2016磁共振成像技术研究热点盘点

除以上这些图像之外，磁共振成像还可以产生DWI、DTI、SWI、QSM、fMRI、T1 post-gad、 Perfusion、CSI、CEST等不同对比度的图像。相比CT、X射线，磁共振所获得的图像异常清晰、精细、分辨率高，对比度好，信息量大，特别对软组织层次显示得好。使医生如同直接看到了人体内部组织那样清晰、明了，大大提高了诊断效率。

二 磁共振成像技术的深度剖析

临床中大部分的磁共振成像信号都来自于人体水中的氢质子。除氢质子磁共振成像外，还有碳(C)、钠(Na)、磷(P)磁共振成像等。磁共振成像的原理可以从很多不同的角度去解释，但一个比较通俗易懂的解释是每个质子都是一个小刺针。在恒定的磁场下，小磁针会和磁场方向保持平行，达到一个稳态（试想，当你躺进磁共振仪器时，你身上每个水分子的氢质子要么往上指，要么往下指）。这时如果从外部施加一个射频脉冲（有点类似Wifi信号），这种稳态会被打破，这些小磁针就会从原来和磁场平行的状态转为垂直状态并以磁场方向为轴疯狂旋转（氢质子一秒钟将旋转一亿三千万圈）。根据电磁转换原理，磁针的快速旋转被外部的接收线圈探测到，继而存储为磁共振信号。被采集到的磁共振信号经过一系列的离散数字信号处理就可以得到最终的磁共振图像，而小磁针在旋转一定时间后（毫秒级）会恢复到原来的稳态，等待下一次的激发。

那么为什么磁共振成像可以产生这么多种不同对比度的图像呢？这些图像又有什么用处呢？不同对比度的成像大致上是由于两种原因：

1. 氢质子所处的生理环境不同。例如大脑中的水，有些是处于比较粘稠的环境（如细胞内），有些处于比较稀疏的环境（如细胞外），导致小刺针的旋转时间和幅度的差异，形成不同幅度的磁共振信号。

2. 氢质子来源于不同化学物质（水，脂肪，人体代谢物（氨基酸、蛋白质）等）。如果氢质子是来源于不同的化学物质，由于化学键之间的“力”，影响了小磁针的旋转频率，进而形成不一样的磁共振信号。

与此同时，通过调节射频脉冲施加的频率、长度、幅度等，产生不同对比度的图像，这样可以从多个角度推测水质子的所处的生理环境，为疾病的诊断提供有力可靠的依据。值得注意的是，这个过程是不涉及任何辐射的。

不过这么给力的磁共振成像有一个致命的短板：太慢了！因为小刺针每隔数十毫秒就要恢复到稳态，磁共振成像过程需要重复施加上千次甚至上万次的射频脉冲，以便采集到各个部位的小磁针信号。这就是为什么通常情况下每次的磁共振检查需要数十分钟甚至超过一个小时的原因，而且这个过程中听到的都是无限反复有节奏的刺耳声（施加的射频脉冲和梯度场震动空气产生的声音）。然而经过近三十年科学家们的努力，目前的磁共振成像速度已经得到大幅度的提高。近几年研发出的压缩感知(Compressed Sensing)技术将磁共振成像的时间分辨率提高到数十毫秒级，可以与CT一决高下。这也使得实时成像，如心脏跳动实时成像，成为可能。这些成像技术将逐步应用于临床，让磁共振成像变得越来越舒服。

在磁共振成像中，一切可以影响小磁针转速、幅度的方法，都可以生成不同的图像。临床上比较普及的磁共振仪器场强为1.5－3特斯拉。在这个范围内，场强越强，成像质量相对越好（并不绝对），仪器价格也越贵 （每提高1特斯拉的场强，成本大约增加100万美元）。（1特斯拉为1万高斯，地球磁场场强为0.5高斯。）

三 磁共振成像技术临床研究新技术

下面介绍一下美国德克萨斯大学西南医学中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的脑肿瘤MRI临床研究，目前还在临床研究阶段，但具有很大潜力。

