李先军|李国斌|杨健
西安交通大学第一附属医院放射科，中国西安雁塔西路277号，710061
**摘要**
5特斯拉（T）磁共振成像（MRI）的发展填补了3T和7T系统之间的空白。近年来，它已从研究工具转变为临床应用模式。本文综述了5T MRI的技术进步，评估了其在特定器官中的应用，并讨论了其临床益处。最近的进展包括线圈的重新设计、人工智能辅助的压缩感知以及基于深度学习的重建技术，这些技术使得成像更快、质量更高。此外，成像安全性研究为临床应用奠定了基础。在临床上，5T MRI在心血管、脑血管、外周血管、腹部、盆腔、肌肉骨骼和神经系统的成像中表现出广泛的应用潜力。5T MRI的临床益处已经得到证实：首先，通过提高空间分辨率增强了诊断信心（例如，冠状动脉磁共振血管造影中钙化检测灵敏度的提高，Moyamoya侧支的更好可视化，胰腺囊性病变的更准确检测，前列腺成像中囊壁的清晰定义等）；其次，5T下的定量指标与3T的结果具有可重复性和一致性（例如，心肌T1映射和腹部表观扩散系数与3T MRI高度相关，脑肿瘤中谷氨酸化学交换饱和转移的测试-重复性等）；第三，5T MRI提高了成像效率并减少了造影剂的剂量（例如，外周血管成像的加速因子更高，口腔成像的扫描时间更短，脑肿瘤成像所需的钆剂量减半等）。总之，5T MRI成功地将超高场能力与实际临床应用相结合，扩展了其全身成像的应用范围。
**1. 引言**
对更高空间分辨率和信噪比（SNR）的持续追求是超高场（UHF）磁共振成像（MRI）发展的主要驱动力[1]，[2]。随着最近临床应用的监管批准，特别是7T和5T的UHF MRI系统，已从仅用于研究的工具转变为经过临床验证的平台[3]。已有研究表明UHF MRI具有潜在的临床价值[4]。例如，7T MRI能够检测到1.5T或3T无法发现的局灶性皮质发育不良[5]；与3T相比，它对多发性硬化症患者的皮质内和皮层下病变更敏感[6]；此外，UHF MRI还提高了垂体腺瘤的检测率[7]。然而，主磁场（B0）和/或射频（RF）场（B1）的不均匀性、RF功率沉积增加以及由于松弛时间变化导致的信号损失是UHF MRI面临的挑战[8]。因此，在临床实践中进行7T及以上的全身成像较为困难。
尽管UHF MRI在分辨率和图像对比度方面显示出潜力，但必须认识到1.5T和3T系统仍然是常规临床诊断的基石，因为它们具有可靠性、成本效益和相对标准化的协议。虽然UHF MRI的临床价值令人期待，但目前主要体现在研究和/或高度专业化的环境中。正如最初设想的那样，5T MRI作为传统场强与7T以上系统之间的中间桥梁[9]，预计其成像性能将优于3T，并在某些应用中接近7T的水平[10]。此外，它可能克服了先前UHF MRI中与RF波长和比吸收率（SAR）相关的关键挑战，从而实现更广泛的全身成像临床应用[11]，[12]。
自2022年以来，许多研究[10]，[11]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，[18]比较了5T与3T MRI在不同器官和病理学上的表现，提供了早期评估5T是否能够以3T的工作流程实现UHF性能的机会。因此，本文旨在总结5T MRI的技术基础，评估其在特定器官中的应用，并评价其潜在的临床益处。
**2. 5T MRI技术的进步**
最近的技术进步表明，5T MRI的发展涉及系统层面的改进，包括RF传输硬件、接收技术、数据采集和图像重建、B1不均匀性校正以及安全性验证。
**2.1 RF传输和接收技术**
随着磁场强度的变化，5T MRI的质子拉莫频率必然不同于3T和7T MRI。这需要重新设计RF传输硬件。最近，为5T脑成像设计了一种正交鸟笼式发射/48通道接收线圈，该线圈显示出更高的并行加速能力、比3T MRI更好的SNR以及更低的RF不均匀性[19]。为了提供足够的翻转角度和良好的对比度均匀性，提出了一种新的阻抗匹配电路设计策略[20]。由此产生的RF功率放大器能够提供64 kW的峰值功率，并可以配置为8通道、4通道或2通道模式。此外，最近的一项研究通过多目标负载牵引分析提出了一种2 kW的高效宽带氮化镓线性功率放大器，用于多核5T MRI，以实现宽带能力、高效率和线性[21]。
除了RF传输的进步外，接收线圈也得到了发展，以利用UHF MRI的SNR优势。最近，为5T功能性MRI设计了一种开放式发射和24通道的灵活接收头线圈，该线圈采用了24个密集排列的40毫米线圈，从而提高了SNR性能和并行采集能力[22]。开放式鸟笼架构提高了患者的舒适度，并为5T MRI下的脑功能研究提供了重要工具。
