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磁共振成像机遇和挑战——中国十年来发展成果及展望
王笑男 李春媚 陈敏

Cite this article as: Wang XN, Li CM, Chen M. Opportunities and challenges of magnetic resonance imaging: Achievements and prospects over the past decade in China[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(10): 1-4, 17.本文引用格式:王笑男, 李春媚, 陈敏. 磁共振成像机遇和挑战——中国十年来发展成果及展望[J]. 磁共振成像, 2022, 13(10): 1-4, 17. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.10.001.


[摘要] MRI作为一种多序列、多参数的成像技术,在疾病早期诊断、治疗决策、疗效评估、病情监测中发挥着不可替代的作用。党的十八大以来,伴随着磁共振设备与技术的完善与提高,我国MRI研究进入黄金期,尤其是国产磁共振设备的崛起让我国更快实现了基于MRI的临床疾病诊断的普及以及和国际接轨的科学研究的崛起。笔者将从磁共振设备、临床应用及展望三个方面阐述近十年我国MRI发展历程及研究趋势。
[Abstract] MRI is a multi-sequence and multi-parameter imaging technology, which plays an irreplaceable role in early diagnosis, treatment decision, efficacy assessment, and condition monitoring of diseases. Since the 18th National Congress, with the improvement of MR equipment and technology, the research of MRI has entered a period of comprehensive prosperity, especially the rise of domestic equipment, MRI achieved dissemination and begun to be in line with international standards. This paper reviews the development and research trend of MRI in China in the past decade from three aspects: MRI equipment, clinical application and future.
[关键词] 磁共振成像;成果;展望;人才建设;临床应用
[Keywords] magnetic resonance imaging;achievement;future;talent cultivation;clinical application

王笑男 1, 2   李春媚 1, 2   陈敏 1, 2*  

1 北京医院放射科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究院,北京 100730

2 中国医学科学院北京协和医学院研究生院,北京 100730

陈敏,E-mail:cjr.chenmin@vip.163.com

作者利益冲突声明:全体作者均声明无利益冲突。


        
        陈敏,主任医师,教授,博士生及博士后导师;现任北京医院放射科主任兼医学影像中心主任,北京协和医学院及北京大学医学部博士生导师,北京协和医学院博士后导师。现任中华医学会放射学分会候任主任委员、北京医学会放射学分会主任委员、中国医师协会放射学分会常务委员等多项社会兼职,担任国家自然科学基金委员会评审专家,担任《Chinese Medical Journal》副总编辑、《中华放射学杂志》副总编辑、《中国医学影像学杂志》主编、《磁共振成像》副主编、《临床放射学杂志》副主编、《功能与分子医学影像学》副主编等多个杂志编委,担任多部书籍的主编、编委及主审。
        临床上主要从事腹部及泌尿生殖系统疾病的影像诊断和全身磁共振诊断。2018年获得第十一届“中国医师奖”,2018年获“第二届国家名医”荣誉称号,2020年获“第七届北京优秀医师”称号。近五年内,作为课题负责人,先后承担了包括国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家卫生健康委员会公益性行业科研专项等在内的12项科研项目。2017年获“北京医学科技奖”三等奖,2020年获“北京市科学技术奖(自然科学奖)”二等奖。

基金项目: 国家自然科学基金 81771826,82071891
收稿日期:2022-09-14
接受日期:2022-10-13
中图分类号:R445.2 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.10.001
本文引用格式:王笑男, 李春媚, 陈敏. 磁共振成像机遇和挑战——中国十年来发展成果及展望[J]. 磁共振成像, 2022, 13(10): 1-4, 17. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.10.001

       MRI作为一种无创性影像检查方法,具有多序列、多参数、无辐射、可重复、高分辨率等优点。近十年来,在党的领导下,MRI硬件设备不断发展,新的技术不断涌现,使得疾病早期诊断、治疗决策、疗效评估、病情监测等方面越来越依赖于MRI。本文将简要阐述中国近十年来MRI发展成果,并展望MRI未来的应用及发展方向。

1 人才建设

       由国家卫生健康委制订、国务院健康中国行动推进委员会推进的“健康中国行动(2019—2030年)”提出加快推动卫生健康工作理念,促进以治病为中心向以人民健康为中心转变。根据医疗器械创新网数据,MRI作为无电离辐射的健康筛查手段,以每年约40%的速度增长,但影像专科医生年增长率仅为4%,需求与增长的不平衡迫切需要影像人才队伍快速发展。

2 MRI设备

2.1 市场需求

       MRI设备市场需求主要由患者数量、临床技师水平和经济发展水平等因素决定。近年来,随着医疗卫生事业和医疗技术的不断发展、高新技术的不断采用以及MRI设备本身技术的发展,据中国海关数据分析,2015年至2019年MRI设备进口量约300~400台/年,自2021年进口量稍有下降,这与前期设备储备充足后处于释放期有关,也与联影、东软等国产厂商的崛起为多级别医院提供了更多选择有关。2015年国务院印发《中国制造2025》提出重点发展影像设备等高性能诊疗设备,提高创新能力和产业化水平,为国内MRI产业带来了更大的信心和希望。但是目前我国人口基数大,每百万人MRI设备平均保有量仅约为9.7台,与发达国家相比差距仍较大,所以MRI设备市场缺口大,市场前景好,且近十年来MRI设备出口量也一直保持高位,与过去不能同日而语。