当大脑的某个区域的神经被集中激活的时候（比如说话的时候，大脑主管语言部分的神经就会被激活），需要更多的能量和氧气。大脑中的血液会通过调节血流及氧合血红蛋白（携带氧气的血红蛋白）和脱氧血红蛋白的比例来提供额外的氧气。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白会对周围的磁场环境产生不同的微弱影响，瞬间改变磁共振的信号强度，而这种瞬间的变化可以被磁共振成像捕捉到。这一技术目前在临床上的应用还比较有限，主要应用集中在科学研究阶段，包括大脑神经网络构成研究、神经疾病患者的脑功能缺陷及药物疗效研究等。目前的局限性主要在于大部分研究是对照式研究，还无法大规模的有针对性的应用于个人精准医疗。

2.在体磁共振波谱/波谱成像(MRSI)：

在体磁共振波谱分析是一种利用磁共振成像仪无创探测体内代谢物的技术。世界上所有的人体磁共振成像仪都具有磁共振波谱分析能力。有别于传统的磁共振成像观察水分子的质子信号，磁共振波谱主要检测人体代谢物的质子信号，其中包含脂质、胆碱、肌酸、谷氨酸、谷氨酰胺等。在人脑中，在体质子磁共振波谱可以探测到二十余种代谢产物。然而由于质子信号在不同代谢物中的相似性，从高度重叠的信号中分辨出不同的代谢物需要非常严谨的工程计算。由于这种技术可以直接在体探测人体代谢物，在肿瘤诊断、治疗分析、药物临床试验等方面有着广泛的应用。



比如经研究发现，与非突变的脑部肿瘤患者相比，异柠檬酸脱氢酶（IDH）基因突变的胶质瘤患者的存活率显著增加，并且对于化学药物治疗有着更积极的响应。 IDH基因突变局限于特定种类的脑肿瘤，不会发生在原发性胶质母细胞瘤和I级的良性肿瘤上。同时这种突变发生在肿瘤形成的初期，被认作是肿瘤的初始突变。IDH基因突变也出现在急性骨髓性白血病的细胞遗传正常亚型和部分前列腺瘤中。

令人新奇的是IDH基因突变拥有将酮戊二酸转化为癌代谢物2-羟戊二酸 (2HG) 的额外功能。2HG的积累可以影响酮戊二酸相关的反应并且可能催化进一步的致癌反应。到目前为止，科学家们已经提出了几种针对2HG的磁共振波谱技术。随着磁共振波谱成像技术的发展和普及，可靠的大脑2HG成像也成为可能。因为不需要有创地通过大脑活检来检测代谢物，磁共振波谱和磁共振波谱成像均在IDH基因突变肿瘤相关的药物开发中有着巨大潜能。目前为止一系列的IDH抑制药物已被开发并进入了针对IDH突变胶质瘤和急性骨髓性白血病患者的临床试验阶段。其中代号为AGI-5198的药物治疗成功地减小了肿瘤体积和2HG含量。在代号为AGI-6780针对急性骨髓性白血病治疗中也也观察到了2HG的减少和细胞分化上的变化。同时，还有许多科学家正致力于研发针对IDH基因突变肿瘤的新药和新的治疗方法。

不过传统的质子波谱成像主要用于探测稳态下的代谢含量，但由于整个代谢系统是一个动态过程，每个代谢物之间的转换速率也是极为重要的。比如一个葡萄糖分子被分解最终产生人体所需的能量ATP的转换过程有多快。这种代谢速率的检测需要通过碳(C13)磁共振成像实现。目前这种技术还完全停留在科研阶段，不过将来在代谢疾病和肿瘤诊断精准化治疗方面有着巨大的应用潜力。

3.磁共振指纹法成像

这是一个由2012年由凯斯西储大学的科学家们提出的颠覆性的成像技术。之所以称之为指纹法是因为这种技术将磁共振成像和模式识别技术相结合，像指纹识别一样，将得到的错中复杂不完整的磁共振信号和已经建立好的“字典”相互比较，通过统计学的运算，识别出真正的组织器官信号。这种技术大大降低了对于成像速度、信噪比的要求，让超低场强磁共振成像成为可能。超低场强意味着磁共振成像的仪器成本将大大降低，开拓更多的低端市场。

