心血管磁共振（Cardiovascular Magnetic Resonance, CMR）是评估心脏结构、功能及心肌组织特征的金标准成像模态，但其广泛应用仍受限于成本、技术复杂度与基础设施壁垒，尤其在低收入和中等收入国家（Low- and Middle-Income Countries, LMICs）。近期低场（Low-Field, LF）CMR（尤以0.55特斯拉为中心）的技术进展表明，即便在信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）降低的条件下，仍可实现优异的诊断性能。优化的硬件（包括先进梯度线圈与射频系统）以及人工智能（Artificial Intelligence, AI）驱动的图像重建技术已大幅提升图像质量。LF磁体具备显著降低基础设施需求与简化扫描流程的优势，这对资源有限场景至关重要。通过适配LF的序列（包括新型心肌mapping与实时成像方法），其在心功能、组织表征、血流定量甚至介入手术中的临床应用不断拓展。与此同时，无液氦磁体设计与更小的系统体积简化了安装流程并降低了运营成本。这些进展增强了在高端高场设备价格过高或维护困难的地区推广CMR的可行性。此外，LF CMR的可及性提升有助于缩小全球心血管诊断差距，使服务不足地区的心肌病与缺血性心脏病得以更早检出。尽管挑战犹存（如SNR降低、采集时间延长、心脏专用硬件可用性有限），持续的科技创新与全球协作倡议正推动LF CMR成为现代全球心血管诊疗中具有变革性的可持续解决方案。
1 引言
过去四十年间，心血管磁共振（CMR）经历了显著技术进步，确立了其评估心脏结构、功能及心肌组织特征（包括炎症与纤维化）的金标准地位。通过磁共振成像（MRI）硬件、数据采集与重建技术、图像处理及人工智能算法的创新，CMR的临床适用范围持续扩大，尤其在右心室功能、瓣膜病及先天性心脏病的评估中表现突出。CMR可独特提供用于血流动力学评估的流速编码成像，以及通过晚期钆增强（Late Gadolinium Enhancement, LGE）和T1、T2、T2*及细胞外容积（Extracellular Volume, ECV）mapping等技术实现组织表征，对多种心肌病与缺血性心脏病的诊断、危险分层及预后评估具有重要价值，并已广泛纳入欧洲心脏病学会与美国心脏协会/美国心脏病学会等主流学会的心血管成像指南。
尽管如此，CMR的全球应用仍严重不足，高收入国家（High-Income Countries, HICs）与LMICs之间的可及性与可负担性存在巨大差异。基于传统标准MRI系统（1.5或3 T）的CMR主要局限于HICs的学术中心、大型医院及城市机构，其原因包括心脏成像流程复杂、需要高度专业化的人员，以及相较于超声心动图和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等其他模态的报销比例不利。此外，心脏植入式电子设备（Cardiac Implanted Electronic Devices, CIEDs）患者的MRI兼容性限制，以及重度肥胖或幽闭恐惧症患者的扫描困难等实际挑战，进一步限制了CMR的常规应用——其占所有MRI检查的比例不足5%，在非侵入性心血管成像中的占比更低。
这些挑战在LMICs尤为突出，该地区承载着不成比例的全球心血管疾病（Cardiovascular Disease, CVD）负担。标准MRI系统的采购、运营与维护成本高昂，对LMICs的医疗系统而言难以承受且不可持续。此外，基础设施不足、训练有素的人员短缺以及CMR培训项目匮乏，进一步限制了其应用，加剧了心血管诊断与早期干预能力的缺口。因此，通过低成本解决方案（如低场CMR）应对这些壁垒，对改善全球心血管健康结局至关重要。
