2017年12月，尼阿利斯的一个寒冷早晨，一名男子走进研究中心，以探险者的心态进入世界上最强大的核磁共振成像（MRI）设备，成为使用超强MRI第一人，在此之前只有猪进去扫描过。
七天前，他通过了测量平衡感的极限检查，这项检查可评估其暴露于磁场发生头晕的概率。他换上病号服，待研究人员确保其身上没有金属 (没有穿孔饰品、金属环、金属植入物或心脏起搏器) 方可进去，因为任何金属都会被10.5特斯拉的磁铁撕碎。
他安静地躺在一个周围有110吨磁铁和600吨铁屏蔽的4米长的大管内，随后进行了1小时的臀部成像。令人惊讶的是：他的薄软骨在此机器扫描下清晰可见，超级MRI的性能已达扫描设备的极限！！！
研究中心主任Kamil Ugurbil为今天的到来等待了好几年。经历4年的动物测试后，他和同事终于等到超强MRI扫描第一人。当屏幕上出现髋部薄软骨的高分辨率细节时，Ugurbil激动地说：“这是非常令人兴奋而且非常有益的事情！”
这款价值1400万美元的超强扫描仪把MRI的磁场强度推向极限。她的磁铁重量几乎是波音737飞机的3倍，其功能比批准用于临床的最强磁铁强大50%。医院的MRI场强通常为1.5T或3T，而这款扫描仪达10.5T。
超强扫描仪的吸引力极强，通常磁场越大，信噪比越大，也就是说我们大家可以更高的分辨率成像，或在同样分辨率下，以更快的速度成像。
3TMRI仪器可以解析小至1毫米的大脑细节，而在7T的仪器中，分辨率可达0.5毫米，这一超高分辨率足以辨别人体皮层内的功能单元，并且可能看到信息如何在人类大脑神经元集合之间流动。
MRI的核心仍然是管状超导磁体，当其产生静电磁场，人体水分子中的氢原子在磁场中会重新排列，此时扫描仪中的线圈就会发出射频脉冲，与射频脉冲频率相等的氢原子会产生共振，导致质子的磁场发生摆动。
当射频脉冲消失后，氢原子恢复到原来的状态并释放能量，这个恢复过程发出的能量信号由接收线圈检测到，并根据信号描绘出人体组织解剖结构的清晰图像。
与普通MRI设备相比，超强MRI的场强更大、分辨率更高、速度更快、应用场景范围更广泛。同时，场强的提高给科研人员带来了一系列挑战，扫描仪更大、更昂贵、技术方面的要求更高。他们还需更加注意安全。
项目负责人Ugurbil表示，7T的MRI扫描仪可以更好地衡量大脑连通性，并完全映射大脑神经元之间的联系。相对于普通MRI,超强扫描仪能检测到更多神经网络和神经元之间的连接。
有趣的是，研究人员用超强MRI揭示了负责人类高水平认知的大脑外部区域有六层大脑皮层。其中每一层都有一个特殊区域，处理其他大脑区域的输入，处理本区域信息，或将该区域的信息传递到大脑其他部分。
人们可用7T扫描仪测量大脑不一样的层次的相对活动，并揭示信息传播方式。Menon说：“在此之前，我们只可以说A与B相连而无法详细说明信息的流向，7T仪器使一切成为可能。”
如果不需要更高的分辨率，临床医生也可以在超强MRI中使用更高的信噪比，以便更快地扫描，此时我们大家可以在几秒钟内创建图像，而不需要几分钟，这大幅度的提升了患者的舒适度。
另外，研究人员发现，在7T及更高的场强下，MRI不但可以检测氢原子核，还可以检测到较重元素的核，如钠、钾、磷和氟，它们对磁共振的固有敏感性比氢原子核低得多。这些都是普通MRI触不可及的层面。
研究人员表示，7T的扫描仪为神经科学和临床应用带来了更多可能。超强扫描仪已用来医治帕金森患者，在进行深部脑刺激时，MRI可帮助外科医生定位电极，当定位于丘脑底核时，电极便可被激活。
Ugurbil说：“以前使用1.5T、3T扫描仪时，电极定位不准确，如果你定位失误，则必须拉出电极并再次插入。因此，每次都有可能损坏血管并导致出血，而使用7T扫描仪拍摄的图像则避免了这样一些问题。”
另外，神经科学研究团队用超强MRI来测量人们进行口头和行为测试时的脑部活动，根据结果得出，大脑A区不仅负责视力，而且涉及注意力、情绪及记忆力等功能。梅农说：“通过7T扫描，前所未有的人类记忆图片由此诞生！”
7T及以上扫描仪揭示了小于1毫米的结构，这为神经科学打开了一扇新的窗口。Scheffler说：“凭借7T，你无需打开大脑就能够正常的看到所有细节”。
研究人员还希望利用超强扫描仪了解大脑的柱状组织。皮质柱大约在垂直于皮质层的500微米处，其通过中间层的连接相互连通。普通MRI无法直接测量皮质柱的神经元活动，而令人振奋的是，超强扫描仪有可能检测到柱状水平的大脑活动，并测量大脑神经元活动。
7T机器的使用揭示了更多关于多发性硬化症的症状和发病的秘密。这种疾病的新药可减缓运动缺陷的发展速度，但是患者的认知问题并没有正真获得很好的解决。利用7T扫描仪进行扫描，我们能发现以前从未观察到的区域性病变，从而更精确地研究认知功能与病变位置之间的关系。
一些研究人员推测，14T以上的扫描仪可能会引发神经传导减慢，损伤周围神经或DNA，尽管迄今为止尚未看到21.1T扫描仪对动物的影响。
但是，Scheffler认为，在某一些程度上，场强应有一个限制，超过这个限度，人类身体将受损。她说：“我认为咱们不可以无止境地提高MRI场强。”
扫描仪从3T到7T、10.5T的转变给我们大家带来了一些挑战：仪器带来了更明显的生物学副作用。当人们进出扫描仪时，会感到头晕和眩晕。甚至人在机器内移动时，有时可以尝到金属的味道，看到白色闪光或发生眼球震颤等无意识眼球运动。
另外，高场强可能会引起组织过热。随着场强的增加，氢原子核在较高频率下发生共振，因此超高场强磁共振成像一定要使用更短波长，随之产生更高能量的无线电脉冲，人体组织则会从这些脉冲中吸收更多能量并发热。
为了避免组织过热，纽约大学医学院的肌肉骨骼放射学家Gregory Chang表示，我们大家可以使用围绕患者排列的一圈可单独调节的发射器来减少副作用。
精细的分辨率使扫描仪对最轻微的运动非常敏感。梅农表示，7T及以上扫描仪的最大挑战--大脑的不自主运动。他说：“如果我在扫描仪中伸展脚趾，大脑就会移动，因为我的脚趾通过脊髓连接到大脑”。
总而言之，超强MRI的诞生为生命科学带来了新的机遇和挑战，人类医学将由此走向新的征程！
官方微信
官方微博