4.磁共振水脂分离成像

这两个人体中含量最高的两种分子可以轻松的被磁共振成像技术分辨出来。这种分离技术非常成熟，可以非常准确高分辨率的测出肝脏内脂肪含量。这种成像目前可以在几分钟内完成，大大提高了此技术在脂肪肝的预防、诊断和治疗上的应用潜力。

脂肪含量

脂肪肝治疗前                 脂肪肝治疗后   

除了这些技术之外，磁共振成像还有很多其它的技术有着广泛的应用。由于磁共振成像可以提供超常的软组织对比度，近些年磁共振成像越来越多的与不同的成像技术和疾病治疗技术相结合，如正电子发射计算机断层扫描（PET）、高强度聚焦超声治疗技术（HIFU）、手术机器人等。

四 医用磁共振行业市场分析

根据智研咨询发布的《2016-2022年中国核磁共振设备市场运营态势与投资前景分析报告》显示，从全球医用磁共振行业发展来看，2010年到2015年间中国磁共振行业的装机量保持了增长态势。而行业的新增医用磁共振市场也保持了一定的增长。2015年，全球新增磁共振达到了1.64万台，全球医用磁共振的总装机量达到了19.29万台。

2010-2015年全球医用磁共振装机量走势图
资料来源：公开资料整理


2010-2015年中国医用磁共振市场情况及拥有量
资料来源：公开资料整理

从磁共振行业发展来看，近年随着国内市场需求的增长，为降低对进口医用磁共振产品的依赖，其国产化进程在逐渐加快。但综合来看，目前中国医用磁共振市场的饱和度相对较低，现有装机量远不能满足国内市场的需求，因此，国内磁共振行业仍处于成长期。高场强市场主要由国外跨国公司占据；而低场强大都采用进口部件组装，图像质量、成像速度不足，且价格偏高，无法和国外同行竞争。然而，近几年来，中国磁共振设备进口量有所下降，国产设备占有率大大提高，国产磁共振的生产能力提高，促使中国医用磁共振市场价格出现了下降态势，但部分高端超导磁共振产品，还以进口产品为主，仍保持着较高的价格水平。

五 医用磁共振成像产业发展机遇

中国医药工业的产业扶持政策不断出台，国家继续把生物医药等战略性新兴产业作为国民经济支柱产业加快培育。《中国制造2025》将高性能医疗器械作为重点发展领域；2016年11月7日，由工信部、国家发改委、科学技术部、商务部、国家卫生和计划生育委员会、国家食品药品监督管理总局等六部委联合发布的《医药工业发展规划指南》，明确指出，在医疗器械领域，重点发展高场强超导磁共振和专科超导磁共振成像系统。

目前MRI的全球市场发展趋势是向着两级化发展，一方面向更高场强的超导MRI迈进，另一方面，永磁低场MRI的技术愈发完善，图像质量和功能不断提高。以全球市场总体来看，超导磁共振逐渐成为了主流产品，而中国市场目前仍然以永磁磁共振产品为主。从企业方面，超导磁共振仍然以外资企业为主，如美国GE、德国西门子、荷兰飞利浦、日本日立公司、美国德州仪器等，而中国企业如联影集团、宁波健信、深圳安科、北京万东、沈阳东软、宁波鑫高益等企业积极开展自主研发和国际合作，主要市场份额来自于永磁磁共振的中低端市场。 传统的永磁体虽然在能源消耗、重量、体积、稳定性和操控性等方面存在一定的劣势，但性价比往往很高，在单一病种临床检验领域可以走差异化竞争。大约5%－10%的患者会在磁共振扫描期间产生幽闭恐惧症，其中超过一半的人无法正常完成扫描，这无疑增加了医疗成本。然而利用永磁体做出的开放式磁共振仪有着独一无二的优势，完美的解决了患者在密闭空间中产生幽闭恐惧症的问题。同时，由于是开放式，这种仪器很适合与磁共振引导的介入式手术相结合，具有很大的临床意义。目前低场永磁扫描仪主要销往发展中国家。