LF CMR（0.3–1.0 T）的最新发展为诸多挑战提供了前景广阔的解决方案。LF MRI的技术进步已将其临床适用性拓展至传统心脏成像之外，商用低场系统目前已用于全面的全身成像，包括肺部、肌肉骨骼及腹部评估，使其成为多功能且具有成本效益的技术，从而提升了资源不足医疗环境（如LMICs）中先进诊断的可及性。此外，LF MRI被认为是筛查高风险人群（如有乳腺癌家族史或遗传易感性的女性）的有力工具——在此类场景中，成本与可及性是首要考量。例如，MR乳腺摄影已知比标准X线乳腺摄影更敏感，尤其适用于致密乳腺组织女性，但常因费用高昂与传统MRI可及性有限而仅用于高风险人群。近期对短程（“简化”）MRI协议的关注，为更广泛地应用LF MRI开辟了途径，有望降低成本并使常规筛查惠及此前无法获得先进成像的女性。LF系统在肝病等需要频繁随访扫描的疾病治疗监测中也具有潜力，此类场景常受限于财务与基础设施壁垒。
采用0.55 T系统的低场CMR尤其具有吸引力。来自头对头及同一患者研究的证据表明，对于核心CMR任务（包括电影容积测定与室壁运动分析、相位对比血流以及定量T1/ECV mapping），在使用现代采集与重建策略时，0.55 T的诊断性能可接近1.5 T。然而，正式的临床结局级“诊断效能”数据与大型比较试验仍然有限，部分高级应用（如首过灌注、高分辨率纤维化评估）仍需在低场环境下进一步验证。一款商用0.55 T系统已上市，但尚未获得心脏成像的监管许可。这些进展将LF CMR定位为传统系统的潜在低成本替代方案，尤其适用于资源有限场景，表1与表2总结了资本支出、运营成本及可持续性因素的比较数据。随着研究持续完善这些创新，且临床采用者与终端用户数量不断增长，LF CMR有望在全球心血管诊断扩展中发挥核心作用，为发达与发展中医疗系统提供可扩展的解决方案。
1.1 低场CMR系统的分类
低场CMR涵盖一系列具有不同硬件架构的MRI系统，其在基础设施需求、临床能力与部署模式上存在显著差异。广义上可分为两类：（1）超低场便携系统；（2）临床级低场超导系统。超低场系统（通常<0.1 T）多基于永磁设计，针对便携性、低功耗与点对点护理应用优化，常可使用标准电力基础设施运行，且场地准备需求极低，特别适用于资源有限环境与床旁成像场景。但其较低场强伴随的信噪比（SNR）降低与空间分辨率限制，使其应用主要局限于神经成像或筛查等特定场景。相比之下，工作在中等场强（如0.55 T）的临床级低场系统通常基于超导磁体技术，尽管保留了传统MRI系统的诸多基础设施需求（包括专用安装、特种电源供应（通常为三相电）及厂商支持的维护），却能提供显著改善的图像质量，并支持更广泛的心脏应用，包括电影成像、血流定量与心肌组织表征。认识到这些差异对于评估低场CMR的临床与运营潜力至关重要，因为可及性、便携性与成本相关的优势并非均匀适用于所有系统类型。
1.2 低场CMR的技术进展
对可及、低成本CMR需求的日益增长推动了LF MRI的重大进步。这些进展不仅针对传统系统的成本与基础设施壁垒，还拓展了LF成像在心血管诊疗中的临床能力。本节概述LF硬件、梯度系统、射频系统、实时成像技术、无液氦技术及可持续性策略的关键发展。图1总结了低场MRI的部分技术进步。
1.2.1 低场硬件概念
LF CMR通常指工作场强低于1.0 T的系统。此类扫描仪因成本降低、场地要求简化及无液氦磁体技术而受到关注。在低场下，MRI磁体可专门设计为仅需极少液氦的超导体、永磁体或电阻电磁体。此类设计降低了传统高场机器的基础设施与高昂维护成本。例如，由吉福德-麦克马洪（Gifford–McMahon）制冷机冷却的无液氦超导线圈与磁体设计，可缓解对全球氦供应的依赖，从而在资源有限环境中实现更可持续的安装与运营。在永磁体设计（如Halbach阵列）中，无需外部制冷剂，从而降低了安装开销，这些相对轻量的系统也适用于移动单元与门诊诊所，促进点对点成像。电阻电磁体由水或空气冷却，进一步通过允许灵活的场强设置拓展了这一概念。所有这些LF方法的关键优势在于其更小的杂散场与更轻的重量，显著简化了场地要求，通常无需加固地板或复杂的射频屏蔽室。表3总结了不同的LF MRI磁体技术。