**2.2 数据采集和图像重建**
5T MRI固有的高SNR为加速成像提供了有利的基础，有利于传统和先进技术。更高的SNR使得传统加速技术（例如，优化的序列参数、并行成像和压缩感知）在该平台上实现更高的图像质量，从而缩短了扫描时间[23]，[24]，[25]。具体来说，使用较少的激发次数的传统方法，5T MRI的快速自旋回波序列的扫描时间比3T MRI缩短了34%至45%[23]。人工智能（AI）辅助的压缩感知（ACS）使得5T下的T2加权成像（T2WI）速度提高了78%[26]。T1加权和T2加权序列的采集时间也比传统压缩感知缩短了43%至53%[25]。重要的是，这种加速没有牺牲图像质量，这得益于基于深度学习的重建（DLR）的集成[25]，[26]，[27]。具体而言，5T下ACS和DLR的应用实现了快速、高分辨率的成像（例如，海马亚区的体素大小为0.4 mm × 0.4 mm × 0.7 mm，口腔为0.4 mm × 0.4 mm × 2.5 mm，前列腺为0.45 mm × 0.45 mm × 1.5 mm），确保了高病变检测率[16]，[18]，[23]，[27]。作为临床实践中常用的序列，扩散加权成像（DWI）总是受到失真伪影的限制，这种伪影在更高磁场（例如5T相比1.5T或3T）下更为明显，限制了其应用范围。最近，多shot回波平面成像通过交错采样有效减少了5T DWI中的失真[28]。
**2.3 B1不均匀性校正**
UHF MRI中的一个普遍技术挑战是B1场的不均匀性，这直接影响了化学交换饱和转移（CEST）测量。最近，提出了一种基于直接饱和去除欧米伽图的5T MRI B1不均匀性校正方法[29]。使用多池洛伦兹模型解析并去除了Z谱中的直接饱和成分。去除B1依赖的直接饱和贡献后，可以提取化学交换成分[29]。此外，还训练了一个生成式深度学习模型，通过对像素级的源-目标配对Z谱进行校正，以纠正5T CEST MRI中的B1不均匀性，显示出其优于传统插值方法[30]。
**2.4 安全性**
严格的安全性验证是5T MRI临床应用的先决条件。在当前的应用中，研究人员通常依赖制造商提供的SAR限制并遵守标准安全指南[12]，[19]。具体来说，国际电工委员会建议身体发射线圈的全球SAR限制为3.2 W/kg，头部成像的正常操作模式下的局部SAR限制为10 W/kg[19]。值得注意的是，5T MRI的安全考虑与1.5T或3T MRI系统有所不同。对于等效的脉冲序列，5T下的SAR大约是3T的2.79倍，因为SAR与静态磁场强度成二次方关系[24]。此外，较短的RF波长和增加的B1场不均匀性会导致5T下的激发空洞和局部能量沉积[19]，[31]。5T MRI下的SAR及其与主观发热感知的相关性仍有待进一步研究[31]。5T MRI中植入物的RF诱导加热风险特性也与3T不同，这主要体现在植入物的临界尺寸更短以及对组织环境和植入物位置的依赖性更强[32]。根据人体模型的观察，SAR最高出现在植入物长度为7-11厘米的情况下[32]。因此，为3T建立的安全指南不能直接应用于5T。目前，还没有针对5T MRI的独立SAR安全共识或联盟指南，类似于3T或7T的指南[33]，[34]。在缺乏既定标准的情况下，安全实践主要依赖于超高场系统的一般安全原则。然而，5T MRI的安全阈值和允许的限制确实与3T和7T不同。需要专门针对5T MRI进行重新评估，并更新安全标准。此外，还为5T开发了一种定制设计的造影剂注射器[35]。其安全性、性能和图像质量已经得到评估。5T MRI对注射精度没有负面影响，也没有引起显著的平移吸引力[35]。最近，还研究了5T MRI检查期间的不适及其相关因素[31]。主要的不适因素包括噪音（13%）、热量（8.2%）和眩晕（6.1%），而539名参与者中有72.8%没有感到不适[31]。解决这些具体不适因素将有助于5T MRI的更广泛临床应用。
因此，RF硬件提供了必要的电磁基础。新设计的接收线圈最大化了SNR增益。AI驱动的方法保证了高效的数据采集。先进的校正算法减少了UHF伪影。此外，安全性研究将为5T MRI的临床应用铺平道路[19]，[24]，[31]，[32]，[35]（图1）。此外，高性能的梯度场也是5T MRI的一个显著特点。当前临床3T MRI的梯度强度最高可达80 mT/m，峰值扫描率为200 T/m/s[36]。相比之下，5T扫描仪采用了更高的最大梯度强度120 mT/m（扫描率：200 T/m/s）[37]。这种增强的梯度能力对于在高b值下获取高分辨率的多壳层扩散MRI数据至关重要，这是研究人类大脑微观结构和结构连接性的前提[37]。
**下载：** 下载高分辨率图像（601KB）
**下载：** 下载全尺寸图像
**图1. 5T MRI的技术进步及临床应用示例。** AI：人工智能；CS：压缩感知；RF：射频。图中使用的图像来自接受MRI检查的参与者，参与者已提供知情同意。
**3. 5T MRI的应用**
最近的研究[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，[18]，[23]，[24]，[26]，[27]，[28]，[38]，[39]，[40]，[41]，[42]，[43]，[44]，[45]，[46]，[47]，[48]，[49]，[50]，[51]，[52]，[53]，[54]，[55]，[56]，[57]，[58]，[59]，[60]，[61]，[62]，[63]，[64]，[65]重点关注了5T MRI在常规临床实践中的潜在整合，强调了其在包括心血管、脑血管、外周血管、腹部、盆腔、肌肉骨骼和神经系统成像在内的多种解剖学领域的广泛应用[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，[18]，[23]，[24]，[26]，[27]，[28]，[38]，[39]，[40]，[41]，[42]，[43]，[44]，[45]，[46]，[47]，[48]，[49]，[50]，[51]，[52]，[53]，[54]，[55]，[56]，[57]，[58]，[59]，[60]，[61]，[62]，[63]，[64]，[65]。