通过低温超导原理产生高强磁场的超导磁体在耗能、场强、稳定性等多方面具有明显的优势，是当今世界公认的最先进、最实用同时也具有最高技术含量的磁体。和永磁相比，最明显的优势在于超导磁体可以产生非常均匀的高场强，大大提高成像质量。这种低温超导是通过液氦冷却产生，而且液氦需要定期灌注。但近年来液氦资源短缺造成液氦成本大大增加。2007年发生过液氦断货，一些医院不得不停止运行磁共振仪器，造成非常大的经济损失。为解决液氦成本低不断增加，目前各大厂商都在抓紧研发“零蒸发”或“抄底蒸发”液氦低温超导技术。同时，用于磁共振设备的超导磁体的生产具有极高的技术要求和工艺难度，迄今为止，在世界上只有美国、英国、德国、荷兰和日本等少数发达国家能够批量设计制造。在中国，磁共振设备已经开始能够国产化，很多国际企业如西门子、东芝、GE等国际大型医疗设备企业在中国大陆设厂生产，但是中国产业界关注MRI的国际原始创新技术，寻求国际技术合作，但是目前主要以市场销售合作为主，联合研发、资本合作仍处于非常低的层次。

磁共振磁体非常昂贵，但必须配合磁共振射频线圈才能采集图像。这些线圈根据成像部位的不同，形状各异，价格从数万元到数百万人民币不等。目前全球磁共振射频线圈市场规模为60亿美元，并且随着磁共振仪器市场的增长而增长。同时，随着多核(碳、钠、磷)成像技术的成熟和临床应用的增加，多核射频线圈市场具有很大潜力。

本文发稿前看到资讯，株式会社日立制作所与宁波健信核磁技术有限公司与2016年11月7日达成协议，共同开发高性能、有竞争力的MRI用超导磁体与组件产品。

2.磁共振兼容的人体植入设备、手术设备和医疗监测设备

3. 第三方医学影像中心和医学影像大数据平台

10月25日，中共中央、国务院又印发了《“健康中国2030”规划纲要》。《规划纲要》提出，要引导发展专业的医学检验中心、医疗影像中心、病理诊断中心和血液透析中心等。支持发展第三方医疗服务评价、健康管理服务评价，以及健康市场调查和咨询服务。鼓励社会力量提供食品药品检测服务。完善科技中介体系，大力发展专业化、市场化医药科技成果转化服务。

传统医疗系统影像科室已经无法满足日益增长的患者需求，尤其是基层乡镇医院缺乏大量专业能力强的技师和读片师。但随着分级诊疗改革的进行互联网医疗的兴起，第三方影像中心将具有巨大的生长空间。以美国为例，近90亿美元的医学影像市场，40%来自于第三方影像中心。其中最大的阿莱恩斯医疗服务公司拥有近六百台医学诊断和放疗设备，遍布于美国50个州中的45个州，于千余所医院、健康管理机构建立了长期的战略合作关系，并通过其培训的2000多名专业人员为病人提供服务。这种B2B的合作模式不仅仅给影像中心带来了持续稳定的流量，而且还为中小型医院和诊所减轻了医疗设备成本负担，同时又能拥有专业的影像服务。据国金证券报告显示，目前国内影像市场规模在2000多亿，省会城市的医学影像中心规模在250-300亿，县级市医学影像中心规模在300多亿。


国内独立影像中心的规模预测（国金证券研究所）

另一方面，随着医学影像流量的上升，医学图像读片和诊断的需求也会成上升趋势。第三方医学影像中心可以通过和医生集团合作，提高读片效率，实现大量的数据积累。然后通过和IBM Watson、百度医疗大脑等医疗大数据平台的合作，为病人提供更加完善的精准医疗服务。

4. 磁共振成像技术的临床技术研究

磁共振成像技术的临床研究领域非常宽广，中国人口数量大，患者案例丰富，而且目前还有非常多已经非常成熟的技术没有能从实验室走向临床，建议企业与国内外医学研究机构加强合作，广泛深入开展临床应用技术研究，不断优化产品操控性和软件水平，也有助于在国际合作中发挥更大的作用，拥有更大的话语权和议价能力。

原始出处：

1.http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7197/full/nature06976.html

2.http://www.nature.com/nm/journal/v18/n4/abs/nm.2682.html

3.http://www.nature.com/nature/journal/v495/n7440/full/nature11971.html

4.http://www.chyxx.com/industry/201610/455073.html

5.http://www.vcbeat.net/21424.html

6.http://med.sina.com/article_detail_103_2_13565.html