联影5T MRI 2025年第二季度科研成果回顾

在精准医学快速发展的当下，超高场全身磁共振正在改变着MR临床科研的格局。作为全球首创的全身超高场临床科研型设备，联影uMR Jupiter 5T以更高的空间分辨率、信噪比和敏感度推动磁共振高清结构成像以及波谱、代谢、功能成像的发展和临床边界。依托于产学研医创新平台的搭建，uMR Jupiter 5T用户深入挖掘全身超高场MRI的临床应用价值与科研潜力，进一步推动了超高场磁共振技术的快速迭代与临床应用。2025年第二季度，基于uMR Jupiter 5T设备产出的SCI科学研究成果共计十一篇，涵盖神经系统、体部成像及前沿技术开发等多个领域，彰显出超高场磁共振技术在临床科研领域的潜力与广阔前景。

一、头颈部成像

1、大脑后动脉（PCA）侧支代偿的准确评估对于烟雾病（MMA）的临床分类、缺血性卒中风险预测及治疗时机选择至关重要。四维磁共振血管造影（4DMRA）作为一种无创、无需对比剂的检查方法，在评估脑血管侧支循环方面具有潜力。在较低场强下，其对远端血管和侧支循环的显示常因信噪比而受限，而5T超高场MRI凭借其更高的信噪比和更优的空间分辨率，有望提升对细小侧支血管的识别能力。为此，北京协和医院神经科倪俊主任团队从临床问题出发，联合放射科冯逢主任团队
前瞻性纳入了85例MMA患者，利用 5T 4DMRA 评估PCA对前循环的侧支代偿能力。结果显示无症状与缺血性半球的PCA侧支代偿评分存在显著差异，尤其在PCA通过顶枕支至大脑中动脉的代偿路径上。研究表明，5T 4D-MRA可通过评估PCA侧支代偿，为MMA患者缺血性卒中风险评估提供有价值的信息，有望在临床中为MMA的诊疗提供重要影像学支持^[1]。

图1. a-e为40岁男性缺血性烟雾病患者，左侧大脑中动脉供血区梗死，4DMRA 显示左侧顶枕支仅向浅表血管代偿（黑箭，3500ms），右侧代偿良好，包括至中央沟（红箭，2500ms）、PCA 前颞支与 MCA 颞支吻合（蓝箭，3500ms）、顶枕支至外侧裂（绿箭，3500ms）；f-g 为 32 岁女性右侧单侧狭窄的无症状患者，右侧顶枕支向 ACA 与 PCA 皮层交界区代偿（紫箭，2500ms），左侧正常。

2、虽然在7T MRI上进行准连续动脉自旋标记（PCASL）能提升信噪比和延长T1，但存在磁场不均匀及比吸收率（SAR）过高的问题，而5T MRI在平衡信噪比与SAR方面更具优势。基于上述背景，北京协和医院冯逢主任团队招募20名健康志愿者和26名烟雾病患者，在5T MRI上采用单期延迟和多期延迟PCASL进行全脑灌注成像。结果显示，5T PCASL在健康志愿者中展现出良好的图像质量与可重复性；其中多期延迟PCASL在动脉通过时间异质性较大的区域（如白质、深部灰质）提供了更可靠的脑血流量定量结果（图2）；在烟雾病患者中，5T PCASL可敏感反映颅内大动脉狭窄—闭塞所致的灌注降低与ATT延长。该研究证实5T全脑PCASL成像重复性良好，尤其多期延迟ASL能稳定评估血流动力学，为烟雾病等脑血管病的评估提供可靠工具^[2]。

图2. 未校正脑血流量（uCBF）、动脉通过时间（ATT）和校正脑血流量（cCBF）的可重复性相关性分析。（A）灰质（GM）、白质（WM）及各脑叶uCBF；（B）不同灌注区uCBF；（C）灰质、白质及各脑叶ATT；（D）不同灌注区ATT；（E）灰质、白质及各脑叶cCBF；（F）不同灌注区 cCBF。

3、时间飞跃磁共振血管造影（TOF MRA）是评估烟雾病的常用无创工具，但3T TOF MRA在微小侧支时分辨率有限，5T TOF MRA则有望更清晰显示侧支血管。北京协和医院冯逢主任和王怡宁主任团队前瞻性纳入21例MMA患者，通过定性和半定量评估比较5T与3T TOF MRA 对颈内动脉末端（ICAs）、大脑中动脉远端（MCAs）、烟雾血管（MMVs）及软脑膜吻合（LMA）侧支的显示效果，并以数字减影血管造影（DSA）为参考进行了比较。结果显示，5T TOF MRA 在MCAs、MMVs及LMA侧支的显示评分上均优于3T；MMV面积评分和软脑膜系统评分更高，且DSA证实部分仅5T可见的侧支（图3）。研究结果证明了5T TOF MRA 能更清晰显示MMA患者的异常侧支血管，为评估血流动力学状态、制定手术方案及随访监测提供新的精准影像手段^[3]。

二、体部成像

1、3T MRI 是前列腺癌筛查、诊断和分期的常用工具，但在常规 T2加权成像（T2WI）和高 b 值扩散加权成像（DWI）会受限于图像分辨率或信噪比（SNR）不足，可能影响病变检出与评估。5T MRI 凭借更高的 SNR 和空间分辨率，结合2.5D成像技术（减薄层厚、增加信号平均次数以提升平面分辨率），有望改善前列腺成像质量。为此，北京友谊医院杨正汉主任团队招募了20名健康男性志愿者，通过定性和定量分析，比较3T与5T下常规T2WI、DWI及5T 2.5D T2WI的成像效果。结果显示，5T常规T2WI和高b值DWI的SNR、CNR显著高于3T，且图像锐利度及清晰度更优；5T 2.5D T2WI进一步提升了分辨率、整体图像质量和前列腺包膜清晰度（图 4）。因此，5T MRI结合2.5D技术能更清晰显示前列腺细节，为前列腺病变的检测与评估提供了更可靠的影像手段^[4]。

