超低场MRI：现代影像学中“大卫对抗歌利亚”的革命性挑战与临床转化前景

　　本刊推荐：为解决高场MRI系统成本高、可及性差及特定患者安全性问题，研究人员开展超低场磁共振成像（ULF-MRI）技术研究，通过磁体设计、射频线圈优化、脉冲序列创新及AI重建技术显著提升图像质量，证实其在神经成像、急诊监护及术中导航等场景的诊断价值，为床旁影像和资源有限地区提供了可持续的解决方案。

　　

在医学影像领域，磁共振成像（MRI）凭借其卓越的软组织对比度和无辐射特性，已成为神经系统疾病诊断的基石。然而，传统高场MRI系统（1.5-3 T）及超高场系统（≥7 T）面临着高昂的安装成本、复杂的基础设施需求、以及针对植入金属设备患者的安全隐患。此外，其巨大的能耗和对液氦等有限资源的依赖，也引发了关于环境可持续性的深刻思考。正是在这样的背景下，超低场磁共振成像（ULF-MRI）——一种工作场强低于0.2特斯拉的成像技术——正以其独特的便携性、安全性和低成本优势，作为一股“民主化”的力量重新崛起，挑战着高场系统在现代影像领域的统治地位。

为系统评估ULF-MRI的技术进展与临床潜力，Cesare Gagliardo等研究人员在《La radiologia medica》发表了题为“Ultra-low-field MRI: a David versus Goliath challenge in modern imaging”的叙事性综述。该研究通过检索PubMed、Scopus、IEEE Xplore及Google Scholar等数据库截至2025年8月11日的文献，聚焦于ULF-MRI的物理原理、硬件创新、软件算法及新兴临床应用，并与CT、低场、高场及超高场MRI进行了比较分析。

研究人员采用多学科综合分析方法，重点考察了ULF-MRI系统的磁体设计（如Halbach阵列永磁体）、射频线圈与前置放大器技术、脉冲序列优化（如零回波时间ZTE序列）以及基于人工智能的图像重建与去噪算法。临床验证部分涵盖了神经外科术中成像、急诊卒中评估、ICU床旁监测以及资源有限场景的应用研究，其中涉及的患者队列包括脑肿瘤、卒中、多发性硬化及癫痫患者。

物理原理与技术挑战

ULF-MRI的核心挑战在于其固有的低信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR），这源于场强降低导致的核磁化强度下降。信号强度近似与场强B₀的平方成正比，因此在超低场下需通过延长采集时间或降低空间分辨率来补偿。然而，ULF-MRI也具有独特优势：磁敏感伪影减少、对金属植入物患者更安全、功耗低以及真正的可便携性。硬件方面的创新包括采用多通道相控阵线圈提高填充因子，以及使用超导量子干涉设备（SQUID）作为高灵敏度探测器，以在极低场下有效检测信号。

图像对比度与序列优化

场强依赖的弛豫特性是ULF-MRI图像对比度的基础。T₁弛豫时间随场强降低而缩短，而T₂弛豫时间则相对延长，这影响了T₁加权和T₂加权图像的对比机制。为适应这些特性，研究人员开发了超短回波时间（UTE）和零回波时间（ZTE）序列以捕获快速衰减信号，并利用磁化转移（MT）成像技术在0.055 T系统中实现增强对比，同时保持低于FDA限值的比吸收率（SAR）。

便携式与点-of-care系统

便携式ULF-MRI系统（如0.064 T Hyperfine Swoop）是本研究的一大亮点。其重量超过600公斤，虽无法实现空中运输，但可在急诊科、ICU及手术室中进行床旁成像。在急性缺血性卒中、颅内出血及脑损伤评估中，ULF-MRI显示出与高端CT及MRI相当的诊断一致性，特别是在检测中线移位、脑室扩大及缺血病变方面具有临床实用性。

神经成像应用

ULF-MRI在神经科学领域展现出广泛的应用潜力。在脑肿瘤术中，0.15 T PoleStar N-20系统使高级别胶质瘤的完全切除率从52.4%提升至71.2%。在多发性硬化中，ULF-MRI对白质病变的检测表现出高灵敏度与特异性。此外，对于癫痫患者，便携MRI能够捕获发作后扩散异常，为术前评估提供依据。值得注意的是，ULF-MRI在测量脑室大小、监测脑积水及评估儿童神经危重症方面也显示出良好可行性。

其他临床应用

在肌肉骨骼成像中，ULF-MRI能够有效评估关节异常、软组织损伤及炎症，尤其适用于金属植入物术后患者。此外，研究者还探索了ULF-MRI在乳腺成像中的可行性，通过开发新型脉冲序列及重建算法，尝试将内源性T_1ρ分散作为潜在的肿瘤生物标志物。

先进成像技术的探索

尽管ULF-MRI目前尚无法常规实现扩散张量成像（DTI）、磁共振波谱（MRS）及灌注加权成像（PWI）等高级序列，但初步研究已证实扩散测量及基于J耦合的波谱分析在超低场下的可行性。同时，磁共振指纹技术（MRF）可通过优化采集方案在50 mT系统上定量估计T₁、T₂及B₁⁺参数，为组织表征提供新途径。

研究结论与意义

本综述表明，ULF-MRI并非旨在替代高场MRI，而是作为其重要补充，在特定临床场景中发挥关键作用。其便携性和低功耗特性使其非常适合资源有限地区、急诊护理及术中实时成像。人工智能驱动的重建算法、硬件微型化及多中心临床验证将是未来发展的重点。此外，ULF-MRI的低环境足迹契合可持续医疗理念，有望推动全球医疗资源的公平分配。

然而，该技术仍面临若干挑战：对比剂增强效果的不确定性、对微出血检测的局限性、以及先进成像功能的缺失。进一步的技术创新应聚焦于SNR提升、序列多样化及跨模态整合。总之，ULF-MRI凭借其独特优势，正成为现代影像学中一股不可忽视的力量，践行着“在正确的地方、为任何患者提供恰当成像”的临床使命。