**表1.**近期5T磁共振成像（MRI）的应用 [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [23], [24], [26], [27], [28], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [61], [62], [63], [64], [65]。
**成像目标**
**疾病/状况**
**年龄**
**样本量**
**研究类型**
**成像方法**
**指标**
**主要发现**
**心血管系统**
- **健康志愿者**（23-54岁）
17
前瞻性、观察性、横断面研究
CINE GRE、CINE bSSFP（5T vs. 3T）
信噪比（SNR）、对比度噪声比（CNR）、功能性测量
5T相比3T具有更高的SNR和CNR；与3T相似
- **冠状动脉疾病风险较低至中等的患者**
3T组年龄50±11岁，5T组年龄54±11岁
SPAIR
Dixon
前瞻性、观察性、横断面研究
无对比剂CMRA（5T vs. 3T）
主观图像质量、SNR、CNR、血管边缘清晰度、冠状动脉钙化及狭窄情况
5T的图像质量优于3T；CMRA在5T下能同时评估冠状动脉钙化和狭窄，并表现出更优的诊断性能
- **心肌纤维化患者**
49±17岁
18
前瞻性、观察性、纵向研究
LGE心脏MRI（5T vs. 3T）
主观图像质量、SNR、CNR、CR（对比度分辨率）、LGE（局部增强）的存在、半自动量化心肌
5T的SNR和CNR有所提高；主观图像质量和心肌纤维化量化与3T（1.4毫米分辨率）无显著差异
- **疑似或确诊为非缺血性心肌病的患者**
43.7±13.1岁
49
前瞻性、观察性、横断面研究
LGE心脏MRI（5T vs. 3T）
图像质量、LGE的存在、SNR、CNR
5T PSIR成像在1.2毫米分辨率下提供更好的图像质量和LGE可视化
- **健康志愿者及疑似或确诊有心脏病变的患者**
中位年龄42岁（健康志愿者IQR 29–54岁，患者IQR 34–51岁）
39
前瞻性、观察性、横断面研究
T1映射（5T）
T1值、组间比较、扫描仪内重复性、观察者内及观察者间重复性
5T的T1映射扫描仪内重复性（ICC = 0.83），观察者内及观察者间重复性（ICC > 0.90）；5T的T1值比3T高约300–400毫秒；患者T1值高于健康志愿者；LGE阳性段的T1值也更高
**脑血管系统（颅内动脉）**
- **健康志愿者（n=10），有缺血性中风史（n=2）**
38±9岁
12
前瞻性、观察性、横断面研究
TOF MRA（5T vs. 3T和7T）
主观评分、SNR、CNR、分支总数、总长度、半径分布
5T的CNR随场强增加而提高；5T对远端段和小血管分支的显示效果优于3T，与7T相当
- **小脑上动脉患者**
36-81岁
55
回顾性、观察性、横断面研究
TOF MRA（5T）
小脑上动脉的起源、分支数量、起始处的内径
- **脑豆纹状体动脉患者**
26.25±4.38岁
12
前瞻性、观察性、横断面研究
TOF MRA（5T vs. 3T）
0.3、0.4、0.5毫米分辨率下的成像质量
使用分层分析（不同分支级别）评估图像质量、SNR、CNR、LSA分支的数量和长度
- **Moyamoya血管病患者**
18–57岁
21
前瞻性、观察性、横断面研究
TOF MRA（5T vs. 3T）
血管可视化评分、MMV（微小血管）面积评分、LMA（软脑膜血管）评分
5T TOF MRA在远端MCA、MMV和LMA侧支的可视化方面表现更好；DSA证实某些MMV和部分软脑膜侧支可通过5T检测到，而3T无法
- **Moyamoya血管病患者**
41.6±12.2岁
85
前瞻性、观察性、横断面研究
4D-ASL-MRA（5T）
侧支分级系统评分
- **周围血管（足部血管）**
健康志愿者、静脉曲张患者、动脉粥样硬化患者
46.2±5.9岁
30
前瞻性、介入性、横断面研究
PC MRA（5T vs. 3T）
SNR、CNR主观评分、定量血管分割、流速
5T PC-MRA对足部血管的可视化效果优于3T；温水浸泡后血流速度和血管轮廓更清晰
**腹部系统**
- **健康志愿者（n=8），肝肾囊肿（n=1）**
37.3±7.0岁
9
前瞻性、观察性、横断面研究
DWI（5T vs. 3T）
主观图像质量评分、ADC（衰减系数）
5T和3T的主观图像质量评分无显著差异；ADC无显著差异
- **腹部（代谢功能障碍相关脂肪肝患者）**