图4. 一名 40 岁男性患者在3T和5T MRI 下的前列腺双参数 MRI 图像。与3T MRI 相比，5T MRI的前列腺T2WI能更清晰地显示前列腺结构，而5T MRI的2.5D成像方法获得的T2WI以及5T MRI 的DWI则能更清晰地呈现前列腺的解剖细节。

2、质子密度脂肪分数（PDFF）和 R2*是无创量化腹部器官脂肪和铁含量的 MRI 生物标志物，5T磁共振有望进一步提升准确性与可靠性。基于此，北京大学第三医院袁慧书主任团队前瞻性纳入了 127 名参与者，使用3T（两台）和5T MRI扫描同一化学位移多回波梯度回波序列，定量比较肝、胰、肾及椎旁肌的PDFF和R2*值。结果显示，5T与3T的PDFF在所有器官中均强相关；5T的R2*值显著升高且相关性良好，符合预期（图5）。该研究表明5T MRI与3T在PDFF和R2*量化上具有较高的场间一致性，能可靠评估腹部器官的脂肪和铁含量，为临床诊断提供无创生物标志物^[5]。

图5. 肝脏、胰腺、肾脏及椎旁肌的PDFF与R2*图及ROI放置示意图。自左至右依次为肝脏（1）、胰腺（2、3）、肾脏（4）及椎旁肌（4）。第一行对应3T扫描仪1，第二行对应3T扫描仪2，第三行对应5T扫描仪。

三、创新技术开发

1、化学交换饱和转移（CEST）MRI 是一种重要的成像技术，但B1场的不均匀性会影响其测量准确性，尤其在5T高场强下更显著。然而，传统B1校正会大幅延长扫描时间。中国科学院深圳先进技术研究院吴垠教授团队提出了一种基于条件变分自编码器（CVAE）的生成模型，仅需单次CEST采集即可生成不均匀性矫正后的Z谱。研究通过数值模拟和健康志愿者5T脑成像实验发现：CVAE生成的校正Z谱与参考值保持良好的一致性；此外，在APT CEST的矫正效果优于传统插值法和DeepCEST，泛化性更强。该CVAE框架为5T CEST的B1不均匀问题提供了单次、快速、泛化的校正方案，可直接嵌入临床常规流程，提高CEST成像的定量可靠性^[6]。

图6. 使用常规Z-B1-interpolation方法和CVAE模型对同一名志愿者进行B1非均匀校正前后的3.5 ppm CEST图像对比。

2、海马亚区（SRLM）的精细分割依赖高分辨率T2WI，但在3T条件下薄层成像受SNR限制，难以兼顾解剖细节与扫描效率。5T MRI虽可提升信噪比与组织对比，却伴随B1不均匀及算法适配难题。中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣教授团队前瞻性纳入 28 名志愿者，在3T与5T上分别采集 2 mm、1 mm、0.7 mm T2WI，并以0.7mm手工分割放射层、腔隙层和分子层（SRLM）为金标准，比较两种自动分割算法 FreeSurfer 与 HippUnfold 的分割精度。研究发现：5T的SNR、对比噪声比（CNR）及视觉评分显著高于3T；5T 0.7mm 图像的CNR与3T 2mm 相当；随着层厚变薄，HippUnfold分割算法与手动分割之间的 Dice 系数升高，而 FreeSurfer 与手动分割之间的Dice系数则呈下降趋势，提示算法对薄层高分辨图像的适应性差异显著。研究表明5T MRI 结合0.7-1mm薄切片能提升海马亚区显示效果，HippUnfold 分割算法更适用于薄层分割，为神经疾病的精细评估提供了可靠方案^[8]。

图7. 同一名受试者3T与5T不同层厚下海马图像的对比。图中可见随着场强升高，T2W图像清晰度显著提升，尤其在亚毫米层厚时差异最为明显。

3、为解决MRI引导机器人介入中针定位精度低、效率不足的问题，南开大学韩建达教授、秦岩丁教授团队和复旦大学乔豫川教授团队联合提出了一种实时边界引导针定位方法，通过Brown–Roberts–Wells框架自动定位2D针平面，结合所设计的边界引导的BFine-Mask网络分割针掩码，并利用中心线检测算法定位针尖，无需手动干预。研究通过5T MRI 在猪脑、心脏和金属针（图9）验证中发现：该方法在不同场景下平均针尖定位与人工标注误差均<0.6 mm；且定位精度优于对比方法。该边界引导方法为5T MRI 引导机器人介入的针定位提供了高精度、实时的解决方案，可提升手术安全性与效率，具备临床应用潜力^[9]。

图8. 5T MRI引导机器人介入装置示意图

图9. 所提出方法在猪脑组织（左）、心脏组织（中）及金属针（右）数据集中的针尖定位结果。绿色区域为分割掩膜，黄色线段为针轴，红色点为自动检测的针尖。

2025年第二季度，多家知名医疗机构与科研院所在uMR Jupiter 5T平台上开展了系统性研究，在神经、体部以及前沿技术开发等领域发表了多篇高水平学术论文。这些成果不仅验证了5T平台优于传统常规场强MRI设备的诊断优势，更凸显了超高场磁共振在多元临床和科研场景中的潜能。未来，随着uMR Jupiter 5T的临床普及和技术的不断升级迭代，会有更多突破性的研究成果进行临床转化，为精准医疗的发展注入更强动力。