tmrinotsuperiorto1-5t/ )

3T磁共振的优势

一、信噪比更高

从理论上讲,信号与主磁场强度的平方成正比,而噪声也会呈线性增加。这意味着,在理想的系统中,3T系统的信噪比(SNR)将是1.5T的两倍。但由于大多数组织在3T场强中磁敏感效应的增加,实际的3T信噪比仅比1.5T提升约30%-60%的范围内,而不是100%,也就是说3T信噪比大约是1.5T的根号2倍,而不是2倍。但尽管这样,3T信噪比的增加使得图像的空间分辨率更高,更清晰,发现小病灶的能力较1.5T大大提高。

二、T2对比度更高,扫描时间更快

对于T2对比度,氢质子的共振频率随场强线性增加,1.5T下的氢质子共振频率是63.9MHz,3T是127.8MHz。更快的共振频率使氢质子的相位周期更快,失相位就更快,T2相应缩短,因此,3T下可以用更短的TE加快采集速度,不但有助于减少伪影,且T2WI的对比度较1.5T更好。

对于T1对比度,我们可以这样来理解:磁共振成像信号产生的过程中,90°射频脉冲把宏观磁化矢量Mz“放倒”到水平面上,此时Mz为0;射频脉冲关闭后,Mz开始从0以特定的弛豫速率T1恢复到初始最大值,在此过程中仍受到主磁场B0的牵制和反作用力,所以B0越大,反作用力越大,恢复速度越慢,其T1值越大。表现在图像上,所有物质的T1值都延长了!在完全一样的TR条件下,很多1.5T上短T1的组织看上去变成了等T1或者甚至长T1,T1对比度下降,这在脊柱、头颅表现最为明显。因此,为了获得好的T1对比,3T下T1加权像的TR就得相应延长,延长大约1.5T下的30%。

就此看来,3T的T2WI扫描时间快于1.5T,而T1WI似乎比1.5T慢!?但实际上,由于3T系统采用了更先进的并行采集技术、优化的序列参数和插值算法、更多通道的线圈,以及光纤传输等众多加快数据采集和传输的技术,在相同信噪比的情况下,3T的扫描速度要快于1.5T,也就是我们说的3T的时间分辨率要高于1.5T,这也使得在腹部尤其是肝脏增强检查时采集动脉早期和动脉晚期成为可能。相同条件下,同一序列3T比1.5T节省约20%的扫描时间。

三、增强效果更好

Gd对比剂通过缩短组织的T1达到T1WI的强烈对比,3T下组织的T1时间比1.5T长,而Gd制剂在1.5T和3T下的T1驰豫增强效应相对恒定,因此,3T增强后组织的T1缩短比1.5T更多,因此,3T组织增强前后的对比明显优于1.5T,相同足计量造影剂的增强扫描,病变的CNR(对比噪声比)在3T下是1.5T的两倍多,3T半剂量病变的CNR也比1.5T足剂量高得多,CNR高则探查增强病变的敏感性就会提高。

四、血管成像MRA更好

3T下由于更短的TE时间、对比剂T1缩短效应更明显,以及更短的采集时间,使得无论是增强或非增强的血管造影检查的图像质量都优于1.5T。而且,3T高的空间分辨率意味着能显示更小的血管,以及血管的远侧分支。

五、功能成像、频谱成像和磁敏感成像更快更精准

DWI是脑梗死的必备检查序列,常用单次激发EPI,3T的DWI能提高SNR,但据一些文献论述,虽然可发现“3T only”的细小梗死,但总体上其敏感性与1.5T差别不大。

DTI和白质纤维束成像是了解神经纤维走行、结构及相互关系的诊断方法,扩散编码方向越多,对神经纤维走行方向的确定越精确,3T的DTI除了SNR比1.5T高,可在临床可接受的扫描时间范围内尽可能多地采集扩散编码方向。

PWI通过静脉注入造影剂,计算T2*在毛细血管水平评价组织的微血管的灌注,3T 0.1mmol/Kg剂量造影剂的T2 *效应与1.5T 0.2mmol/Kg剂量造影剂相当。

ASL是把动脉血中的氢质子进行磁化标记作为内源性对比剂进行灌注成像,仅在3T下进行临床应用,1.5T下未获得广泛的临床认可。

3T磁共振的不足

3T磁共振优势明显,但同时还存在不可忽视的劣势,与1.5T相比: 1、磁敏感伪影、化学位移伪影及运动伪影等更明显 2、电介质效应和屏蔽效应更明显 3、RF能量蓄积更严重,SAR值更高,约是1.5T的4倍,患者感觉更热,尤其是腰椎、腹部和盆腔扫描 4、T1WI对比下降 5、体内有金属物的患者检查限制更严格 6、噪声更大 7、设备的造价和维护成本更高

综上所述,3T的信噪比比1.5T更高,扫描时间更快,图像质量更好,功能更多,但伪影比1.5T更重,SAR值更高,对运动和磁场不均匀更敏感,设备造价和维护成本更高。

参考文献:

https://aimmedicalimaging.com/mri-vancouver/3tmrinotsuperiorto1-5t/ https://oryon.co.uk/blog/whats-the-difference-between-a-1-5t-and-a-3t-scanner/ https://info.blockimaging.com/bid/87030/3t-mri-vs-1-5t-mri https://www.scanmed.com/single-post/2017/04/27/15T-versus-3T-MRI https://info.atlantisworldwide.com/blog/3t-mri-vs-1.5t-mri https://radiopaedia.org/articles/15-t-vs-30-t https://www.zhihu.com/question/27303101 https://wenku.baidu.com/view/7825a10002020740be1e9b0c.html https://wenku.baidu.com/view/267f283dddccda38376bafbc https://wenku.baidu.com/view/00fd3bd7f78a6529647d53e7.html https://zhuanlan.zhihu.com/p/43845447 http://www.rezwave.com.tw/downloadfile/field.pdf http://www.360doc.cn/article/29483956_629359502.html https://www.semanticscholar.org/paper/A-review-of-MR-physics%3A-3T-versus-1.5T.-Soher-Dale/4006bc883da0bc9d99b89c1483df9c286fc3f1f1

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