37.8±8.9岁
15
前瞻性、观察性、横断面研究
减小视野（reduced FOV）DWI（5T vs. 3T）
主观图像质量评分、SNR
5T的SNR和清晰度评分更高
- **腹部（肝脏）**
健康个体及脂肪肝病患者
30.17±13.98岁
35
前瞻性、观察性、横断面研究
CSE（CSE）多回波梯度回波序列（5T vs. 3T和1.5T）
PDFF（partial differential fractionation）和R2*（R2*）测量
5T和3T之间的场内一致性：PDFF的ICC为0.892–0.993，R2*的ICC为0.910–0.981；5T的PDFF无显著差异；5T的R2*高于3T
- **腹部（胰腺）**
健康个体及脂肪肝病患者
48.9±14.0岁（男性），45.9±15.5岁（女性）
20
前瞻性、观察性、横断面研究
DWI（5T vs. 3T）
可重复性、SNR和主观评估
5T的胰腺ADC值稳定性高、重复性和一致性好；减小视野（reduced FOV）DWI提高了分辨率和图像质量
- **腹部（胰腺）**
患有胰腺囊肿的患者
平均年龄57岁（范围28-87岁）
35
前瞻性、观察性、横断面研究
T1WI、T2WI、DWI（5T vs. 3T）
主观图像质量评分、CR（对比度分辨率）、SNR
5T DWI的图像质量评分和SNR更高
- **腹部（胰腺）**
患有胰岛素瘤的患者
平均年龄45.5岁（IQR 32.8-63.3岁）
35
前瞻性、介入性、纵向研究
T1WI、T2WI、DWI（5T vs. 3T）
主观图像质量评分、SNR
- **腹部（肾脏）**
健康志愿者（n=20），慢性肾脏病患者（n=25）
38.4±10.89岁
40
前瞻性、观察性、横断面研究
BOLD和R2*（R2*）
主观整体图像质量和皮质髓质分界、SNR
1.25×1.25×3毫米分辨率下的皮质髓质分界和临床图像质量更优；观察者间一致性高
- **腹部（肾脏）**
健康志愿者（n=20），慢性肾脏病患者（n=25）
38.4±10.89岁
40
前瞻性、观察性、横断面研究
Saturated multi-delay（饱和多延迟）ASL（5T vs. 3T）
T1值、肾灌注、PWI（perfusion-weighted imaging）的SNR和CNR；指标的重复性和再现性
- **盆腔（前列腺）**
成年男性志愿者
48±11岁
20
前瞻性、观察性、横断面研究
T2WI、DWI（5T vs. 3T）
主观图像质量评分、CR（对比度分辨率）、SNR
5T T2WI的图像质量评分和SNR更高
- **盆腔（前列腺）**
临床怀疑前列腺癌的患者
中位年龄68岁（IQR 62-71岁）
105
前瞻性、观察性、横断面研究
T2WI、DWI（5T vs. 3T）
SNR、CNR、ADC（衰减系数）、病变边界清晰度
5T MRI的图像质量评分、SNR和CNR更高；DWI伪影更少
- **肌肉骨骼系统（小腿肌肉）**
健康志愿者（静息状态n=16，运动状态n=14，高强度运动n=14）
前瞻性、观察性、纵向研究
糖原成像
糖原测量、分布、消耗和补充动力学
可用于测量人体肌肉的 regional 糖原代谢，实现基于肌肉类型的分析和区域分析
- **膝关节**
患有膝关节内部损伤或紊乱的患者
55±9岁
90
前瞻性、观察性、横断面研究
T1WI、PDWI-FS（5T vs. 3T、1.5T）
SNR、图像质量、边缘清晰度、AUC（面积曲线）
5T MRI的SNR、图像质量和边缘清晰度更高
- **口腔**
健康志愿者（女性28.58±3.12岁，男性30.67±8.33岁）
18
前瞻性、观察性、横断面研究
T1WI、T1WI-FS、T2WI-FS（5T vs. 3T）
主观图像质量评分、SNR、CNR
5T的图像质量、SNR和CNR更高；扫描时间更短；有助于观察牙周组织、牙龈和上颌窦
- **大脑（结构）**
患有脑部疾病的患者
49.1±16.7岁
107
回顾性、观察性、横断面研究
单次和多次扫描DWI（5T）
主观图像质量、SNR、CNR、ADC差异、ROC曲线
5T多次扫描DWI的图像质量更优，解剖结构扭曲更小，诊断性能更佳
- **大脑（胼胝体结构）**
健康志愿者
18-89岁
166
回顾性、观察性、横断面研究
T1WI、多壳层扩散成像（5T）
胼胝体形态和纤维轨迹
- **大脑（海马体亚区）**
健康志愿者
18-85岁
376
回顾性、观察性、横断面研究
T1WI（3D）、T2WI（2毫米、1毫米、0.7毫米厚度）
5T的SNR、CNR和视觉评分更高；SRLM（subregional layering mapping）的Dice系数受切片厚度影响；建议使用0.7-1毫米的切片厚度
- **大脑（功能）**
患有脑部疾病的患者
54.7±14.8岁
98
前瞻性、观察性、横断面研究
T2WI（5T：DLR vs. ACS）
采集时间减少78%；DLR的总体图像质量和CNR优于ACS，与PI相当
- **大脑（功能）**
健康志愿者（男性30岁，女性28岁）
12
前瞻性、观察性、横断面研究
