0 引言

       随着磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）超高场技术的迅猛发展，7 T MRI从只能做动物试验发展到进入临床研究，并逐渐在临床实践中崭露头角。7 T MRI超高的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）和卓越的空间分辨率，使得对微小解剖结构和病理变化的检测成为可能，在神经系统、心血管、骨骼肌肉等多个系统的疾病诊断和研究中展现出独特优势。然而，7 T MRI的高场强也带来了一系列技术挑战，如射频场不均匀性、比吸收率（specific absorption rate, SAR）限制、成像伪影等，限制了其广泛的临床应用。因此为了更好地使用以及发挥7 T MRI的优势，结合本次组稿的文章内容，综述7 T MRI的核心优势以及在特定系统中的应用进展，分析其临床应用面临的挑战，并探讨未来的研究方向，以期扬长避短尽可能发挥出7 T磁场的优势效应，促进7 T MRI的规范化应用和发展。

1 7 T MRI的核心优势

1.1 超高分辨率结构成像

       7 T MRI通过显著提高SNR，能够更清晰地展示微小结构，这是其在科学研究的第一大优势。具体来说，7 T MRI的重点应用包括对基底核、海马亚区及豆纹动脉等微小解剖结构进行精确成像^[1]，这显著提升了对脑血管疾病、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）的诊断能力。7 T MRI的高分辨率能力使得以往仅能在尸检中观察的阿尔茨海默病和帕金森病相关病变结构得以在活体中直接可视化^[2]。与3 T MRI相比，7 T MRI在癫痫性病变、多发性硬化、肿瘤内部结构以及神经退行性病变的病理特征的检测方面具有显著优势^[3]。相比之下，这些神经疾病病理变化的微小特性在较低磁场下可能难以识别^[4]。

       在骨关节系统的应用中，7 T MRI的高分辨率显著提升了对软骨损伤、骨小梁结构及韧带病变的检测能力。该项技术能够更精确地评估膝关节软骨的厚度和损伤情况，尤其在关节炎的早期诊断中具有独特的优势。超高分辨率不仅为临床诊疗提供了更为精确的影像支持，还推动了生理机制研究的进展，有助于疾病导致的超早期损伤的发现^[5]。相较于全局成像，7 T MRI在局部亚区的超高分辨率显示尤为突出，这使其在细微病变的检测中具有显著优势。目前，7 T MRI主要应用于神经系统和骨关节领域，其超高分辨率成像为疾病的早发现、早诊断、早治疗提供了强有力的支持。

1.2 磁敏感加权成像

       磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging, SWI）是7 T MRI技术中的另外一项重要优势序列。SWI技术依赖于组织间微小的磁敏感性差异来生成对比图像。这种磁敏感性引起的相位变化与外加磁场强度（B₀）成正比。具体来说，7 T MRI的磁场强度是3 T MRI的2.33倍，这意味着在7 T MRI下，相同的磁敏感性差异会产生更显著的相位变化。因此，7 T下SWI的SNR相较3 T提高约2.1~2.4倍，这使得对微小磁性物质检测的检测灵敏度提高了约3倍^[6]。在7 T MRI相关研究成果中，SWI技术的早期应用之一是清晰显示黑质区的铁含量变化。在帕金森病患者中，常观察到的“燕尾征”是一种特征性图像表现，指的是黑质致密部内的神经元从高信号区变为低信号区。研究者通过优化3 T的SWI序列，实现了对“燕尾征”变化的观察^[7]。在7 T MRI下，SWI则能更好地检测脑肿瘤内部的微出血和血管变化，为肿瘤分类和治疗提供了重要依据^[8]。总的来说，7 T MRI的SWI序列凭借更高的SNR和更强的敏感性，显著增强了对铁含量微小变化的早期检测能力。这使其7 T MRI在神经退行性疾病和脑肿瘤等领域相较3 T MRI具备了另一核心优势。

