磁共振成像暴露的生物学效应:综述

本文综述了磁共振成像系统中常用的磁场和电磁场的生物效应。在介绍了磁共振成像的基本原理和生物组织的电、磁特性后，用经典术语描述了理解生物效应的基本现象。报告了这些诊断系统中常用的场强和频率值，以便将有关磁共振系统产生的生物效应的特定文献与有关电磁场产生的生物效应的大量文献相结合。这项工作概述了暴露在静态磁场、射频场和时变磁场梯度下的安全问题，主要集中在这些电磁场和生物物质之间相互作用的物理学上。科学文献被总结，整合，并在权威专家的权威评论的帮助下进行批判性分析，国际安全指南也被引用。

在过去十年中，与磁共振成像(MRI)系统和程序相关的安全问题和潜在危害的讨论一直极具争议:部分原因是关于电磁场在致癌作用或促进生长和发育异常中的作用的争议断言[1- - - - - -3.];部分原因是认为核磁共振成像本质上是一种安全的程序，这降低了公布阴性结果的重要性[4]。自20世纪80年代初将MRI作为一种临床方式引入以来，全球已完成超过1亿次诊断程序(估计)，主要事故相对较少[5，6]。

大多数报道的MRI相关损伤病例是由与金属物体、植入物和生物医学装置的MRI安全相关的错误信息引起的[7，8]。事实上，核磁共振环境对某些植入物的患者可能是不安全的，主要是由于铁磁材料制成的物体移动或移位[9]，但也因为加热和感应电流，这可能会给植入物或外部装置的患者带来风险[10]。这些安全问题通常与具有加长配置或电子激活的植入物(例如神经刺激系统，心脏起搏器等)有关。在磁共振环境下，与磁场相关的平移引力和扭矩可能对植入物的患者和个人造成危害。风险与静磁场的强度、空间梯度的强度、物体的质量、形状和磁化率成正比。此外，必须考虑植入物或装置的预期体内使用，因为可能存在有效防止物体移动或脱臼的现有反作用力。到目前为止，已经有超过1000个植入物和物体进行了核磁共振安全性或兼容性测试。磁共振医疗专业人员很容易获得这些信息，但磁共振社区需要提高意识，根据相关医学文献中的信息，不断审查和更新与磁共振安全相关的政策和程序[11]。医生们知道MRI对植入式设备的绝对禁忌症，但不太熟悉的是与患者身体接触的导体中的感应电流相关的MRI诱导热烧伤或电烧伤的可能性。虽然关于MRI烧伤危害的详细研究尚未报道，但最近的报道表明，与患者接触的环形电缆中的直接电磁感应可能是过度加热的原因[12- - - - - -14]。

对核磁共振相关危险效应的全面介绍和讨论超出了本综述的范围，因此我们将把讨论限制在核磁共振系统直接作用于人体产生的生物效应上。

在过去的三十年中进行了几项研究，以评估与暴露于MRI诊断相关的潜在危险生物效应。由于这个问题的复杂性和重要性，这些工作中的大多数都致力于单独检查MRI中使用的特定磁场或电磁场源产生的生物效应。此外，关于生物物质与电磁场相互作用所产生的生物效应的研究越来越多，科学文献也越来越多。因此，有必要整合和总结目前关于这一主题的研究成果，同时为理解电磁场与生物系统之间相互作用的物理学提供基础知识。

在本工作中，在介绍了MRI系统的基本原理和生物组织的电和磁特性之后，描述了了解MRI程序中使用的三种主要电磁场源引起的生物效应所需的基本原理。

三种不同类型的电磁场被用于创建基于磁共振的图像:

1. 1.

   静态磁场，

   

   ，它使质子自旋对齐，并产生净磁化矢量在人体内;

2. 2.

   梯度磁场，对排列的质子产生不同的共振频率，取决于它们在梯度轴上的空间位置;这些梯度场允许二维MRI切片的空间定位，从而重建三维MRI图像;

3. 3.