T1ρ映射（5T vs. 3T）
T1ρ加权图像的SNR
5T的T1ρ加权图像SNR优于3T；3T和5T获得的脑T1ρ值无显著差异
- **大脑（功能）**
健康个体
30±5岁（男性），28±4岁（女性）
12
前瞻性、观察性、横断面研究
T1ρ映射（5T vs. 3T）
5T BOLD fMRI的SNR和CNR更高；提供更精细的个体化皮质功能网络分区结果
- **大脑（功能）**
健康志愿者和Moyamoya病患者
35.5±14.9岁（健康志愿者），40.9±11.9岁（患者）
20
前瞻性、观察性、横断面研究
伪连续ASL（pseudo-continuous ASL）
可靠性、受试者内变异系数、组间比较
5T伪连续ASL指标的可靠性ICC为0.856–0.962，变异系数为2.39%-6.76%，相关系数为0.865–0.966；Moyamoya病患者/综合征患者的cCBF（cerebral blood flow）较低；MRA评分与cCBF负相关，与ATT（arterial blood flow）正相关
- **大脑（肿瘤）**
患有脑肿瘤的患者
55.39±11.17岁
23
前瞻性、观察性、横断面研究
MRS（HISE vs.**提示：** 以下内容为医学研究文献的摘要，涉及多种磁共振成像技术（如PRESS、GluCEST、HISE等）在脑肿瘤检测、心血管疾病、脑血管疾病、腹部疾病等方面的应用和优势。请注意，这些信息基于学术研究，不构成医疗建议。
**3.1. 心血管成像**
**3.1.1. 心脏结构和功能**
5T下的电影（CINE）成像技术最近得到了评估[13]。与3T成像相比，5T梯度回波（GRE）成像的信噪比（SNR）提高了57%，对比度噪声比（CNR）提高了78%。此外，5T环境下的心电图（ECG）波形稳定，没有出现先前UHF报告中提到的严重磁流体力学干扰现象[13, 66]。5T MRI下可靠的ECG信号采集主要归因于两个因素：较低的外磁场强度降低了磁流体力学效应；以及采用了具有增强屏蔽硬件和优化信号识别算法的ECG触发装置，有效减少了干扰[12]。
**3.1.2. 心肌组织表征**
5T下的心肌T1映射已被证明是可行且可重复的，但需要特定场强的参考范围[39]。5T心脏MRI在非缺血性心肌病患者中改善了晚期钆增强（LGE）的可视化和图像质量，尤其是在1.2mm分辨率下，且不增加扫描时间[38]。同样，在心肌纤维化患者中，5T心肌LGE MRI的信噪比和对比度噪声比也更高[12]。
**3.1.3. 冠状动脉成像**
5T无对比剂全心脏冠状动脉磁共振血管造影（MRA）的可行性最近得到了研究[14]。5T冠状MRA在检测≥50%的狭窄方面优于3T（5TDixon常规 vs. 3TDixon常规：敏感性90.0% vs. 80.0%，特异性86.8% vs. 71.1%，准确性87.5% vs. 72.9%），并且在高分辨率下提高了冠状动脉钙化的检测敏感性[14]。
**3.1.4. 潜在临床益处**
5T下心血管MRI的信噪比和对比度噪声比的提高将增强对细微病变的诊断信心，例如提高狭窄的检测敏感性和特异性[14]。这些改进使得可以使用更高的加速因子进行快速成像，并可能进一步减少造影剂剂量[12]。
**3.2. 脑血管成像**
**3.2.1. 远端小脑动脉的可视化**
5T三维（3D）飞行时间（TOF）MRA在颅内远端动脉和血管分支的可视化方面优于3T MRA（图1）。具体而言，5T MRI在小血管分支的定性评分和总长度上表现更优（5T下为5.1米，3T下为1.9米）[10]。此外，5T在减少与超高场（UHF）相关的B1不均匀性的同时，达到了与7T相当的图像质量[10]。5T TOF MRA还用于识别小脑上动脉的九种解剖起源变异类型[40]，以及通常在低场强下不可见的第三级豆纹状动脉分支[41]。
**3.2.2. 侧支循环的评估**
作为Moyamoya血管病评估的潜在工具，5T TOF MRA在远端大脑动脉、Moyamoya血管和软脑膜侧支的可视化方面优于3T MRA[42]。重要的是，通过数字减影血管造影确认的侧支血管在5T下可以检测到，而在3T下则无法检测到（8个半球中有6个）[42]。在缺血性Moyamoya血管病患者中，5T MRI的4D MRA显示，顶枕支介导的后大脑动脉侧支补偿可能是最重要的补偿途径[43]。与3D-TOF-MRA相比，5T的4D-ASL-MRA在Moyamoya患者的终末颈内动脉、远端大脑动脉和侧支血管的成像方面表现更好，疾病分期也更准确[44]。
**3.2.3. 潜在临床益处**
5T MRA在可视化远端脑动脉和侧支血管方面优于3T MRA，且质量与7T MRA相当，同时减少了B1不均匀性[10]。
**3.2.4. 局限性**
目前的研究主要展示了5T MRA在可视化远端小动脉和侧支血管方面的优势[10, 41, 42, 44]。但需要进一步的临床验证来证明这些优势是否转化为临床管理的改变或患者预后的改善。
**3.3. 周围血管成像**
**3.3.1. 足部血管的可视化**
5T 3D相位对比（PC）MRA在足部血管的可视化方面优于3T MRA[15]。此外，温水浸泡进一步提高了信噪比、分支数量和血流速度[15]。
