射频磁场的生物学效应

第三节　射频磁场的生物学效应

MR检查时由射频线圈产生射频磁场，激励受检层面的成像质子。射频磁场在受检区域高度均匀，在受检区域外急速衰减至零，因而被检部位可能经受更强的射频辐射。人体是具有一定生物电阻的导体，当人体受到电磁波照射时就有将其能量转换为热能的能力。实践表明，MRI扫描时射频磁场的功率将全部或大部分被人体吸收并转化成热能，其生物效应主要是使人体组织温度升高。因而，MR检查时射频磁场对人体健康可能带来影响，射频磁场伴随的相关问题也越来越成为人们关注的焦点。

（一）特定吸收率

为了定量地说明射频磁场中组织吸收能量的情况，早期的研究者定义了特定吸收率（specific absorption rate，SAR）这一指标。所谓SAR值是指每千克体重生物组织内所吸收的射频能量，其单位为瓦每千克（W/kg）。SAR值是用来衡量人体对射频脉冲能量吸收时变磁场的能量主要以热能的形式在生物体内沉积值的度量单位。磁共振生产厂商的设计原则是磁共振激发的能量应该与人体体重成正比，这也是MR检查前要求患者称重的原因。举例来说，体重80kg的成年人在扫描时，机器激发的射频能量是体重40kg患者的2倍；在扫描体重只有40kg的患者的时候，如果输入的体重为80kg，那么患者在被扫描时就会有2倍于正常值的射频能量积聚到患者体内，有可能造成患者出汗，甚至受伤。

在MRI系统中，SAR值的大小与共振频率、静磁场强度、射频脉冲的类型（90°或180°）、脉冲重复时间和线圈效率、成像组织容积、组织类型（电特性）、解剖结构等多种因素有关。MR检查中，组织吸收的电磁能大部分转换为热能的形式放出，因此温度效应被认为是射频场最主要的生物效应。出于安全的要求，许多国家已经建立了射频保护的管理法规。射频功率与频率的平方成正比，场强越高，射频功率越大，对人体安全的影响越大。

人体中散热功能不好的器官，如睾丸、眼等对温度的升高非常敏感，因此这些部位是最容易受MRI射频系统辐射损伤的部位。高热、精索静脉曲张等患者，如果已经存在精子减少的症状，则MR检查对阴囊的过量加热可使某些症状加重，甚至造成暂时性或永久性不育。孔令锋等研究发现，SAR值的分布在脑的内部最小，在头皮上较大，在眼睛周围处达到最大，并推测这是由于眼睛周围有较多的骨组织，其相对于周围组织的电导率和相对介电常数均较小所致。

有鉴于此，FDA规定MR检查过程中超出以下数值的SAR值对人体是有害的：①全身平均SAR值大于4W/kg；②头部平均SAR值大于3W/kg。

（二）MR检查过程中的热效应

MR检查过程中产生的热量取决于多种物理、生理和环境因素，如检查持续时间的长短、人体积聚能量的速率、患者散热系统的功能状态、患者的健康状况以及磁共振系统的周围环境等。

当人体内积聚一定的热量后，人体通过传导、对流、辐射和蒸发作用进行散热，每一种机制均可在一定程度上散发热量以维持机体的热量平衡。但如果机体的散热系统不足以散发积聚在体内的热量，则导致全身或局部体温升高。多种病理生理状态均可能影响机体的正常散热，如心血管系统疾病、高血压、糖尿病、发热、肥胖及老年患者，且利尿剂、β受体阻滞剂、钙离子阻滞剂、安非他明类药物、肌肉松弛剂和镇静止痛类药物也可影响机体散热。MR检查时，磁共振内部及周围环境也会影响人体散热，如磁体周围温度、相对湿度和气流。

Schaefer等首次对MR检查过程中射频磁场造成的人体产热量进行测量，测量健康志愿者在接受高达4.0W/kg的SAR值前后的体温变化及其他生理学参数。结果发现，即使接受如此高的SAR值，人体的体温也无明显升高，仅仅升高0.6℃，且无明显病理生理改变。其他很多研究也发现射频磁场导致的人体体温升高是微不足道的。且Brix等报道，临床MR检查过程中患者体温升高与SAR值之间无明显关联，认为患者的体温主要取决于人体的体温调节系统及某些可改变机体散热的多种因素。

1994年，Shellock等对接受SAR值高达6.0W/kg的健康志愿者体温、心率、血压、血氧饱和度与体表血流状态进行监测发现，人体正常体温调节系统可以承受高达6.0W/kg的SAR。

随着MRI软硬件技术的进展，越来越多的高场和超高场MRI已投入临床应用，全世界现有约300台3.0T磁共振系统应用于临床，数台4.0T磁共振，甚至8.0T磁共振系统也已经问世。超高场MRI所产生的射频能量远远高于1.5T磁共振系统，因而急需对超高场MRI对人体体温调节系统的影响进行系列研究。但遗憾的是，迄今为止，仅Kangarlu等对8.0T磁共振系统的射频磁场引起的模型产热进行了报道，有关临床应用时的人体产热仍有待于进一步研究。