   以质子共振频率为中心的射频电磁波，使矢量旋转

   

   出静磁场方向;每个组织的磁化矢量恢复平衡的时间是不同的，这导致了两个主要的成像参数，T₁和T₂，这直接关系到图像的对比度。

这三个场是MRI程序的基本特征，每个都与生物组织的电磁特性相互作用。

众所周知，生物组织的电学性质基本上是由极性分子和离子的电相互作用决定的。由中性分子偶极子组成的材料被称为电介质，然而，在生命系统的细胞外和细胞内空间中的阳离子和阴离子物质为电流产生导电路径。因此，生物组织必须被认为是导电介质。因此，生物物质的电学行为可以通过定义两个主要参数来描述:

1. 1.

   介电常数ε，与材料的介电性能有关;和

2. 2.

   电导率σ与施加在组织上的电场相互作用(

   

   )。

当前(

)，由欧姆定律得到:

活体组织的阻抗不同，取决于它的介电常数和电导率。因此，电流的值和组织内部电磁场的衰减很大程度上取决于这两个参数。对于生物组织，介质介电常数和电导率都是频率的强烈非线性函数。此外，如果外加电磁场的频率发生变化，电磁场与组织之间的相互作用也会发生变化。特别是，在低频，电磁场在细胞或多细胞水平上相互作用;随着频率的逐渐增加，生物电磁相互作用与细胞膜和胞内细胞器发生，其次是分子相互作用，最后，在微波频率下，磁场只与水分子相互作用[15]。

由于这些原因，介电常数和电导率表现出三种主要行为，也称为色散，取决于频率。数字1显示介电常数和电导率如何强烈依赖于频率[16(在磁共振成像中使用电磁波的频率范围是划定的)。

不能永久磁化的材料用一个物理参数来表征，即磁化率(χ)，它描述了它们置于磁场中时的行为。当这些材料置于外部磁场中时，它们的反应是产生磁极化(

)，用单位体积的磁偶极矩来测量，根据式:

其中Δτ是包含微观偶极矩μ的体积_我。磁极的强度局部与外加磁场成正比吗由磁化率χ，可得:

两个磁场都与磁通密度有关系，

，由公式描述:

在μ_o是真空的磁导率。对于大多数材料，感应磁极是平行于在这种情况下，这种材料被称为“各向同性”。因此，χ是标量，是矢量,有相同的方向。

根据磁化率的大小，材料可分为抗磁性材料(-1 < χ < 0)、顺磁性材料(0 < χ < 0.01)和铁磁性材料(χ > 0.01)三大类。数字2显示磁化率谱，表明大多数人体组织具有抗磁性或弱顺磁性[17]。

与暴露于静态磁场有关的安全问题已经讨论了一个多世纪:1892年Peterson和Kennelly [18研究了暴露在当时最大的磁铁(大约0.15 T)下的影响，他们将一只狗和一个小男孩暴露在全身磁场中，没有发现任何积极的结果。大约30年后的1921年，德林克和汤普森[19]调查了工业工人暴露在磁场中可能产生的健康后果。他们在体外对神经肌肉细胞和活体动物进行了大量实验，得出的结论是，静态磁场对健康没有明显危害。从那以后，进行了几项研究，一篇综述[20.]，收集了大约400份关于磁场生物效应的报告。根据申克[17]，这些文献中关于假定的磁场的病理或治疗作用的部分是矛盾和令人困惑的。此外，没有提供场强及其在人体上的变化等基本信息。

随着20世纪80年代初核磁共振成像技术的发明，人们对静磁场的生物效应越来越感兴趣。在过去的二十年里，为了了解暴露在强静态磁场下的潜在危害，进行了几项研究。这些研究中的大多数没有报告积极的结果，因此假定对人类健康没有不利影响。1981年，巴丁格[21]总结了在此日期之前所做的工作，并得出结论:从对细胞培养、动物和人的大量文献的分析中，没有发现任何实验方案，当其他研究人员重复时，会得出可重复的积极结果。二十年后，申克[17]证实了这一点，并在总结他的审查时指出，由于很难得出否定的结论，因此不应断定已证明静电磁场没有显著的生物效应。然而，实现更强磁体的能力稳步增长，使我们有理由相信，这种效应最终可以建立，但可能在远高于目前MRI使用的场强。在最近的一份报告中[22]，成年雄性和雌性大鼠及其后代在亚慢性(10周)暴露于极高磁场(9.4 T)后未发现不良生物效应。

