核磁共振成像NMRI，也称磁共振成像MRI，是利用核磁共振NMR原理，依据所释放的能量在物质内部不同环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，由此可以绘制成物体内部的结构图像。将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具MRI。

　　从1978年出现人类历史上第一台全身磁共振成像仪后，该技术在医疗诊断上获得了极大发展和广泛应用，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

　　当前临床所用的超导MRI设备包括超导磁体系统、匀场和梯度场系统、射频系统及计算机图像重建系统。

　　超导磁体系统

　　超导磁体系统提供主磁场强度，由0.5到4.0T(特斯拉)，常见的为1.5T和3.0T；动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度。

　　长期以来,由于没有国产的超导磁体，国内的MRI整机厂家受制于国外公司，只能在低端的永磁成像方面打拼。中国科学院高能物理研究所（以下简称高能所）超导磁体工程中心依托大科学工程中衍生出的超导磁体技术，于2007年开始进行核磁共振成像超导磁体的研发，2010年4月研制成功场强为1.5T的少挥发人体核磁共振成像超导磁体，突破了核磁共振成像设备的关键部件技术。该技术的突破，为国内整机系统厂家提升产品性能和档次解决了关键难点，将改变国内该产业的被动局面，促进产业提升。打通了超导磁体这个关键环节，还能形成从超导材料、超导磁体到整机系统的国产化产业链。

　　匀场和梯度系统

　　匀场和梯度是MRI成像系统的重要组成部分，直接影响到MRI的成像速度和图像空间分辨率。现在1.5T MRI主磁场均匀度一般要求是在直径500mm的球域内达到磁场峰值6ppm。梯度线圈的一般指标是空间梯度33mT/m，转换速率125T/m/s，非线性度400×400×300mm³<8%，所以在设计梯度线圈时要考虑线圈电感，线圈效率，梯度场的线性度等。另外，MRI成像系统要求梯度线圈中的电流在200Hz左右的速率切换，涡流问题变得至关重要。在超导磁体中，梯度线圈被金属内壁包围，主要是磁体的低温杜瓦，热辐屏蔽，超导体线圈骨架等，周围的导体内会产生感应涡流，从而影响梯度线圈性能，干扰成像区域内部的磁场。因此，也需要设计涡流自屏蔽线圈消除外部的梯度场。

　　匀场方法使用线性规划方法，实践证明达到了预期的磁场均匀度要求，图2为经过被动匀场后的磁场测量值。梯度线圈使用目标场方法，现阶段已经完成了初步设计。技术方将尽量发挥高能所在加速器电磁铁方面的技术基础和经验，尤其电磁场物理分析和循环冷却技术上的优势，进一步深入研究设计方案和制作方法，推动1.5T MRI系统全部国产化。

　　射频系统

　　高场MRI射频系统的研究与使用方密切结合，是深度开发MRI成像方法和应用研究的一个重要课题，在国际上普遍受到脑科学和神经科学界以及产业界的重视。目前,多通道并行接收技术已经是高场MRI系统的主流产品，在提高图像信噪比、分辨率和快速成像方面提供了强有力的硬件支持。多通道射频线圈、前置放大器、AD转换器等对磁共振信号的处理上的改善是目前高场3T MRI系统开发的主要课题。另外，在7TMRI系统中开发出的多通道并行发射技术也全面向3T MRI转移，西门子和飞利浦先后推出了2通道和4通道并行发射系统，为3T MRI体成像激发不均匀的问题提供了解决方案。

　　国内产业界1.5T MRI系统已经全面进入市场，紧接着3TMRI也会很快推进，但技术上与国外同类产品还存在着一定差距，所以深入开发射频系统和成像技术即将成为国内MRI发展的主要方向。高能所在微波、高频电子技术中的积累可以提供MRI射频技术的开发平台，帮助企业开始射频系统硬件的研发工作。