1.3 多核成像与波谱分析

       7 T MRI的超高场强特性显著提高了成像分辨率与敏感度，使得多核多代谢物质的定量成像成为可能，从而为研究细胞内外离子分布、能量代谢和膜磷脂代谢提供更加精细和定量化的信息^[9]。这一进步不仅在基础神经科学研究中具有价值，同时也为临床诊疗中对代谢性疾病、肿瘤、神经退行性疾病和炎症反应研究提供重要手段。通过7 T的MRS可更清晰地区分代谢物共振峰，从而定量测定谷氨酸（Glu）、γ-氨基丁酸（GABA）、N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、肌醇（mI）等关键代谢物浓度，7 T下更高的化学位移分辨率和SNR使得定量更为准确和可靠^{[10, 11]}。7 T高场使化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer, CEST）信号增强，从而使特定代谢物（如肌酸、谷氨酸及胺类化合物）更加明显，无需外源对比剂，即可对内源性代谢物进行间接成像，使得对组织代谢状态的无创和特异性评估成为可能^[12]。传统MRS多为单体素或2D波谱成像（magnetic resonance spectroscopic imaging, MRSI）采集，而7 T与先进的3D脉冲序列结合，使得全脑3D波谱成像（magnetic resonance spectroscopic imaging, MRSI）得以实现。3D MRSI可同时在整个大脑范围内获得代谢物分布图谱，大大提高空间分辨率和覆盖范围，有助于更全面地理解大脑代谢变化^[13]。氘代谢成像（deuterium metabolic imaging, DMI）通过摄入标记有氘的底物（如[6,6-²H₂]-葡萄糖），利用7 T来追踪氘标记物在大脑、肝脏、肾脏等全身代谢途径中的分布，从而实现对葡萄糖代谢过程的直接成像^{[14, 15]}。与正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）相比，氘代谢成像不需要使用放射性示踪剂，且能以更高的空间分辨率提供代谢信息，从而实现更安全与成本更低的代谢研究手段^[15]。7 T代谢成像凭借其相较于3 T显著提升的分辨率与敏感度，不仅在定量化研究和临床代谢影像中展现出独特优势，还可能成为PET以外的重要临床分子影像新模态，也是未来充满潜力的另一核心优势。

1.4 血管的超微显示

       7 T MRI在血管成像中具有独特的优势，不仅限于脑血管的显示，还包括对其他部位血管的成像，如膝关节的微血管成像。由于其较高的SNR和空间分辨率，7 T MRI能够对脑内小动脉、豆纹动脉及细小的微血管病变进行精准成像​^[16]。7 T MRI的高分辨率还使得对动脉粥样硬化斑块的观察更为细致，尤其是在观察大脑的小血管的斑块形态及其与内膜、外膜之间的关系方面，7 T MRI提供了更高的对比度和分辨率，可以用于对动脉硬化的早期发现和量化分析，这对于预防心血管事件的发生具有重要价值^[17]。在膝关节的应用中，7 T MRI能够显示关节周围的微血管变化，特别是在骨关节炎和软骨损伤的早期阶段，可以通过下肢动脉血管显示来评估软骨的血供及其微循环，这对软骨组织的损伤修复评估和疗效监测至关重要^[18]。7 T MRI凭借其超高分辨率和SNR，在全身超微血管成像中相较于3 T展现出显著优势，精确显示脑内和关节周围的微血管病变，为脑及外周血管等重大慢病超早期评估提供了重要支持。

2 7 T当前面临的挑战

2.1 射频场不均匀性

       7 T MRI中由于射频波在人体组织中的传播波长与磁场强度成反比。相比于3 T（射频波约26 cm），7 T MRI射频波的波长更短（约12 cm），这意味着在人体内传播时更容易受到干扰和反射^{[19, 20]}。这种短波长导致的干涉效应，会在人体内形成不均匀的B1场分布。另外一方面介电效应，电磁波与人体组织的相互作用更显著，导致介电效应增强。这种效应会使得电场在不同的组织中传输时发生折射和反射，进一步加剧了B1不均匀性^[21]。特别是在具有高介电常数的组织（如腹部和胸部）中，这种效应更明显。7 T系统中，由于更强的磁场，B1场的梯度变化也更大。针对这些挑战，当前采取了一系列应对措施。例如，并行传输技术（pTx）通过使用多个独立控制的射频通道来优化B1场分布，能够显著减少局部信号不均问题^[22]。此外，研究^[22]还开发了高介电常数介质垫，这些介质垫通过改变局部电磁波传播路径，改善了B1场的均匀性。

2.2 SAR限制

       7 T扫描中为了达到与3 T扫描相似的射频激发和翻转角度，往往需要更高的射频功率，这使得SAR成为瓶颈^[23]。在7 T扫描中可用的脉冲序列复杂度和脉冲长度常常受到严重制约，导致无法轻易采用一些在3 T中常规使用的高翻转角、长回波链或频繁激发的序列^[24]。7 T MRI使用长时间的脉冲序列时，增加患者的安全隐患。优化射频脉冲设计、开发低SAR序列是目前的研究重点。为应对SAR限制，研究者开发了多种优化方案。基于并行传输技术的射频脉冲设计可以通过减少局部功率密度来降低SAR，同时保证足够的激发均匀性^[25]。另外，低SAR序列的开发也是研究重点^[26]，例如基于水脂分离技术的脑功能序列^[27]。

