综述：7?T磁共振成像在脊柱病变中的临床研究：范围综述

《Clinical Neuroradiology》：Clinical Research for the Use of 7?T Magnetic Resonance Imaging for Spinal Pathologies: a Scoping Review

　　

目的：7?T（7T）磁共振成像（MRI）相比1.5T和3T等较低磁场强度，具有更高的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）和更优的空间分辨率，这可能有助于提高脊髓病变的病灶检出能力及解剖结构可视化水平。本综述总结了7T脊柱成像的当前技术与研究进展，并概述了相关技术障碍及未来发展方向。

方法：研究人员依据范围综述的PRISMA扩展指南（PRISMA extension for scoping reviews, PRISMA-ScR）开展范围综述，检索数据库包括PubMed、Scopus和Web of Science。在剔除无关研究及非人类受试者研究后，仅纳入与人体7T MRI相关的研究。

结果：共纳入29项研究。现有文献支持7T相较于1.5T和3T MRI具有更优的分辨率和信噪比（SNR）。这些研究报告显示，在多发性硬化（multiple sclerosis, MS）、脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）和肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）中，7T有助于改善病灶检出与分期；然而，由于样本量较小、技术异质性较高以及结局指标不一致，其结果的推论价值仍受到限制。此外，7T脊柱成像的应用仍受限于射频线圈设计、磁敏感伪影、生理噪声、缺乏美国食品药品监督管理局（FDA）针对脊柱适应证的批准，以及标准化成像方案缺失。未来研究旨在解决上述局限。

结论：7T脊髓成像由于技术约束以及对伪影更高的易感性而具有挑战性，这主要与生理噪声（呼吸、吞咽及整体运动）有关。然而，早期7T成像研究结果支持其与3T相比具有更强的能力，可增强对神经根等精细解剖结构的显示，并提高脊髓病灶的检出能力。

Introduction

磁共振成像（MRI）广泛应用于脊髓先天性异常、肿瘤、损伤以及血管、骨性和软组织结构病变的评估。相较于常规X线和计算机体层成像（CT）对骨结构的优势，MRI凭借更高的软组织对比分辨率，更有利于神经根、传导束等结构的辨识。传统脊柱MRI主要在1.5T和3T磁场强度下实施，而7T作为超高场磁共振成像（ultra-high field, UHF）平台，因其更高的空间分辨率及脊髓显示能力，正逐渐具备应用可行性。文章指出，7T MRI在脑和膝关节成像方面已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，但在脊柱临床应用方面尚未获批。尽管如此，既往证据已显示7T较3T在脊柱病灶识别与量化方面具有潜在优势，例如在多发性硬化（MS）脊髓病灶中的检出率提升，以及对华勒变性相关征象的更敏感识别。与此同时，7T脊柱成像仍面临安全标准适配不足、脊柱专用线圈缺乏、伪影评估复杂及成本与监管障碍等问题，因此本文旨在综述当前7T脊柱MRI技术、研究进展及其应用挑战。

Methods

Study Selection

本研究按照PRISMA范围综述扩展规范（PRISMA-ScR）实施，系统检索PubMed、Scopus和Web of Science中自1987年1月至2025年10月发表的相关文献。检索策略围绕“7?T”“spinal cord”“MRI”等主题词及关键词展开。纳入标准限于英文发表的人体在体研究；排除非人研究、尸体研究、非脊柱研究、非临床研究、非7T研究、儿科研究及综述性文献。研究类型包括病例报告或病例系列、观察性研究以及比较研究；无法获取全文或非英文文献亦被排除。文献筛选和数据提取由两名独立评审者完成，提取内容包括研究标识信息、序列读出方式、脊柱节段、研究重点、队列特征及主要发现。研究先经题名与摘要初筛，再进行全文评估，评审者间一致性较高，Cohen’s κ > 0.8，分歧通过讨论或第三方裁决解决。作者同时通过纳入文献参考文献回溯及前向引文追踪补充检索，以提高证据覆盖度。

Results

Articles Included

最终纳入29项研究，其中24项聚焦颈段脊柱，2项涉及腰椎或腰骶段，3项覆盖多个脊柱节段。整体证据主要集中于颈髓区域，而胸段和腰段成像研究相对稀少，这可能与线圈可获得性、深部B₁穿透受限及呼吸运动对B₀场均匀性的影响有关。所涉及的主要疾病包括多发性硬化（MS）、肌萎缩侧索硬化（ALS）、脊髓损伤（SCI）和颈椎病性脊髓病（cervical spondylotic myelopathy, CSM）。其中15项研究仅纳入健康志愿者，提示现阶段7T脊柱MRI研究仍以可行性验证和基础表征为主。