　　成果转化实践

　　MRI超导磁体技术取得突破后，如何将技术优势进行推广，实现其社会经济价值，又是一个重要课题。

　　2010年起，技术方开始与企业进行合作，继续开展1.5T零挥发核磁共振成像超导磁体和1.5T短腔核磁共振成像超导磁体（总长度小于1.5米）的研制及中试，尤其是针对其可靠性及成本控制方面进行多方面调研和测试，寻求最佳解决方案。目前1.5T零挥发MRI超导磁体已经开始小批量生产。

　　但不可忽视的是，MRI设备面临激烈的市场竞争，目前GE/SIMENSE/PHILIPS三大巨头占领了绝大部分超导MRI市场，如何有效进行成本优化控制、找准市场切入点将是未来几年内国内MRI行业的重点关注方向。

　　市场前景

　　磁共振成像不仅是临床医学的重要手段，也是科学研究与探索的极端重要工具。正是因为磁共振成像方法的多样性，使磁共振成像方法在临床医学、认知神经科学、药物研究等方面取得了重要应用，科研方面，在nature.com网站搜索MRI可检索到超过8000篇论文。

　　MRI市场主要是由病人数量、MRI理论和技术、放射学家的素质和经济发展水平所决定。当前欧美日等国MRI设备的装备情况一般在每60000至70000人一台，一般每300张病床以上的医院都要配备至少一台MRI系统。中国是个发展中国家，人口基数大约13亿，目前全国的MRI设备配比仅为发达国家的十分之一。如果考虑到目前现有MRI系统特别是一些国产低档MRI系统的更新，则需求量还要相应增加，所以MRI市场应该有很大的发展空间。以2010年为例，我国临床应用领域的MRI装机数量就达数百台，耗费人民币数十亿，整个中国MRI产品线增长率52％，其中1.5T产品线增长率74％，3T产品线增长率91％，超导产品综合增长率78％。

　　近年来，国内的MRI产业发展迅速，投入其中的技术力量和资金来自多个方面，已经在冲击1.5T超导MRI的市场，甚至很快将冲击3TMRI的市场，但需要突破行业巨头打压以及同质低价竞争的瓶颈。在国内MRI技术和产业全面起步的阶段，开发具有自己特色和独立知识产权的产品逐渐成为科技界和产业界的共识，新型MRI超导磁体也成为讨论的热点。新的市场增长点汇聚在改善病人舒适度和节能环保这两个方向上：病人舒适度的提高体现在对大孔径、短腔超导磁体和开放式超导磁体的需求上；节能环保则要求超导磁体减少液氦的使用量，如零液氦消耗、高温超导磁体、传导冷却超导磁体等。

　　高能所超导磁体中心基于自身在超导磁体设计制作方面的优势，将与MRI系统的使用方和生产厂家展开深入探讨，在物理方案上设计出有特色的、更具市场竞争力的超导MRI磁体。

　　另一方面，PET-MRI系统将正电子发射计算机断层显像仪（PET）和核磁共振成像系统（MRI）两强结合，成为大型功能代谢与分子影像诊断设备。PET-MRI技术可以避免X线辐射对人体的损伤，在肿瘤诊断治疗、神经系统、心血管系统三大领域做到了真正意义上的强强联合、优势互补。目前PET-MRI同机融合技术已经成为发展的主流，2013年美国核医学与分子影像学学会（SNMMI）专门组织了一次介绍PETMRI设备新技术进展的会议，GE公司成功运用飞行时间技术（TOF）技术，实现PET与MRI在同步扫描时两者之间无明显干扰。PET-MRI技术虽然的设备技术和临床应用范围还有待于进一步研究，但已经是核医学和MRI成像技术应用的一大热点。

　　高能所先后完成了人体PET、小动物PET、乳腺扫描仪等的研制，并实际应用于医疗和实验研究上，在PET上有坚实的研发基础，加之目前在超导MRI磁体上的技术基础以及在相关技术上的研发投入，有望在PET-MRI研究领域做出一定成绩，填补国内的空白，推动国内PET-MRI的研究。

　　超导MRI从技术到产业化是一个必然的过程，也是一个冲破阻力、勇于创新的过程。

　　作者单位：中国科学院高能物理研究所超导磁体工程中心