在目前的文献中，只有一些感官效应被发现与暴露于静态磁场有关。暴露在1.5 T和4t静磁场下的受试者出现恶心、眩晕和金属味的感觉，差异有统计学意义(p < 0.05)，但在头痛、打嗝、耳鸣、呕吐和麻木等其他影响方面无统计学意义。阳性报告发生率较高的是那些暴露于4t场的受试者。然而，没有证据表明这些影响是有害的[23]。

很少有研究报告了对人类健康的危险影响，但这些研究既没有得到后续工作的证实，也没有被反驳。例如，据报道，暴露在0.35 T静态磁场中的受试者的听觉诱发电位发生相移[24];终止磁曝光后，相移缓慢(15分钟)恢复正常。然而，进一步的研究并没有证实这些发现[25，26]。

Pacini等人在1999年进行的研究[27]描述了0.2 T磁共振断层成像产生的静态磁场对正常人类神经元细胞培养的影响。他们观察到，暴露15分钟后，细胞形态发生了巨大变化，形成了具有突触按钮的分支树突。一些细胞生理功能的改变也被报道过，但是，在这里，这些发现还没有得到证实。

通过对现有文献的研究，在我们所知的范围内，我们可以得出这样的结论:对病人的健康危害与接触静磁场有显著关系的，只有铁磁性材料或心脏起搏器的存在[28- - - - - -30.]。虽然没有证据表明患者暴露于强静磁场会对健康造成危害，但我们在此报告了组织与静磁场之间相互作用的几种物理机制，这些机制可能导致潜在的病理影响。

如前所述，电流密度

在暴露于外部电场的生物组织中流动，是由欧姆定律决定的:，其中σ为电导率。如果组织以一定速度运动它暴露在一个静态磁场中，在组织中流过的电流密度的表达式中有一个附加项，由式描述:

这个词

可以看作是一种运动感应电场，通过干扰人体的神经传导、生物电势等生理电信号而产生生物效应。据报道[31暴露在强静态磁场下的猴子的脑电图显示出由磁场引起的t波形态变化。有人认为，这可能表明对心脏电活动的生物效应。然而，后来，这些变化被解释为静电磁场中血流引起的电动势(EMF)的存在，这与数量成正比［32，33]。最近研究了电磁场对人体神经或肌肉细胞的刺激作用，场强高达8t [34]。在目前可用的最高场强下，流诱导电流密度低于引起神经或肌肉刺激作用所需的阈值水平，并且在这些高场强下没有明显的生命体征变化，例如心电图记录[35]。

人体组织的代谢功能需要大量的化学反应，因此有理由认为强磁场可能改变这些反应的速率或平衡条件。例如，如果化学反应的生成物比反应物具有更强的顺磁性，那么磁场的存在就会改变反应平衡，从而增加生成物的浓度。人体中一个非常常见和重要的化学反应是氧血红蛋白(抗磁性)解离成氧分子和血红蛋白(顺磁性)。在这种情况下，外部施加的磁场可以降低解离的能垒。计算表明，即使施加1t的电场，离解的自由能垒也只改变1j /mol [36]。如此小的能量变化对反应平衡的影响小于0.01℃的温度变化。

静磁场的另一化学效应包括动力学的改变和自由基对反应的重组。自由基被认为参与生物系统中的有害反应，因此任何可能增加其反应性或浓度的影响都可能产生或增强有害影响[37]。根据这一观察，自由基对机制已被提出作为磁场对生物系统可能产生不利影响的一个工作假设。事实上，根据最广为接受的理论[38- - - - - -40]，磁场将自由基对分裂成两个能级，这增加了逃离重组反应的自由基对的数量[41]，即自由基的浓度。实验研究表明，弱磁场可以降低反应的二阶衰减速率常数[42]。一些研究分析了磁场对胶束中自由基对复合反应的影响，并证实了外加磁场增加了逃离复合反应的自由基数量[37，39，43]。然而，对生物组织或动物和人类进行的研究很少。低磁场损害健康的说法已经引发了广泛的医学、化学和物理研究:尽管没有确凿的证据表明存在危害[44]。