2.2 硬件设备

       高场强磁共振仪是目前MRI设备发展的主流机型,近十年来,3.0 T磁共振仪在临床应用越来越广泛,7.0 T磁共振仪陆续进入部分科研机构和医院,更高场强(如10.5 T及21.1 T等)磁共振仪尚未进入国内市场。MRI设备也向着更大磁体孔径、更多通道接收线圈、更低噪声梯度切换、更快扫描速度等方面发展。我国国产MRI设备制造起步晚,但得益于国家政策的扶持、基础科学研究的进步、计算机技术的完善、新材料和制造工业的发展,党的十八大以来,国产MRI设备发展进入黄金时期,2020年国家科学技术进步一等奖颁给联影医疗牵头的“高场磁共振医学影像设备自主研制与产业化”项目,将进一步激励国产MRI设备制造业的腾飞。

2.3 软件技术

       定量技术是MRI软件的发展方向,例如:血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging,BOLD-fMRI)实现了对神经元功能的探索[1];化学饱和转移(chemical exchange saturation transfer, CEST)成像用于分子水平成像[2];动脉自旋标记(arterial spin labeling, ASL)在无对比剂增强的情况下可定量测量血流量[3];合成MRI(synthetic MRI)单次扫描可以得到T1、T2、RD、R1、R2等组织定量数据[4]。智能化定位、无创化扫描、降噪及静音、并行扫描及欠采样提速为MRI软件的发展方向。

2.4 对比剂

       MRI对比剂是通过改变内外界弛豫效应和磁化率效应,间接地改变组织的信号强度的金属螯合物,以钆剂为代表的阳性对比剂比阴性对比剂应用更广泛,其中钆特酸葡胺是临床中最常见的对比剂。近十年来,MRI分子影像技术也得到了长足发展,这是通过标记人体内源性特殊分子作为内源性对比剂的MRI技术,其中以ASL[5]、磁共振波谱(magnetic resonance spectrum, MRS)[6]和脂肪定量成像[7]为代表。

3 MRI临床应用

3.1 神经影像学

       脑卒中发病率呈现逐年上升趋势,是我国致死率最高的疾病,不同的MRI检查序列对疾病不同时期的诊疗发挥着重要作用[8]。目前临床公认的是,急性期时通过扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)序列可以较准确地显示病灶,亚急性期通过T2WI液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery, FLAIR)序列检测病灶动态变化。多种MRI新技术的崛起为脑血管病的全面评估提供新思路,比如,MRS技术可以反映脑细胞的物质变化,可用于脑细胞内的酸中毒、能量代谢障碍评估[9];MRI血管造影能提高动脉瘤及脑动脉畸形的诊断率,对于疾病预防发挥重要作用[10];酰胺质子转移成像反映酰胺与水分子之间的交换,通过检测组织pH变化进而反映梗死区域大小[11]

       脑肿瘤分类已进入分子分型阶段,MRI在揭示肿瘤本质、对肿瘤精准评估与预后方面均起到重要作用。比如,磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography, MRE)可以检测肿瘤黏度、硬度,具有区分肿瘤良恶性及病理分型的潜能[12];扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可以对肿瘤周围水肿进行分析,在检测脑肿瘤复发方面较有前景[13];基于机器学习的MRI多序列纹理分析,对脑肿瘤分型的诊断能力高于普通放射科医生[14]

       神经退行性疾病主要包括阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)和帕金森病(Parkinson's Disease, PD),多起病隐匿,随病情进展逐渐出现包括记忆功能减退、认知功能障碍、性格行为异常在内的多种临床症状,目前对神经退行性疾病治疗多以改善症状为目的,无法阻止疾病病程进展[15]。DTI可用于评估大脑白质的完整性,CEST可用于测量游离蛋白质分子及其交换特性,磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging, SWI)可以在人体内活体测量铁含量,由此可见MRI可以从结构、功能甚至分子成像水平对中枢神经系统进行全方位的评估,对疾病的早期诊断和鉴别诊断尤为重要。

       近几年,炎性脱髓鞘疾病的研究日益深入,fMRI、MRS、磁化传递成像及铁沉积成像等技术对探究疾病演变及损害机制发挥着重要作用。以7.0 T为代表的超高场强MRI能够更加清楚地显示脑部细微结构,在疾病鉴别诊断及检测方面具有良好的应用前景[16]

