磁共振成像暴露的生物效应: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的文献。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。在这些诊断系统中，通常使用的场强和频率的值被报道，以便将有关磁共振系统产生的生物效应的具体文献与关于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中的安全问题，主要集中在这些电磁场和生物物质之间的相互作用的物理学上。在权威专家评审的帮助下，对科学文献进行总结、整合和批判性分析，并引用国际安全指南。

安全问题和讨论相关的潜在危害与磁共振成像(MRI)系统和程序非常有争议的在过去的十年中,部分原因是有争议的断言对电磁场的作用在致癌作用或促进生长和发育异常(1- - - - - -3.];部分原因是认为核磁共振成像本质上是一种安全程序的假设降低了发表负面结果的重要性[4］．自20世纪80年代早期引入MRI作为一种临床方法以来，全球已完成了超过1亿例(估计)诊断程序，但主要事故相对较少[5，6］．

大多数报告的MRI相关损伤病例是由与金属物体、植入物和生物医学设备的MR安全性相关的错误信息引起的[7，8].事实上，MR环境可能对某些植入物的患者不安全，主要原因是由铁磁性材料制成的物体移动或移位[9]，但也因为加热和电流感应，这可能会对植入或外部设备的患者带来风险[10］．这些安全问题通常与具有加长结构或电子激活的植入物(如神经刺激系统、心脏起搏器等)有关。在MR环境中，磁场相关的平移吸引和力矩可能会对植入物的患者和个人造成危害。风险与静磁场强度、空间梯度强度、物体质量、形状和磁化率成正比。此外，必须考虑植入物或装置在体内的使用，因为可能存在有效阻止物体移动或移动的反作用力。到目前为止，已经有超过1000个植入物和物体进行了MR安全性或兼容性测试。医疗保健专业人士可随时获得这些资料，但需要医疗保健界提高认识，根据有关医学文献的资料，不断检讨和更新有关医疗保健安全的政策和程序[11].医生们知道关于植入式设备的MRI绝对禁忌症，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诱发热烧伤或电烧伤的可能性。尽管尚未报告关于MRI中烧伤危险的详细研究，r然而，最近的报告表明，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］．

全面介绍和讨论磁共振相关的危险影响超出了本综述的范围，因此我们将讨论限于磁共振系统直接作用于人体产生的生物效应。

在过去的三十年中，为了评估与MRI诊断相关的潜在危险生物效应，已经进行了几项研究。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特定磁或电刺激产生的生物效应磁共振成像中使用的磁场源。此外，关于生物物质与电磁场相互作用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，有必要整合和总结当前关于该主题的研究成果，同时提供理解电磁场与生物系统相互作用物理的基础知识。

在目前的工作中，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，描述了在MRI程序中使用的三种主要电磁场源所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.

   静磁场，

   

   ，使质子自旋排列并产生净磁化矢量在人体中;

2. 2.

   梯度磁场，根据排列的质子在梯度轴上的空间位置，产生不同的共振频率;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

   

   在静态磁场的方向之外；每个组织的磁化矢量恢复平衡的时间不同，这导致两个主要成像参数T₁和T₂，直接与图像对比度有关。

这三个场是MRI程序的基本特征，每个场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在很大程度上取决于极性分子和离子的电相互作用。由中性分子偶极子组成的材料被称为电介质，然而，生物系统细胞外和细胞内的阳离子和阴离子物质会产生导电性e电流路径。因此，生物组织必须被视为导电电介质。因此，生物物质的电行为可以通过定义两个主要参数来描述：

1. 1.

   介电常数ε与材料的介电特性有关;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，为:

活组织的阻抗随其介电常数和电导率而变化。因此，电流的大小和组织内部电磁场的衰减在很大程度上取决于这两个参数。对于生物组织，介电常数和电导率都是频率的强非线性函数。此外，如果外部施加的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。特别是在低频率时，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细胞内细胞器发生，然后是分子相互作用，最后，在微波频率下，场仅与水分子相互作用[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显示了介电常数和电导率如何强烈依赖于频率[16](描述磁共振成像中使用电磁波的频率范围)。

不能被永久磁化的材料的特征是一个物理参数，磁化率（χ），它描述了它们在磁场中的行为。当这些材料置于外磁场中时，其响应是产生磁极化(

)，由单位体积磁偶极矩测量，公式为:

Δτ是包含微观偶极矩μ的体积_我．磁极的强度与外部施加的磁场成局部比例通过磁化率χ，根据方程:

这两个磁场都与磁通量密度有关系，

，用公式表示:

在μ_o为真空的磁导率。对于大多数材料，感应磁极是平行于，在这种情况下，材料被称为“各向同性”。因此，χ是一个标量，向量,方向一致。

根据材料的磁化率可分为3大类:抗磁材料(-1 < χ < 0)、顺磁材料(0 < χ < 0.01)和铁磁材料(χ > 0.01)。数字2显示了磁化率的光谱，表明大多数人体组织是抗磁或弱顺磁的[17］．

暴露在静态磁场中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场(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，没有发现积极的结果。大约30年后的1921年，德林克和汤普森[19]研究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、神经肌肉细胞和活体动物身上进行了大量实验，得出结论，静态磁场对健康没有显著危害。从那时起，进行了几项研究，并进行了综述 [20.，收集了大约400份关于磁场生物效应的报告。根据Schenck [17，这部分文献涉及假定的磁场的病理或治疗作用是矛盾的和令人困惑的。此外，基本信息，如场强和它的变化在身体，没有提供。

随着80年代初MRI的发明，人们对静态磁场的生物效应越来越感兴趣。在过去的20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。这些研究大多数没有报告积极的结果，因此假定对人类健康没有不良影响。1981年，Budinger [21]总结了在此之前所做的工作，总结说，从对大量关于细胞培养、动物和人的文献的分析中，没有发现任何实验方案，当其他研究人员重复时，能给出可重复的阳性结果。二十年后，Schenck [17]证实了这一点，并在总结中指出，由于很难得出否定的结论，因此不应得出已证明静态磁场没有显著生物效应的结论。然而，实现更强磁体的能力的稳步增长，使我们有理由相信，这种效应最终可以建立，但可能是在磁场强度远远高于目前MRI所使用的磁场强度。在最近的一份报告中[22]，成年雄性和雌性大鼠及其后代在极高磁场(9.4 T)亚慢性(10周)暴露后未发现不良生物学效应。

在目前的文献中，只有一些感觉效应被发现与暴露于静态磁场有关。暴露于1.5 T和4 T静磁场的受试者恶心、眩晕和金属味的感觉有统计学意义(p < 0.05)，但其他影响如头痛、打嗝、耳鸣、呕吐和麻木无统计学意义。暴露于4t场的受试者阳性报告发生率较高。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，但是这些研究既没有被连续的工作证实也没有被驳倒。例如，有报道称，在静止的0.35 T磁场下，受试者的听觉诱发电位发生相移[24];磁辐照终止后，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等人于1999年开展的研究[27描述了0.2 T磁共振成像仪产生的静态磁场对正常人体神经元细胞培养的影响。他们观察到，暴露15分钟后，细胞的形态发生了戏剧性的变化，形成了具有突触按钮的树枝状树突。一些细胞生理功能的改变也被报道过，但在这里，这些发现还没有被证实。

我们可以得出这样的结论，通过对现有文献的检查，并在我们的知识范围内，暴露于静态磁场对患者健康的唯一显著相关的危害与铁磁材料或心脏起搏器的存在有关[28- - - - - -30.］．虽然没有证据表明患者暴露于强静态磁场中会对健康造成危害，但我们在此报告了组织与静态磁场相互作用的几个物理机制，可能导致潜在的病理影响。

如上所述，电流密度

在暴露于外部电场的生物组织中流动，，由欧姆定律决定:式中，σ为电导率。如果组织以一定的速度移动，它暴露在一个静态磁场中时，在组织中流动的电流密度的表达式中有一个额外的项，由方程描述:

这个词

可以看作是一种运动诱导的电场，通过干扰人体的生理电信号，如神经元传导和生物电位，产生生物效应。据报道[31暴露于强静磁场下的猴子心电图显示出磁场诱导的t波形状的形态学改变。有人认为这可能表明对心脏电活动有生物效应。然而，后来这些变化被解释为在静态磁场中血液流动所产生的电动势(EMF)的存在，而电动势与数量成正比［32，33]最近有人在场强高达8 T的情况下研究了电动势对神经或肌肉细胞刺激的影响[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效应所需的阈值水平，并且在这些高场强下没有重大生命体征改变的报道，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，假设强磁场可能会改变这些反应的速率或平衡条件是合理的。例如，如果化学反应的产物比反应物更顺磁性，磁场的存在可以改变反应平衡，从而增加产物的浓度。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)分解为氧分子和血红蛋白(均顺磁性)。在这种情况下，外加磁场可以降低解离的能量势垒。计算表明，即使在1t的应用领域中，解离自由能垒的变化也仅为1j /mol [36］．这样一个很小的能量变化对反应平衡的影响小于0.01°C的温度变化。