2.3 成像伪影

       7 T对磁场不均匀和组织磁化率差异更加敏感。这意味着在7 T扫描下，即使是微小的运动（如呼吸、心跳、吞咽）也可能在最终图像中产生更显著的运动伪影。脑部不同区域的磁敏感差异在7 T下会被放大，导致图像中局部变形、信号丢失、磁敏感伪影（如双侧颞叶结构）更加明显^{[28, 29]}。对比3 T，7 T的序列设计和数据采集方案需要更精准的运动校正方法、更快的采集策略（如更高加速因子或片上校正）以及针对磁敏感伪影的方案（如基于多回波采集、B0场校正和动态场图更新的技术）。为减少成像伪影，目前采取了多种对策。一方面，通过更快的数据采集策略（如基于GRAPPA或SENSE的高加速因子方案），能够显著降低运动伪影^[24]。另一方面，动态场图更新技术被用于减轻磁敏感伪影的影响^[30]。此外，人工智能技术也被引入伪影校正中，通过深度学习模型预测和修正运动伪影^[31]与磁敏感伪影的影响^[32]。

3 未来的研究方向与应用前景

3.1 人工智能辅助的图像处理

       人工智能（artificial intelligence, AI）特别是深度学习技术在7 T MRI中的应用前景广阔，可以显著提高图像的重建速度和质量，减少成像伪影，提高病变的检出率。近年来，AI技术的应用不再局限于7 T MRI自身的图像优化，更多研究致力于通过AI将7 T MRI的超高分辨率和图像增强技术赋能至3 T MRI，使得3 T MRI在一定程度上具备7 T MRI的分辨能力，尤其是在神经影像学中的应用^[33]。利用深度学习生成的超分辨率图像可以显著提高3 T MRI的图像质量和病变检测率，这对于临床实践中提升成像设备的普适性具有重要意义。基于卷积神经网络的超分辨率重建模型被用于增强3 T MRI的图像分辨率，使其接近7 T MRI的效果^[34]，特别是针对SWI以及3D T1等7 T优势序列^{[34, 35]}。这些技术的不断进步为低场强MRI设备提供了性能上的巨大提升，推动了7 T MRI研究成果的转化普及。

3.2 临床应用标准和指南共识

       目前，7 T MRI的应用主要集中在科研和少数临床中心，缺乏统一的应用标准和临床操作指南。为了规范7 T MRI的临床应用，国际上已经发布了一些关于7 T MRI安全性、成像参数及临床操作的指导文件，例如英国发布的7 T相关神经影像指南^[36]；针对癫痫的7 T临床应用共识^[37]。这些标准为7 T MRI的使用提供了理论基础和实践指导。

       在中国，建立统一的7 T MRI临床应用标准和指南对于其规范化和同质化发展至关重要。通过制订标准化的成像协议和质量控制流程，可以确保7 T MRI在不同中心的可重复性和一致性，从而为未来形成7 T多中心联盟、打造7 T等超高场MRI的中国高地奠定基础。这样的标准化体系还将有助于国内外多中心的大规模临床研究，提高7 T MRI的国际影响力和学术地位。

3.3 多中心、大样本研究

       目前7 T MRI的研究多集中于小样本和单中心研究，未来需要更多的大规模、多中心的临床研究来验证其在多种疾病中的应用价值，并建立标准化的成像协议和评估方法​。通过多中心协作研究，可以进一步了解7 T MRI在不同人群中的表现，从而推广7 T MRI在全球范围内的应用，推动其向更广泛的临床实践方向发展。

4 小结

       7 T MRI作为一种前沿的成像技术，凭借其高分辨率和高SNR，显著推动了神经系统、心血管、骨骼肌肉及其他组织器官疾病的诊断和研究。尽管面临着射频场不均匀性、SAR高等技术挑战，7 T MRI在未来有望通过硬件和软件的不断优化、AI的介入，以及多学科和多中心的合作来克服这些障碍，从而在临床和科研中发挥更大的作用。特别是通过建立统一的应用标准和指南，以及利用AI技术提高成像质量，7 T MRI必将在更多的临床和科研领域得到广泛应用。