3.2 心胸影像学

       过去,由于肺组织质子密度低、气体-肺实质界面高磁敏感效应以及呼吸、心跳等运动伪影影响,胸部MRI检查开展困难。近年来,随着MRI设备升级,呼吸触发、心电门控及并行采集等扫描技术的发展,容积内插屏气检查(volumetric interpolated breath-hold examination, VIBE)[17]和超短回波时间(ultrashort echo time, UTE)[18]序列的出现,已显示出胸部MRI用于肺部病变检出的潜力,但目前尚不能替代CT检查[19]

       近十年是全球心血管MRI研究的黄金时期,我国心血管MRI也得到迅猛发展。MR电影技术能够反映心肌运动,心肌灌注能够检测心肌缺血,钆对比剂延迟强化能够识别心肌坏死,血流成像能够评估血流动力学,目前均已广泛应用于临床。近年来多种新技术也颇有研究前景[20],特征追踪技术通过心脏电影序列在心动周期中追踪心内膜及心外膜,可以快速定量评估心脏整体和局部的多种应变参数,是检测心肌应变的首选方法[21];T1 mapping技术可以定量评估心肌各像素的T1值,结合增强前后变化,计算细胞外容积分数(extracellular volume fraction, ECV),对于早期诊断弥漫性心肌纤维化很有意义[22];磁共振指纹(magnetic resonance fingerprinting, MRF)技术能够在单次扫描中同时提供心肌组织多参数定量信息,也可将SWI、DWI、灌注加权成像等融入成像框架,可能是未来心脏磁共振(cardiovascular magnetic resonance, CMR)成像的潜在发展方向[23]

3.3 骨肌影像学

       骨肌系统病变种类繁多,影像学评估一直是难点也是热点。MRI具有良好的组织分辨率和对比度,能清晰显示韧带、肌肉、血管、关节囊、滑膜,在炎性病变、肿瘤及肿瘤样病变中能显示病变范围及侵犯深度[24],在诊断及治疗评估方面发挥着重要作用[25]

       MRS能够检测活体组织器官生化改变和代谢方式,在代谢性肌炎及骨肌肿瘤研究中有巨大优势[26]。DWI可以区分细胞毒性水肿和血管源性水肿,能够鉴别肿瘤的侵犯范围和生长活跃性程度,是诊断、治疗后残留及复发的有力诊断技术[27]。近年来出现的体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)不仅能提供体素内单纯水分子扩散的定量信息,还能反映毛细血管网中血流微循环灌注的情况,进一步提高诊断准确性[28]

       近年来,fMRI、动态对比增强MRI、DTI等新技术的出现,能无创性评估组织微观生理、病理状态,为骨肌疾病诊断提供新思路。但随着影像检查数据的井喷式增长,对影像专业人才的需求也剧增,近几年人工智能的出现一定程度上缓解了这一矛盾,其在病灶检出、病灶分割、治疗规划中发挥着巨大优势。

3.4 腹盆影像学

       MRI在腹盆肿瘤中的应用主要集中在恶性度分级、淋巴结分期、治疗疗效检测等方面。血管侵犯是预测肝癌术后复发的独立危险因素,目前临床肝脏MRI扫描采用多期动态增强序列,可以观察肿瘤血管生成情况,对于临床诊断及治疗后评价有一定意义,若采用肝脏特异性对比剂,则能更准确地实现对肝癌微血管侵犯的评价[29]。肝脏纤维化是各种慢性肝病向肝硬化发展的关键环节,DWI可以反映组织水分子扩散情况,用于肝纤维化诊断与分期,近年来出现的IVIM、MRE等MRI新技术为临床长期随访及疗效监测提供了良好方法[30, 31]。影像组学也是近几年的研究热点,其可用于结直肠肿瘤新辅助放化疗后的生存预测[32]。MRS也常用于研究活体组织中病灶的代谢物,但是易受胃肠运动及气体影响,因此在胃肠道研究中应用不多。表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)可以用于鉴别侵犯性宫颈癌有无脉管浸润[33],但由于缺乏标准化参数及大规模数据报道,现在临床上未广泛使用。

3.5 乳腺影像学

       随着1.5 T及以上场强MRI设备的普及,脂肪抑制快速并行采集、动态对比增强扫描等技术的发展使MRI成为乳腺疾病检查的重要方法。MRI不仅能够显示乳腺病灶的形态学特点,还能提供水分子扩散、血流动力学等信息,对于病灶良恶性鉴别,尤其对于致密型腺体病灶的诊断能力明显高于其他影像学检查方法。近年来,影像组学和深度学习在乳腺癌诊疗方面的研究越来越多,是未来研究的方向。

4 总结与展望

       MRI应用于医学诊断已经超过40年,是影像检查技术中发展最快的专业,将朝着智能化、精准化、网络化的方向发展。正如2021年RSNA年会的主题:重塑影像学(redefining radiology),未来MRI影像将向着新理念、新技术和新方法发展。2016年中共中央、国务院印发的《“健康中国2030”规划纲要》体现了我国政府大力扶持医学事业发展的决心。笔者相信,在党的领导下,我国MRI事业一定会创造更多可能,获得更大突破,更好地为人民健康服务,为“健康中国2030”规划作出更大贡献。

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