当静电磁场作用于生物组织时，如果存在离子电流，则产生净力，其矢量可计算为

，应用于移动的离子。

虽然这些力主要作用于流动的液体，如血液，但研究表明，当外部磁场作用于身体时，为了保持恒定的心输出量，不需要增加心脏活动[45，46]。另一方面，一个非常小的磁流体动力作用在内耳的内淋巴组织上，可能是有时在高场强下报告的恶心和眩晕感觉的来源[23，36]。

在MRI检查过程中，梯度磁场经常被打开和关闭;因此，磁场的时变(

)在病人体内注入电场()，根据麦克斯韦第三方程:

这些梯度感应电场，在足够高的值，可以刺激神经和肌肉，在非常高的水平，可以产生心脏刺激，甚至心室颤动[47]。为了帮助保护患者免受这些潜在的健康危害，一些研究人员开发了理论模型，并收集了动物和人体实验数据，以便制定适当的安全标准。1985年，Bergeron [48]提出了周围神经刺激阈值的评估，作为高梯度感应电场的一个有价值的指标。根据这种方法，患者可以通过不超过这些阈值来保护免受梯度诱导的心室颤动。

Reilly应用他的电极数值刺激模型来确定梯度诱导的神经[49]和心脏刺激阈值[50，51]，并预测了刺激所需的电场振幅作为波形(脉冲持续时间、波形和脉冲序列长度)的函数。Reilly将患者模拟成半径R = 0.2 m，轴线平行于静磁场的均匀圆柱体。因此，z梯度感应电场的值按公式计算:

S是圆柱的横截面积。如果z梯度磁场在面积S上是法向且均匀的，则积分方程很容易求解，且电场的强度

取决于磁场的时变()和截面积半径R，由公式:

赖利将他的模型得到的电场值与文献中报道的实验结果进行了比较，认为神经刺激阈值的最佳近似是指数曲线。使用双曲形式可能会得到更好的近似，它似乎更适合最近的实验数据[52，53]。因此，估计平均心脏刺激阈值比最敏感的人群百分位数(1%)高2倍，估计心脏颤动的平均阈值比心脏刺激的平均阈值高2.5倍。数字3.显示最敏感人群百分位数的周围神经和心脏刺激的平均阈值。当磁场时变的斜坡持续时间小于1000 μs时，神经和心脏阈值之间的差距较大，但当斜坡持续时间超过几毫秒时，外周神经和心脏神经刺激阈值的平均值接近[54]。

除了理论模型外，还进行了几项体内研究，以获得动物和人类的梯度诱导刺激阈值。波兰德，等。[55- - - - - -57]和Nyenhuis等人。[58在狗的梯度神经刺激中发现了强度-持续时间曲线。这些研究包括z和横向梯度线圈，有和没有1.5 T静态磁场的存在。观察到的最低刺激阈值是周围神经，在这些阈值处也观察到肌肉抽搐。所发现的刺激阈值在0 T时与1.5 T时相比没有显著差异，并且，当对脉冲形状和脉冲序列长度进行校正时，似乎与Reilly模型大致一致[49]来产生刺激所需的感应电场。

波兰德，等。[55，57也发现了磁刺激呼吸和梯度诱导心脏刺激的平均阈值。观察到，在斜坡持续时间为530 μs时，呼吸刺激阈值约为周围神经平均刺激阈值的3倍，心脏刺激阈值约为周围神经平均刺激阈值的9倍。在这些研究中，他们还报告说，狗在530 μs时平均心脏刺激阈值所需的梯度磁场能量是平均外周刺激阈值所需能量的80倍。回顾Reilly的估计，最敏感人群百分位数的心脏刺激阈值[51]是平均值的一半，并且认识到梯度磁场中存储的能量与磁场强度的平方成正比，因此，在最敏感的人群百分位数中，心脏刺激所需的能量应该是周围神经刺激平均值所需能量的20倍。最后，在这些研究中，在有或没有1.5 T的静态磁场的情况下，以及在心脏阻塞或跳动的情况下进行心脏刺激实验，都没有观察到显著差异。