虽然LF扫描仪的梯度强度通常低于标准1.5或3 T设备，但现代电子技术与射频线圈设计可弥补SNR的降低。尽管目前仅有少数0.55 T系统配备高性能梯度，但它们证明在低场下仍可实现先进的脉冲序列与精确的空间编码。同时，0.55 T下的射频（RF）波长更长，降低了能量沉积，允许在不超出特定吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）限制的情况下使用更高的翻转角。
1.2.2 患者安全性、设备兼容性与舒适度的优势
LF MRI带来了若干重要的临床获益。在较低的磁场强度下，磁流体动力学（Magnetohydrodynamic, MHD）效应减弱，改善了用于将数据采集与心脏运动同步的心电图触发/门控的稳定性。组织中较长的RF波长降低了组织加热风险，使携带起搏器或废弃导线等金属植入物的患者扫描更安全。低场MRI系统与较低的全局SAR相关，但这并不从根本上消除RF诱导加热的风险。RF诱导加热是一种局域现象，由电磁耦合与共振效应驱动，强烈依赖于设备几何形状、方向与插入路径。近期研究表明，当导电结构接近共振条件时，低场的RF加热可能与更高场强相当甚至超过后者。因此，低场的RF安全性需要严格的、设备特异性的评估，不能仅基于场强一概而论。
减少设备硬件附近的离共振伪影是低场MRI的明确优势，有助于术后心脏成像。区分减少的磁敏感伪影（主要改善图像质量）与更广泛的安全性考量十分重要，因为伪影负担减轻并不直接等同于RF诱导加热风险的降低。此外，低场系统更宽的孔径设计与更低的声学噪声提升了患者舒适度，解决了幽闭恐惧症与焦虑问题。值得注意的是，MRI诱导的眩晕风险随场强增加而升高；低场系统可能减轻此效应，否则可能影响患者耐受性甚至导致跌倒。这些以患者为中心的优势扩大了适用人群，尤其针对那些无法耐受传统高场检查，或其植入设备在1.5或3 T环境中存在挑战的患者。一项比较标准1.5 T与低场扫描仪的队列研究显示，大多数患者在两种系统上均未报告幽闭恐惧症（1.5 T为91.9%，0.55 T为90.1%）。在两种扫描仪上都接受过检查的患者中，大多数人未感知到差异，但有显著比例更偏好低场系统。这些数据表明，尽管总体幽闭恐惧症患病率较低，但有直接比较体验的患者更偏好低场环境。
1.2.3 提升LF图像质量的技术方法
与硬件简化并行，LF CMR系统利用了一系列现代成像计算技术。净磁化强度（及SNR）随场强降低而下降，遵循非线性关系（SNR ∼ B0 1.65 ）。因此，0.55 T的硬件改进日益与现代重建策略（如压缩感知、同步多层成像（Simultaneous Multislice, SMS）与AI去噪）相结合。尽管这些技术在1.5与3 T上也广泛应用，且不改变低场系统的根本SNR限制，但它们通过缩短扫描时间、稳定图像质量并提升感知诊断置信度，帮助缓解了较低信号的实际影响。通过这种方式，尽管本征磁化强度降低，0.55 T仍可实现临床可行的采集。在许多情况下，平衡稳态自由进动（balanced Steady-State Free Precession, bSSFP）序列在0.55 T下对电影成像仍可靠，仅需轻微延长扫描时间或调整翻转角。目前的广泛共识是，这些优化可产生低场强下心脏功能与血流的诊断级图像。为清晰起见，表4总结了同一患者与可行性研究中使用的代表性参数。在0.55 T下，电影bSSFP通常采用更高的翻转角（120°–160°，得益于更宽松的SAR限制），平面分辨率略粗（约1.6–2.0 mm），时间分辨率仍处于临床可接受范围（35–45 ms）。
0.55 T下部分常规CMR应用的扫描时间略长于1.5 T。例如，电影bSSFP层块在0.55 T下通常需要约12–18秒/层，而1.5 T下约为8–12秒；或自由呼吸加速电影约1–2分钟。同样，由于本征SNR降低，LGE采集在0.55 T下长约15%–20%。尽管存在这些差异，诊断图像质量仍得以保留。持续的技术进展——如压缩感知、SMS成像与AI重建——已显示出显著的时间节省，0.55 T下的自由呼吸全心电影与联合T1/T2 mapping可在临床实用时长内完成。因此，尽管扫描时间仍是当前的局限，技术创新正持续缩小与高场CMR的差距。