Methodology Limitations and Sources of Bias

作者指出，纳入研究在设计类型、成像序列、所用线圈及结局指标方面均具有显著异质性，因此难以开展更系统的横向比较或分组综合分析。在涉及疾病状态的13篇文章中，10篇以健康对照作为比较对象。部分研究比较7T与3T MRI结果，部分则评估不同线圈表现、金属植入物对图像的影响，或比较7T下不同序列的成像效果，涵盖T₁加权、T₂加权、T₂^*加权及功能磁共振图像等。该部分强调，目前证据基础尚不统一，研究间技术路径差异较大，这限制了结论的普适性与临床外推性。

Discussion

7T MRI in the Spinal Cord

该部分围绕7T MRI在脊髓中的主要成像序列及应用场景展开讨论，重点分析结构成像、功能成像、弥散成像和磁敏感成像的临床与技术特征，并归纳影响推广应用的关键瓶颈。

T1, T2, and T2^* Weighted Images and 7T

T₁加权成像主要增强脂肪组织信号并抑制水信号，T₂加权成像则增强水信号；T₂^*加权图像对铁沉积和出血更敏感。液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）通过更长反转时间抑制脑脊液信号，但在7T条件下可能受特异吸收率（specific absorption rate, SAR）、B₁不均匀及伪影敏感性限制。多数纳入研究集中评估7T下T₁、T₂或T₂^*加权序列对脊髓解剖的显示能力。研究表明，7T能够在高分辨率条件下清晰分辨灰质角和白质束，与低场强检查相比具有明显优势。部分研究采用二维轴位T₂^*梯度回波（GRE）序列、二维轴位和矢状位T₂加权快速自旋回波（TSE）序列，证实健康志愿者颈髓成像中7T可实现更细致的灰白质分辨，而3T常仅能测量脊髓总横截面积。此外，7T较3T对神经根、韧带及血管等精细结构的显示也更优。

在疾病应用方面，7T对MS脊髓病灶的显示提升最为突出。研究显示，在相同患者中，3T轴位T₂加权TSE平均每例识别3.1个病灶，而7T轴位T₂加权采集平均识别4.7个病灶，病灶检出增加52%。另有研究显示，7T MP2RAGE序列识别MS病灶数量高于3T对应序列。还有研究提示，7T T₂^*加权spoiled gradient-echo序列能够揭示复发缓解型MS与继发进展型MS之间脊髓病灶分布差异。对于ALS，初步病例研究表明7T可增强对白质变性图像的显示，并识别3T未能显示的皮质脊髓束T₂^*高信号。相关研究还提示，7T能够观察与ALS相关的脊髓侧索信号改变及前角变细，这些表现可能分别与胶质增生、轴索变性和下运动神经元退变相关。尽管7T在病灶检出方面显示出优势，但文中同时指出，目前表面线圈发射存在随深度增加而B₁信号衰减的问题，脊髓内部B₁仅达目标值的50%–60%，提示未来仍需在激发脉冲设计、校准方法及硬件改进方面持续优化。

Functional MRI (FMRI) and 7T

功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）基于血氧水平依赖（blood oxygen level dependent, BOLD）信号评估神经活动，可用于任务态功能分析，也可通过低频静息态fMRI探查脑和脊髓连接性。既往该方法已用于MS和SCI病变研究，但脊髓BOLD信号检测因目标结构小、对高空间分辨率要求高而具挑战性。文章指出，在7T条件下，脊髓fMRI可区分左右腹角及左右背角之间的相关性；用于MS时，研究发现腹角病灶连接性下降，而背角病灶连接性升高，提示背侧脊髓可能存在代偿机制。然而，脊髓fMRI受生理噪声影响极大，原因包括其邻近心脏、肺和咽喉，且脑脊液与血液流动及脊髓本身在椎管内运动均会引入噪声。虽然7T提高了空间分辨率，但更高磁场也会放大B₀不均匀、图像畸变及信号丢失问题。现有回顾性图像校正和生理噪声建模技术仅能有限改善信噪表现，因此该领域的进一步发展仍依赖于采集策略、线圈设计及噪声校正技术的持续创新。