除了对动物的研究外，几位研究者还对人类进行了梯度诱导刺激实验:其中，Budinger [59]， Cohen [60]，谢弗[61，62]，伯兰[63]和火腿[64]。2000年Schaefer等人的一篇综述[47收集了这些研究中获得的实验数据，并比较了不同的报告结果。在图4我们展示了为z梯度获得的实验数据点，以及作为曲线拟合的Reilly估计。Reilly的模型在100-1000 μs范围内拟合实验数据，这是目前临床MRI工作的典型范围。

此外，假设dB/dt水平处于平均周围神经刺激阈值，估计心脏刺激的概率[47]。如图所示5，当梯度斜坡持续时间小于1000 μs时，患者在周围神经刺激阈值处发生心脏刺激的概率非常低(从10 μs到10 μs)^-29年为100 μs ~ 10^-10年为1000 μs)。因此，当每年接受MR扫描的患者数量接近10时，刺激概率随着梯度斜坡持续时间的增加而增加⁷因此，将增产可能性保持在1/10以下非常重要⁷。

根据这些发现，谢弗。等。[47]建议保护患者的安全标准(由国际电工委员会制定)见表1。最近，一项研究发现，大体解剖测量;如年龄、体重、身高、平均体脂率;周围神经刺激[65]。

在核磁共振检查期间，患者暴露在8.5至340兆赫的电磁辐射范围内。这被称为电磁辐射频谱的射频(RF)范围，并且是非电离的，也就是说与该辐射频率(波长)相关的光子没有足够的能量来电离生物物质的原子，因此可能在细胞水平上造成损害。

因此，虽然电离辐射可以引起分子或原子吸收剂能量的离散增加，导致原子构型的不可逆改变，如电离或共价键破坏，但非电离辐射(如射频电磁波)不能通过单光子量化分子相互作用诱导生命系统的不可逆改变，而只能通过多光子吸收，即直接加热[15]。

另一个区别是“远场区”的电磁波和“近场区”的电磁波。在第一种情况下，如果到电磁辐射源的距离(L)大于电磁波的波长(λ)，即L >> λ，则电磁辐射可以表示为由横向电场(E)和磁场(H)组成的传播波，其中E和H的比值等于介质中的“波阻抗”(这称为平面波近似)。在第二种情况下，如果L小于或等于λ，则可以使用“准静态”近似，并且电场和磁场是有效可分的，这意味着来自“近场区”的特定源的场主要是电(E >> H)或磁[15，66，67]。

在核磁共振检查中，患者处于“近场区”，因此射频电磁波的生物效应主要由磁场引起，电场的作用可以忽略不计[68]。

射频电磁波引起的生物效应可分为两大类:

• 热的影响由于直接吸收来自电场的能量而引起的组织加热，以及由于法拉第定律而引起的感应电流[66]。这些影响构成了当代国际安全准则的基础，亦称为ICNIRP准则[67];

• 非热能的影响，这是由于磁场与组织直接相互作用的机制尚不清楚[66]。

在热效应方面，生物组织的温升由射频能量的直接吸收而上升。能量在体内的沉积和分布是高度不均匀的，取决于入射电磁辐射的频率范围。对于人体的能量吸收特性，电磁频谱可分为四个范围[67]：

1. 1.

   从100 kHz到20 MHz，躯干的吸收随频率的降低而迅速降低，颈部和腿部可能出现明显的吸收;

2. 2.

   从20 MHz到300 MHz，整个身体可以产生相对高的吸收，如果考虑部分身体共振，吸收值甚至更高;

3. 3.

   从300 MHz到几GHz，出现明显的局部不均匀吸收;

4. 4.