例如，压缩感知（Compressed Sensing, CS）重建通过高保真重建欠采样数据，大幅缩短采集时间。SMS成像同步采集多层，缩短了扫描时间并降低了屏气需求。在0.55 T下，bSSFP序列可采用较高的翻转角（90°–110°）以促进更好的血-心肌对比。此外，螺旋采样等先进梯度波形进一步提升了采样效率并减轻了运动伪影，实现了复杂心脏病例的自由呼吸采集。
一个新兴趋势是将机器学习集成到重建与后处理中（图2）。深度学习模型在保留精细结构的同时降低噪声，使低SNR条件下的诊断级图像成为可能。结合内联运动校正算法的自由呼吸3D bSSFP序列尤其具有前景，因为它们无需过度依赖屏气即可维持时间与空间分辨率。尽管所有这些方法也可用于更高场强，但其影响在低场最为显著——在那里图像可从不可用变为在可及的扫描仪上达到诊断级。
1.2.4 新型心脏应用
在0.55 T下，由于更长的T2*，可实现高质量的肺实质成像，从而为心肺评估创造了新的机会。例如，利用超短回波时间（Ultrashort Echo Time, UTE）技术，已成功实现肺水密度与心肺动力学的实时成像。这些序列结合自动内联图像处理，可对心力衰竭患者的肺水再分布进行定量评估，提供了一种监测疾病进展的新型无创方法。另一个新机遇在于胎儿成像，低场提供了更低的声学噪声、更少的磁敏感伪影与更宽的孔径。动态成像技术已应用于胎儿心脏成像，0.55 T下优化的bSSFP序列已能成功可视化胎儿心脏结构与血流。这些创新证明了LF系统在应对从胎儿监测到肺部评估等一系列动态成像挑战方面的多功能性与拓展能力。
1.2.5 可持续性与全球可及性
向环境可持续CMR的转变是现代成像的关键焦点，正如心血管磁共振学会（Society for Cardiovascular Magnetic Resonance, SCMR）所强调的。相较于标准系统，LF CMR在降低能耗、最小化氦依赖、减少废物与提升可及性方面展现出显著优势，所有这些均与可持续性目标一致。表4总结了低场与标准MRI对照SCMR可持续性建议的基准情况。
1.2.5.1 能耗与碳足迹
传统MRI扫描仪的主要可持续性担忧之一是其高能耗。标准1.5 T系统在空闲模式下消耗约13 kW，主动扫描时可达31 kW，而3 T扫描仪可达55 kW。相比之下，部分低场设计（尤其是梯度性能降低的设计）在扫描期间功耗更低（例如0.55 T系统峰值约20 kW），这可在高使用场景中转化为有意义的节能。然而，如果密封超导磁体仍需制冷机泵维持，空闲功耗可能不会显著降低，因此总体碳足迹的减少取决于扫描量与系统设计。即便存在这些注意事项，降低峰值功率需求仍可在资源受限环境中带来切实的运营效率提升与可持续性改善。
1.2.5.2 氦与稀土金属依赖
SCMR报告强调了氦及其他有限资源（如铌与钛）的稀缺性，这些资源广泛用于MRI磁体制造。传统1.5 T扫描仪在其生命周期中约需1000升氦，而减氦型号仍消耗约70升。相比之下，LF扫描仪（尤其是无液氦设计）完全消除了氦的使用或将其降至极低水平（某些情况下<1升）。永磁体与电磁体基LF系统完全不需要氦，使其具有极高的可持续性。然而，减氦与无液氦技术代表了跨场强的MRI磁体设计的更广泛演进，而非低场系统独有的特征。诸如密封磁体架构与微冷却技术等进展，已使低场与高场MRI系统均能显著降低或消除氦依赖。
通过最小化氦与超导导线、地板加固及屏蔽的材料使用，LF-CMR系统有助于长期环境可持续性，降低资源枯竭与供应链中断的相关风险，并提升本地自主权。
1.2.5.3 设备寿命与回收潜力
MRI的可持续性不仅关乎能源效率，还关乎设备全生命周期管理。SCMR强调了制造、运输与退役高场MRI扫描仪所带来的重大环境成本，这些设备通常体积大、重量重且需要专用基础设施。
相比之下，LF-CMR系统（尤其是无液氦与永磁型号）通常物理体积显著更小，需要更少的结构改造，并可安装在包括移动单元在内的多样化场景中。部分较新的系统不再需要全房间大小的法拉第笼，因其杂散场与RF发射减少，这简化了场地布置并降低了安装成本。尽管永磁体可能比超导替代品更重，但整体系统设计通常较不复杂，提升了重新部署的适应性并简化了报废回收。这种灵活性通过减少频繁更换的需求并最小化退役成像系统产生的废物，增强了可持续性。