**3.3.2. 局限性**
尽管5T 3D PC-MRA为非侵入性血管评估提供了有前景的方法，但其相对较长的采集时间和研究人群的潜在偏倚是当前的限制[15]。未来的工作应集中在优化扫描序列、扩大临床验证队列以及进行更全面的比较研究上。
**3.4. 腹部成像**
多项研究[11, 45, 46]比较了5T和3T腹部MRI。在两种场强下，所有研究器官（肝脏、胰腺、脾脏和肾脏）的DWI衍生的表观扩散系数（ADC）测量结果一致[11]。此外，5T下的小视野（rFOV）DWI在四个上腹部器官的图像质量和信噪比方面优于3T[45]。5T下的质子密度脂肪分数（PDFF）和R2*测量结果与3T下的结果高度相关[46]。具体而言，3T和5T之间的PDFF没有显著差异，而R2*在5T下更高[46]。这些发现表明5T MRI适用于腹部成像。
**3.4.1. 肝脏成像和脂肪量化**
与腹部成像类似，5T下肝脏脂肪量化和增强成像的可行性也得到了进一步研究[27, 47]。5T MRI的增强空间分辨率和对比度敏感性提供了病变及其周围组织的清晰区分[27]。ACS技术提高了5T下肝脏成像的质量[27]。对于脂肪量化，5T下的化学位移编码（CSE）PDFF测量结果与3T和1.5T的结果一致，类内相关系数分别为0.988和0.980[47]。基于磁共振光谱（MRS）的测量显示，5T下的脂肪峰更详细，从而提高了脂肪量化[47]。
**3.4.2. 胰腺成像**
在健康志愿者中，5T下的小视野（rFOV）DWI显示胰腺的信噪比更高，图像质量更优[24]。另一项研究确认了5T下胰腺ADC的高重复性和观察者间一致性[48]。5T下的rFOV DWI显示胰腺头部、体和尾部的ADC较低[48]。在胰岛素瘤患者中，5T MRI在T1加权成像（T1WI）和DWI的图像质量、所有序列的病变与胰腺对比度以及肿瘤检测率方面优于3T MRI[51]。在胰腺囊性病变患者中也观察到了类似的结果。此外，5T MRI在检测病变数量（5T vs. 3T：40 vs. 32）以及区分良性和恶性病变的敏感性、特异性和准确性方面也优于3T MRI[49]。
**3.4.3. 胆道和胰腺导管成像**
基于T1WI、T2WI和DWI的结果，5T MRI在评估肿瘤与导管的关系方面优于3T MRI（5T vs. 3T：93.2% vs. 64.0%）[51]。在3T下，三名患者的主管胰导管在T1WI、T2WI或DWI上不可见，而5T MRI在所有情况下均能成功可视化[51]。因此，5T MRI有助于胰岛素瘤的外科手术规划。此外，5T下的磁共振胆道胰腺造影（MRCP）在健康受试者、胆道扩张患者和胰腺囊性病变患者中也得到了研究。3T和5T MRCP之间的信噪比或图像伪影水平没有显著差异[49, 50]。5T MRCP显示胆道树的分支复杂性更高，分支数量和总长度也更大[50]。
**3.4.4. 肾脏成像**
与3T成像相比，5T下的T1WI提供了更优质的图像质量，肾血管更清晰可见，伪影水平相当[52]。在T2WI上，两种场强下的整体质量相似，但5T的伪影负担更重。5T还提高了肾组织的信噪比和对比度噪声比。功能上，5T MRI改善了皮质髓质的区分度，并显著缩短了T2*值，而ADC测量结果在不同场强下没有差异[52]。此外，5T下的肾皮质T1值更长[54]。5T系统提供了更高的信噪比（4.6 vs. 3.9）和对比度噪声比（3.2 vs. 2.0）[54]。扫描参数（如层厚和最大回波时间）可能会影响5T下基于血氧水平依赖（BOLD）成像的肾R2*值[53]。使用1.25毫米×1.25毫米×3毫米的分辨率在5T下可以获得清晰的肾皮质-髓质边界，并且不同观察者和重复扫描之间的R2*量化结果一致[53]。
**3.4.5. 潜在临床益处**
由于信噪比和对比度噪声比的提高，5T MRI提高了小胰腺病变/胰岛素瘤的检测准确性，实现了精确的胰腺胆道导管可视化，改善了肾皮质髓质的区分度[49, 50, 51, 52]。
**3.4.6. 局限性**
5T下的R2*值和肾皮质T1值显著高于3T[52, 54]。这些差异表明，不同场强下的定量指标可能无法直接比较，因此需要建立新的诊断阈值。
**3.5. 盆腔成像**前列腺成像
与3T技术相比，5T前列腺成像提高了T2WI和高b值DWI的信噪比（SNR）和对比度噪声比（CNR），显著增强了解剖结构的清晰度[16]。5T下的2.5D T2WI采用薄层扫描技术减少了部分体积效应，从而更清晰地描绘了前列腺的解剖细节（图1）。然而，5T成像显示良性前列腺病变的ADC值高于3T[16]。在临床怀疑前列腺癌的患者中也观察到了类似的结果[55]。不过，关于DWI伪影的研究结果并不一致[16][55]。这种不一致性可能归因于DWI过程中肠道准备和视野范围的不同[55]。
3.5.2 潜在的临床益处
得益于更高的SNR/CNR、图像清晰度和质量，尤其是2.5D成像技术，5T MRI能够更好地表征小前列腺病变[16]。
3.5.3 局限性