   在10ghz以上，能量吸收主要发生在身体表面。

必须注意的是，磁共振成像技术中通常使用的电磁波是在第二吸收范围内，在这个范围内，全身都有高吸收。

用来描述射频能量吸收的剂量学术语是比吸收率(SAR)，通常用W/kg来测量。然而，特别是对人体受试者而言，SAR水平的测量或估计并非微不足道，因为MRI检查期间的人体SAR是几个变量的复杂函数，包括频率、使用的RF脉冲类型及其重复时间、暴露解剖区域的结构和其他因素[69- - - - - -71]。

在过去的35年中进行的大量研究表明，射频辐射暴露可能产生各种生理效应，由于射频能量引起的组织加热，包括与视觉、听觉、内分泌、神经、心血管、免疫、生殖和发育功能改变有关的生理效应[68]。

其中几项研究已在实验室动物身上进行，以确定与射频辐射暴露有关的组织加热对生命系统的体温调节反应。然而，这些实验并不直接适用于MRI过程中发生的情况，因为射频吸收的模式，或辐射与生物组织的耦合，取决于体型、解剖特征、暴露时间、组织的敏感性和其他几个因素。因此，在动物实验中获得的数据不能严格预测在MR检查期间暴露于射频辐射的人类受试者的体温调节或其他生理变化[69，72，73]。

除了动物实验外，已经提出了几种模型来预测人体对MR过程中被身体吸收的射频能量的反应[74- - - - - -76]。虽然所提出的模型的主要限制是难以考虑到可能影响人体体温调节反应的众多关键变量(年龄、皮下脂肪量、受试者的身体状况)，但更重要的是，这些模型都没有经过人体实验的验证[67]。

为了评估核磁共振过程中的实际热反应，有必要进行几次实验，在这些实验中，志愿者在核磁共振检查之前、期间和之后都受到持续监测。这些实验的主要结果是一些生理参数的个性化，这些生理参数对热负荷有显著的反应，如舌下或鼓膜温度(“深部身体”或“核心”温度的良好指标)、皮肤温度、心率、氧饱和度、血压、呼吸频率和皮肤血流量;所有这些都是重要的生理变量，可以随着热负荷的变化而变化[68]。

1985年，Schaefer进行了第一个关于MR过程中人体对射频辐射引起的加热的热反应的实验[77]。在这项研究中，研究人员监测了暴露于相对较高的全身平均SARs(约4.0 W/kg)的受试者的体温变化和其他生理参数。结果表明，没有过量的温度升高或其他有害的生理后果与暴露有关。

进一步的研究对暴露于全身平均SARs(约0.05 W/kg至4.0 W/kg)的志愿者进行了研究[78- - - - - -84]。这些实验记录了体温变化始终小于0.6°C，虽然皮肤温度有统计学上的显著升高，但没有严重的生理后果。此外，血流动力学参数，即心率、血压和皮肤血流量没有相关的有害改变。最近进行了一项研究，以确定与8T MR系统相关的典型射频能量在生物组织头部幻影中诱导的热量是否会导致过度的温度变化。唯一明显的影响是在超高场系统(> 4 T)中射频分布不均匀[85]。

一项研究通过让志愿者接受全身平均SAR为6.0 W/kg的MRI检查[86]。这是人类受试者在核磁共振成像过程中接触到的最高水平的SAR。本研究在凉爽(22°C)和温暖(33°C)两种环境下进行。在暴露于射频电磁能量之前、期间和之后，监测鼓膜和皮肤的温度，以及心率、血压、血氧饱和度和皮肤血流量。在凉爽的环境中，鼓膜、腹部、上臂、手和大腿的温度以及皮肤血流量都有统计学意义的增加。在温暖的环境中，鼓膜、手部和胸部温度以及收缩压和心率均有统计学意义的升高。然而，所有生理参数的变化都在可接受的安全水平内。这一发现表明，体温调节功能未受损的受试者在生理上可以耐受全身平均SAR为6.0 W/kg的MR手术[68，86]。