1.3 低场MRI的临床应用
LF MRI系统（如0.55 T）已发展到能够可靠执行通常在1.5 T下使用的常规心脏MRI序列，证明即使在低场的本征SNR限制下，其对心脏结构与功能的评估依然有效。通过利用硬件改进与优化的成像协议，这些系统支持广泛的心脏病学临床应用——从基本的心室容积测量到高级介入操作。
1.3.1 心功能与心室容积评估
电影成像对量化心腔容积、心室质量与收缩功能至关重要，已在LF场强下得到广泛验证。0.55 T与1.5 T之间的比较研究显示，在评估心室容积与检测区域性室壁运动异常方面准确度近乎等效，强调了LF CMR用于标准心脏评估的可行性。为补偿磁化强度降低，可修改bSSFP等序列，采用更高的翻转角与螺旋进出采集，在不延长屏气时间的情况下提升血-心肌对比与SNR。图3展示了在一名因轻度扩张型与瓣膜性心肌病接受临床指征CMR的39岁男性中，于1.5与0.55 T下采集的电影图像示例。两名阅片者对两种场强下的图像质量均评为优秀。
1.3.2 心肌组织表征
心肌组织表征是诊断心肌炎、缺血性损伤与浸润性心肌病的基石。LF CMR已成功适配LGE与T1/T2 mapping方法，匹配或近似接近1.5 T的结果。尽管较低场强天然产生更低的SNR，序列优化与先进重建算法仍维持了足够的诊断准确性，以评估心肌纤维化与瘢痕负荷。值得注意的是，如图4所示，0.55 T下的T1 mapping与1.5 T衍生的ECV值强相关，使其在弥漫性病变评估中具有价值。
尽管早期结果令人鼓舞，心肌组织表征仍是低场CMR最重大的挑战之一，也是相对于更高场系统的重要短板。尽管LGE与T1/T2 mapping等技术已适配至0.55 T，但其诊断性能仍固有地受限于更低的SNR、改变的弛豫时间与更低的空间分辨率。这些因素可能限制检测细微或弥漫性心肌纤维化的敏感性，尤其是在疾病早期阶段。此外，低场下缺乏参数化mapping的标准化参考范围，仍是临床转化的主要障碍，因为这些数值具有场强依赖性，无法直接与传统1.5与3 T基准比较。
从临床角度看，这一局限尤为重要，因为超声心动图可可靠评估心脏结构与功能，尤其在资源有限环境中。因此，LF-CMR的附加价值必须通过其提供其他方式无法获得的组织层面信息来证明。在此背景下，LF-CMR组织表征目前应被视为补充性而非替代性手段。
持续的技术进步有望缓解这些局限。序列优化策略（包括高翻转角bSSFP成像与改进的翻转恢复技术）已显示出在低场下增强对比度与信号效率的前景。此外，新兴的人工智能（AI）基重建与去噪技术已证明有潜力补偿降低的SNR并改善图像质量，实现更可靠的定量组织评估。随着这些技术的持续发展，预计它们将在提升低场下心肌组织表征的稳健性与临床适用性方面发挥关键作用。
1.3.3 血流定量与血流动力学
血流定量是CMR的另一项关键应用，尤其在瓣膜病、先天性心脏病与肺动脉高压的评估中。LF CMR系统利用先进相位对比成像，已证明在测量大血管血流方面具备稳健能力，研究显示其与1.5 T系统结果可比。具体而言，0.55 T下的相位对比成像已成功用于量化主动脉与肺动脉血流，与高场测量高度相关。这些能力延伸至儿科与成人人群，使LF CMR成为评估复杂先天性与获得性心脏病血流动力学的宝贵工具。近期，基于bSSFP的血流测量已被证明可进一步提升SNR而不损害定量准确性。
低场CMR的另一个优势是在湍流或复杂流区域成像的稳健性更强。在0.55 T下，减少的磁敏感效应与更长的T2*值减轻了在狭窄瓣膜、反流束或假体装置附近高场可能出现的信号丢失。这转化为在高流速或湍流区域更少的伪影，可能增强对血流束的可视化与瓣膜病变的定量。同一患者研究已证实0.55与1.5 T下主动脉与肺动脉血流测量的高度相关性，并有轶事报告称在湍流场景下抗伪影能力有所改善。
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