Diffusion Tensor Imaging (DTI) and 7T

弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）利用组织内水分子运动特征反映微观结构，临床上可间接推断白质纤维走行，用于识别白质纤维束及观察脊髓束传导路径。在3T条件下，DTI有助于脊髓肿瘤定位和手术规划，并可通过各向异性分数（fractional anisotropy, FA）和表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）评估白质完整性及轴索丢失。在MS患者中，侧索和后索局灶性FA下降已有报道，但尚需更大样本验证。针对健康志愿者的研究表明，7T DTI能够提供更高分辨率，且高分辨率FA图可更清晰地勾画背侧灰质角以及薄束、楔束等后索白质通路。文章特别指出，在相同成像序列和分辨率设定下，低场强MRI通常需通过多次图像平均提升SNR，而7T高分辨率DTI可直接获得更清晰的颈髓结构图像，显示其在病理性脊髓状态精细研究中的潜力。尽管如此，7T DTI的应用研究仍然有限，缩小视野（reduced field of view）DTI及单次激发自旋回波回波平面成像（single-shot spin-echo echo-planar imaging, SS-SE-EPI）在7T脊髓中的实践尚不广泛。其主要局限包括SNR偏低，导致需延长扫描时间或降低分辨率。为改善这些问题，作者提出可通过优化线圈、采用外加场改善B₀均匀性，以及通过减小层厚和提高分辨率来降低部分容积效应（partial volume effect, PVE）污染。

Susceptibility Weighted Imaging and 7T

磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging, SWI）利用局部磁场差异增强图像对比，通过将相位图生成的加权掩模与幅度图结合，提高对磁敏感来源的可见性。随着磁场强度升高，SWI对血液成分和钙化的检出能力进一步增强。既往3T研究已提示，SWI可通过中央静脉征等影像标志帮助区分视神经脊髓炎谱系疾病与MS。文中认为，更高分辨率有望进一步强化不同疾病间影像标志的辨别能力，但7T SWI在该方向的证据仍较少。现有一项针对颈髓MS的7T SWI初步研究显示，7T可呈现更清晰的血管结构、更明显的脊髓-脑脊液界面及灰白质交界低信号，并观察到与中央静脉征和顺磁性边缘相一致的病灶特征。

General Limitations to 7T MRI Usage

文章进一步总结了7T MRI在推广应用中的普遍限制。首先，由于范围综述依赖既有已发表研究，其结论受原始研究质量和偏倚影响。常见问题包括样本量小、单中心设计、方案异质性、技术异质性及报告结局差异大。仅有少数研究纳入超过50例患者。高成本与监管限制是造成样本不足和多中心研究缺乏的重要原因：7T设备价格远高于1.5T或3T，且全球装机数量有限。尽管部分7T设备已获FDA批准用于头部和膝部临床成像，但脊柱应用仍主要停留在实验研究和志愿者研究阶段。其次，现有研究多聚焦颈段脊柱，胸腰段受限于专用线圈匮乏。超高场条件下，由于电磁波长缩短，B₁场不均匀更加明显，且椎体与周围软组织介电特性差异会进一步加剧这一问题，因此低场常用的全身容积线圈并不适用于7T脊柱成像，需要多发射单元等专门设计。再次，7T脊柱标准化成像方案仍不成熟，脑成像中优化的T₁和T₂方案难以直接迁移至脊髓。尽管已有研究尝试提出高分辨率颈髓T₁/T₂协议，或开发多站位全脊柱7T MR数据自动重建算法，以减少不均匀偏倚校正和拼接人工操作，但其临床适配性和疾病应用仍需更多验证。

Future Directions

未来方向主要集中于采集方法优化与新型成像技术整合。文章提到，梯度回波及单次激发回波平面成像自动校准信号（EPI-ACS）策略在7T颈髓成像中可产生更少且更轻的伪影，优于FLEET或传统分段EPI方案。另有研究通过优化呼吸触发采集策略和semi-LASER序列，提高了7T颈髓磁共振波谱（MRS）数据的谱质量、信号质量和定量稳健性。此外，7T与化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer, CEST）成像的整合被认为具有重要潜力，特别适用于MS等疾病的代谢与组织生化改变评估。相较传统磁化传递（MT）成像或弥散加权成像（DWI）存在采集时间长、SNR低及部分容积效应明显等问题，CEST可通过离共振射频饱和结合质子后获取不同频偏处的水信号衰减谱，从而间接量化谷氨酸等特定分子及与MS相关的组织代谢异常。7T环境下更大的频率分离、更高SNR及延长的T₁弛豫特性，有助于检测低场强下难以发现的细微变化。

Conclusions

总体而言，7T MRI在脊髓成像中具有重要应用前景，但当前文献仍以可行性研究和初步试点结果为主。现有研究较一致地表明，7T在空间分辨率和病灶检出方面优于3T，尤其在精细解剖结构显示及MS、ALS、SCI等病变评估中表现出潜力。然而，这些影像学优势的临床转化意义尚未充分建立，且研究间技术差异较大，实施层面的硬件、协议、监管与标准化障碍仍待解决。综合来看，7T MRI有望推动脊髓研究边界的拓展，但其走向常规临床应用仍需更高质量、多中心、标准化的后续研究支持。