在正常和病变前列腺组织中测得的ADC值在5T下均高于3T[16][55]。这给不同扫描仪之间的诊断标准直接比较和标准化带来了挑战，可能是因为梯度性能对扩散敏感性的影响。此外，关于伪影严重程度的报告也存在差异[16][55]。尽管通过肠道准备和调整视野范围（rFOV）等技术可以缓解这一问题，但这些措施增加了扫描协议的复杂性[55]。
3.6 肌肉骨骼成像
3.6.1 糖原成像
最近，利用核Overhauser效应MRI研究了肌肉糖原的动态变化[56]。特别是5T MRI提供了相对较高的时空分辨率（空间分辨率为毫米级，时间分辨率为分钟级），其灵敏度是传统13C-MRS的10,000倍。这种方法使得测量肌肉糖原浓度以及分析空间异质性和区域糖原动力学成为可能[56]。
3.6.2 口腔成像
5T MRI在口腔成像方面实现了显著更高的图像质量、SNR和CNR，扫描时间缩短了34%–45%[23]。此外，5T MRI与锥形束计算机断层扫描（CT）的表现相当。特别是在T2加权脂肪饱和（T2W-FS）成像方面，5T在显示牙周组织、牙龈和上颌窦方面优于CT[23]。
3.6.3 膝关节成像
与3T和1.5T MRI相比，5T MRI在膝关节成像中显示出更高的SNR、更好的图像质量和边缘清晰度[17]。在检测软骨缺陷（尤其是滑车、胫骨平台和小腿骨髁）方面，5T MRI的诊断性能更优（AUC：94%–100%），优于3T（81%–90%）和1.5T（81%–90%）系统[17]。
3.6.4 潜在的临床益处
5T MRI通过实现无创的肌肉糖原定量分析、更快的扫描速度、增强的组织对比度以及更好的口腔成像，提升了肌肉骨骼护理的水平[23][56]。它能够更清晰地显示精细的解剖结构，包括盂关节和肌腱损伤[图1]。
3.6.5 局限性
5T MRI在肌肉骨骼成像中的优势并不均匀。对于关节软骨等形态复杂的薄结构，其优势最为明显；但对于诊断准确性已经较高的情况（如半月板和韧带撕裂），5T的额外优势则不那么显著[17]。
3.7 神经系统成像
3.7.1 脑结构
T1WI和T2WI常用于脑部形态学分析，而扩散张量成像（DTI）则用于纤维束结构的定量分析。对于相对较大的结构，5T和3T MRI之间的形态测量结果相当且高度相关[58]。研究表明，在5T下减小切片厚度可以提高子区域分割的Dice系数，例如在海马体的放射层、裂隙层和分子层[18]。具体来说，1毫米厚的5T图像的SNR与2毫米厚的3T图像相当，而0.7毫米厚的5T图像的CNR与2毫米厚的3T图像相当[18]。同样，5T DTI在纤维束定量和可视化方面表现更优，能够检测到更多的纤维（分辨率1.05毫米时相比3T多出许多[58]。此外，4毫米的分辨率可能导致纤维束检测不足或无法检测到，表明空间分辨率是纤维束成像的关键因素。得益于5T下形态测量和纤维束成像的更高精度，胼胝体和海马体的纤维路径得到了更清晰的描绘[57][58]。
3.7.2 脑功能
基于血氧水平依赖的功能成像，5T MRI在SNR、时间SNR和CNR方面优于3.0T MRI，能够识别出更多的个体化功能亚区（84个 vs 75个），并在不同场强下保持皮层网络的高空间一致性，证实了跨场强的稳定性以及功能映射的增强[60]。此外，3D伪连续动脉自旋标记（PC-ASL）在5T下也是可行的[61]。10分钟内的重复测试再现性非常好，类内相关系数为0.856–0.962。在Moyamoya病患者中，较高的MRA评分与较低的校正脑血流量和延长的动脉通过时间相关，证实了其在血流动力学评估中的潜在临床应用价值。此外，对脑微结构和代谢功能敏感的T1ρ成像在5T下也是可行的，且SNR得到提升[59]。
3.7.3 脑肿瘤
最近，研究了5T下GluCEST（谷氨酸CEST）的重复性和其在肿瘤鉴别诊断中的临床效果[64]。健康志愿者中GluCEST的测量一致性非常好，日内、日间以及同一受试者内的变异系数低于5%，不同受试者之间的变异系数低于10%。GluCEST能够区分高级别胶质瘤和低级别胶质瘤以及小脑桥脑角脑膜瘤和听神经瘤[64]。另一种常用的肿瘤鉴别诊断方法是MRS。在高带宽自旋回波（HISE）技术中，其SNR和主观光谱质量优于点分辨光谱（PRESS）[62]。重要的是，5T下的HISE在检测关键代谢物方面表现出色：乳酸在91%的肿瘤中被检测到（21/23例），而PRESS仅检测到17%（4/23例）；丙氨酸在89%的脑膜瘤中被检测到（8/9例），而PRESS仅检测到33%（3/9例）[62]。基于钆（Gd）的MRI对比剂将进一步提高肿瘤检测的诊断信心。减少对比剂剂量一直是关键目标，尤其是在肾功能不全的患者中。在5T下，半剂量对比剂产生的SNR和CNR优于全剂量3T成像[63]。同时，5T下半剂量对比剂在肿瘤病变结构、轮廓和增强效果方面的主观评估分数更高。因此，5T MRI有望减少对比剂剂量。
3.7.4 血管周围空间（PVSs）
使用类似的临床适用协议，5T在半卵圆中心（图1）和基底节区域检测到的PVSs数量更多[65]。5T图像显示PVSs的迂曲程度更高、长度更长。此外，5T的高分辨率采集技术能够可视化穿透大脑皮层的PVSs，提供了更精细的形态学特征[65]。