静磁场的另一个化学效应包括动力学的改变和自由基对反应的重组。自由基被认为参与了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作用都可能产生或增强有害作用[37］．从这一观察，自由基对机制已被提出作为一个工作假说的可能不利影响的磁场对生物系统。事实上，根据最广为接受的理论[38- - - - - -40，磁场将自由基对分成两个能级，这就增加了逃避重组反应的自由基对的数量[41]实验研究表明，弱磁场可能会降低反应的二级衰减速率常数[42］．一些研究分析了磁场对胶束中自由基对重组反应的影响，证实外加磁场增加了逃逸重组反应的自由基的数量[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导致了广泛的医学、化学和物理研究：尽管还没有确凿的证据表明存在危害[44］．

当静磁场作用于生物组织，且存在离子电流时，则为净力，其矢量可计算为

，应用于移动离子。

尽管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，并不需要增加心脏活动来维持恒定的心输出量[45，46］．另一方面，一种作用于内耳内淋巴管组织的非常小的磁流体动力可能是造成恶心和眩晕感觉的来源，有时报道称在较高场强时[23，36］．

在MRI检查中，梯度磁场经常是开关的;因此，磁场(

)将一个电场()，根据麦克斯韦的第三个方程:

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，以制定适当的安全标准。1985年，伯格伦[48]提出了评估周围神经刺激阈值作为高梯度诱导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防止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神经[49和心脏刺激阈值[50，51，并预测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将患者模拟为一个半径为R = 0.2 m、轴线与静磁场平行的均匀圆柱体．因此，由公式计算z梯度诱导电场的值:

S是圆柱体的横截面积。如果z梯度磁场在面积S上是均匀的，积分方程容易解，电场强度也容易

取决于磁场的时变(，截面半径R，公式为:

Reilly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。一个更好的近似可能是使用双曲形式，这似乎更适合于最近的实验数据[52，53］．因此，估计心脏刺激的平均阈值比最敏感人群的百分位数(1%)高出2个因子，心脏颤动的平均阈值比心脏刺激的平均高出2.5个因子。数字3.显示最敏感人群百分位的周围神经和心脏刺激平均阈值。如果磁场时间变化的斜坡持续时间小于1000μs，则神经和心脏阈值之间的界限较大，但如果斜坡持续时间超过几毫秒，则平均周围神经和心脏刺激阈值神经刺激阈值彼此接近[54］．

除了理论模型外，还在动物和人体内进行了一些研究，以获得梯度诱导的刺激阈值。Bourland等人[55- - - - - -57和Nyenhuis等[58]发现了梯度神经刺激犬的力量-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。研究发现，在0 T时的刺激阈值与1.5 T时的刺激阈值没有显著差异，并且，在对脉冲形状和脉冲序列长度进行校正后，似乎与Reilly模型大致一致[49激发所需的感应电场。

Bourland等人[55，57研究还发现了磁刺激呼吸和梯度心脏刺激的平均阈值。观察到呼吸刺激阈值约为周围神经刺激阈值的3倍，心脏刺激阈值约为周围神经刺激阈值的9倍，斜坡持续时间为530 μs。在这些研究中，他们还报告说，在530 μs的梯度磁场中，狗的平均心脏刺激阈值所需的能量是平均外周刺激阈值所需能量的80倍。回顾Reilly对最敏感人群的心脏刺激阈值百分比的估计[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，在最敏感人群的百分位中，心脏刺激所需的能量应该是周围神经刺激平均所需能量的20倍。最后，在这些研究中，无论是否在1.5 T静磁场下进行心脏刺激，以及是否在心脏被阻断或跳动的情况下进行心脏刺激，均未观察到显著差异。

除了对动物的研究，一些研究人员还对人类进行了梯度诱导刺激实验:其中，Budinger [59Cohen), (60], Schaefer [61，62], Bourland [63]和Ham [64］．Schaefer等人在2000年的一篇综述[47]收集了这些研究中获得的实验数据，并对报道的不同结果进行了比较。在图4我们展示了z梯度的实验数据点，以及Reilly的估计作为曲线拟合。赖利的模型适合100-1000 μs范围内的实验数据，这是目前临床MRI工作的典型情况。