最后，有必要考虑那些散热能力下降，因此可能受到高温伤害的器官，如性腺和眼睛。研究显示，如果阴囊或睾丸组织温度超过38°C，射频辐射引起的加热可能对睾丸功能产生不利影响[76]。研究[88在全身平均SAR为1.1 W/kg的情况下，研究人员测量了接受MRI检查的志愿者的阴囊皮肤温度。阴囊皮肤温度最大升高2.1°C，阴囊皮肤温度最高记录为34.2°C，即低于已知损害睾丸功能的阈值[87]。在核磁共振检查时眼睛发热的问题上，在接受峰值sar高达3.1 W/kg的脑部核磁共振检查的患者中，已经测量了角膜温度[89]。角膜温升最高为1.8℃，测得的最高温度为34.4℃。另一项研究旨在检查疑似眼部病变患者的角膜温度，将受试者暴露在峰值SARs范围为3.3至8.4 W/kg [90]。本研究测得的最高角膜温度为35.1°C。由于在这些研究中测量的温度低于公认的安全阈值，临床磁共振手术似乎没有可能对眼组织造成热损伤[68]。最后，我们应该注意到，在目前的文献研究中，缺乏对患者的条件，损害散热。

射频辐射还可能在生物系统中引起非热的、场特异性的变化，这些变化是在温度不升高的情况下产生的。然而，射频电磁波的非热效应还没有被很好地理解，最重要的是，还没有与MR系统的使用相关联的研究[68]。那些对这个话题的深入讨论感兴趣的人可以参考比尔斯[91]。在此，我们只报告由于这个主题日益重要而引起的一些定性考虑[92]。毫无疑问，在人体中，电磁场在控制和维持有序的生理功能方面起着至关重要的作用。因此，一个生命系统是一个非常灵敏的电磁仪器;因为在人类暴露于人造电磁波的相对较短的时间内，没有证据表明人类对这种辐射可能产生的任何不利影响具有进化免疫力。热效应是由外场和人体组织之间的能量传递引起的，而非热效应可能是由外场向生命系统的“信息传递”引起的。(信息从电磁场传递到生命系统的一个很好的例子是，闪烁的光以一定的速率触发患有光敏性癫痫的人的癫痫发作;这种效果不是由于光线的亮度，而是由于闪光的频率。)这种类型的相互作用可能是强烈非线性的，并且依赖于外部电磁场的频率。然而，ICNIRP安全指引[67使人类暴露在比目前市场上所有电子消费产品适用的辐射限制强十倍以上的电场中。

也许核磁共振检查中最安全的部分是静态磁场。通过对现有文献的研究，并在我们所知的范围内，与暴露于静态磁场显著相关的唯一健康危害与铁磁性材料或患者心脏起搏器的存在有关。自1980年初以来，几乎所有进行的超过1亿次核磁共振检查都没有任何证据表明静态磁场对患者有有害影响。然而，由于高场MRI系统的信噪比优势，静态磁场的增加是不可避免的。

MRI检查的第二个潜在风险来源来自脉冲场梯度的使用。高流速可引起患者周围神经和/或心脏刺激。然而，周围神经刺激虽然不会对受试者造成伤害，但会引起疼痛，其阈值低于有潜在危险的心脏刺激所需的阈值。目前的MR系统通常低于神经刺激水平，因此，在目前的技术水平下，心脏刺激是不太可能的。

射频功率沉积是MRI检查中对患者安全的最大风险。科学家们普遍认为，健康个体局部温度升高1°C绝对没有风险。在MRI检查中，可以使用8 W/kg的SAR，但暴露时间要足够短，以免产生超过1°C的核心体温升高。然而，就安全性而言，临床MR系统最好配备感应模体，当SAR水平接近国际安全指南规定的限值时，可以关闭射频源的电源。

基于这些考虑，我们希望磁共振成像系统的安全性知识不仅可以帮助指导这些仪器的未来设计，还可以影响程序的选择，以确保安全，有效和高效的系统运行。

作者及单位

1. 生物医学工程学院，“校园生物医学”，意大利罗马龙戈尼大道83,00155

   Domenico Formica & Sergio Silvestri

相应的作者

对应到塞吉奥Silvestri。

作者的贡献

DF收集、整理和整理文献。SS构思了这项研究并回顾了文献。

所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

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