3.7.5 潜在的临床益处
5T较高的SNR和CNR有助于高分辨率地显示小脑结构和病变[18][65]。它为脑结构和功能评估提供了可重复的定量映射指标，并在保持图像质量的同时减少了对比剂剂量[63]。
3.7.6 局限性
5T在神经成像中的优势很大程度上取决于空间分辨率[65]。高分辨率成像总是以更长的扫描时间为代价。
总体而言，5T MRI的潜在临床益处可以总结如下：首先，通过提高空间分辨率增强了诊断信心（例如，冠状动脉MRA的钙检测灵敏度提高[14]，Moyamoya侧支的可视化效果更好[42][44]，足部血管和肿瘤与导管关系的显示更清晰[15][51]，胰腺囊性病变的检测更准确[49]，前列腺成像的包膜定义更清晰[16]；其次，5T下的定量指标与3T结果具有可重复性和一致性（例如，心肌T1映射和腹部ADC与3T MRI高度相关[11][39]，胰腺ADC和GluCEST在脑肿瘤中的重复测试结果一致[48][64]等）；第三，5T MRI提高了成像效率和剂量优化（例如，外周血管成像的加速因子更高[15]，口腔扫描时间缩短[23]，脑肿瘤的对比剂剂量减半[63]；最后，与7T MRI相比，5T MRI在显示精细结构（如小脑动脉）方面表现更好，同时在标准协议下图像质量与7T相当[10][67]。此外，5T MRI的技术障碍较少（如B1不均匀性和SAR限制），提高了患者的舒适度和临床实用性[10][67][68]。其支持全身线圈的使用进一步扩展了临床应用范围。相反，7T在研究前沿具有优势，能够实现超高清成像，并且独特地支持多核代谢研究[68]。
4. 剩余挑战和未来工作
4.1 临床转化和价值主张
5T MRI的临床转化仍面临挑战，包括经济成本、对植入金属物体的患者需要更严格的安全考虑，以及针对新生儿等脆弱人群的监管审批问题。因此，在可预见的未来，5T系统无法取代现有的1.5T和3T扫描仪的临床主导地位。然而，最近的研究[10][11][12][13][14][15][16][17][18][23][24][26][27][28][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53][54][55][56][57][58][59][60][61][62][63][64][65]强调了5T MRI的优势，特别是在通过更清晰的图像显示细微病理特征方面。短期内，5T MRI将在3T结果不明确或不确定的情况下提供关键的补充诊断信息。从长期来看，5T MRI与3T系统的临床工作流程兼容，具有在更广泛病理范围内的应用潜力。
4.2 更全面的潜在临床益处比较
目前关于5T MRI的研究[10][11][12][13][14][15][16][17][18][23][24][26][27][28][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53][54][55][56][57][58][59][60][61][62][63][64][65]中，只有一部分研究进行了3T和5T成像的受试者内比较，而大多数研究主要关注5T MRI的结果。因此，有必要加强不同场强下的直接受试者内比较，特别是3T和5T MRI之间的比较，以更好地了解它们的相对优势和局限性。此外，继续优化UHF扫描仪的成像协议和重建方法至关重要[67]。需要对比评估5T与其他UHF系统，以阐明它们的临床益处。
4.3 安全标准制定
5T下植入物的SAR值高于3T，因此需要建立专门的5T安全数据库，涵盖各种设备（如心血管支架和胰岛素泵）。目前5T MRI已在成人志愿者和患者中得到一定程度的应用，但在儿童中的使用仍然非常有限。5T MRI在儿童中的安全性可能是未来研究的重要方向。
4.4 加速和高分辨率成像
当前的人工智能辅助压缩感知和深度学习重建技术展示了在5T下缩短采集时间的潜力。未来的发展需要深度集成的智能框架，能够同时进行B1不均匀性补偿、伪影校正和超分辨率重建，从而进一步促进5T MRI的快速成像和更高分辨率。
5. 结论
经过多年的应用，5T MRI在心血管、脑血管、外周血管、腹部、盆腔、肌肉骨骼和神经系统成像等多个领域展示了其临床价值。其核心优势在于与传统MRI工作流程的兼容性，同时显著提高了SNR/CNR，有效缓解了先前UHF系统的严重B1不均匀性和全身成像限制。现有技术使其能够用于常规临床实践。尽管存在成本、可访问性以及进一步优化的需求等挑战，5T MRI仍在不断发展，并有望更广泛地融入临床实践。
**资助**
本研究得到了国家自然科学基金（82272618）、西安交通大学第一附属医院2021年重大医疗新技术项目（XJYFY-2021ZD05）、西安交通大学第一附属医院国家医疗中心项目（2023GYZX04）以及陕西省重点研发计划（2024SF-ZDCYL-01-01）的支持。
**作者贡献声明**
李先军：撰写——原始草案、方法学、资金获取、概念构思；李国斌：撰写——审稿与编辑、方法学。建阳：写作——审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹措、概念构思。
打赏