同时，估计了假定周围神经刺激平均阈值dB/dt水平的心脏刺激概率[47］．如图所示5，对于梯度斜坡持续时间小于1000 μs的患者，在周围神经刺激阈值处心脏刺激的概率非常低(从10^-29年从100 μs到10^－101000μs)。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在美国，重要的是要保持刺激概率远低于1/10⁷．

根据这些发现，Schaefer等人[47]的建议，以保护患者的安全标准(由国际电工委员会制定)报告于表中1最近，一项研究发现，年龄、体重、身高、平均体重和脂肪百分比等大体解剖测量值与周围神经刺激之间没有显著相关性[65］．

在核磁共振检查期间，患者暴露在8.5到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，也就是说与这个辐射频率(波长)相关联的光子没有足够的能量去电离生物物质的原子，因此可能在细胞水平上造成损害。

由于这个原因，电离辐射可以导致分子或原子吸收器能量的离散增加，导致原子构型的不可逆改变，如电离或共价键断裂，非电离辐射(如射频电磁波)不能通过单光子量子化的分子相互作用在生命系统中引起不可逆的改变，而只能通过多光子吸收，即直接加热[15］．

在“远场区域”的电磁波和“近场区域”的电磁波之间可以有另一个区别。在第一种情况下，如果距离电磁辐射源（L）的距离大于电磁波的波长（λ），即L>>λ，电磁辐射可表示为由横向电场（e）和磁场（H）组成的传播波，其中e和H之间的比率等于介质中的“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，并且电场和磁场是可有效分离的，这意味着来自“近场区域”中特定源的场主要是电场（E>>H）或磁场[15，66，67］．

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

由射频电磁波引起的生物效应可分为两大类:

• 热的影响，是由于电场直接吸收能量而引起的组织发热，以及法拉第定律所产生的感应电流[66]。这些影响构成当代国际安全指南（也称为ICNIRP指南）的基础[67];

• 非热能的影响，这是由于一种尚不为人知的磁场-组织直接相互作用机制[66］．

在热效应方面，生物组织的温升是由射频能量直接吸收引起的。能量在体内的沉积和分布是高度不均匀的，并取决于入射电磁辐射的频率范围。根据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，躯干吸收随着频率的降低而迅速减少，颈部和腿部可能出现显著吸收;

2. 2.

   从20兆赫兹到300兆赫兹，整个身体都可以发生相对高的吸收，如果考虑到部分身体共振，吸收甚至更高的值;

3. 3.

   从300mhz到几GHz，发生显著的局部非均匀吸收;

4. 4.

   在10ghz以上，能量吸收主要发生在体表。

必须指出，磁共振成像技术中通常使用的电磁波属于第二吸收范围，在这一范围内，全身都发生高吸收。

用来描述射频能量吸收的剂量学术语是比吸收率(SAR)，它通常以W/kg来测量。然而,特别是对人体测量或估计SAR水平不是微不足道的,因为身体SAR在MRI检查是一个复杂的多变量的函数,包括频率、类型及其使用的射频脉冲重复时间,暴露解剖区域的配置,和其他因素69- - - - - -71］．

过去35年进行的许多研究表明，暴露于射频辐射可能产生各种生理影响，这是由于射频能量在组织中引起的加热，包括与视觉、听觉、内分泌、神经、心血管、免疫、生殖、及发育功能[68］．

其中一些研究已经在实验室动物上进行，以确定生物系统对暴露于射频辐射相关的组织加热的热调节反应。然而,这些实验直接不适用条件发生在磁共振成像过程中,由于射频吸收的模式,或辐射的耦合生物组织,取决于体型,解剖特点,暴露的持续时间,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并不能严格预测在MR检查中暴露于射频辐射下的人体受试者的体温调节或其他生理变化[69，72，73］．

除了在动物身上进行的实验外，还提出了几种模型来预测人体对磁共振过程中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局限性是难以考虑到众多影响人体体温调节反应的关键变量(年龄、皮下脂肪量、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MR过程中的实际热响应，有必要进行几个实验，在这些实验中，志愿者在MR检查之前、期间和之后都被连续监测。这些实验的主要结果是对一些对热负荷有显著反应的生理参数的个性化，如舌下或鼓膜温度(“深体”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、皮肤血流;所有这些都是重要的生理变量，它们会随着热负荷的变化而变化[68］．

1985年，Schaefer在磁共振过程中进行了第一次人体热反应实验[77］．在本研究中，监测了暴露于相对较高的全身平均SARs(约4.0 W/kg)的受试者的温度变化和其他生理参数。结果表明，没有过度的温度上升或其他有害的生理后果相关的暴露。

对暴露于全身平均SARs（约0.05 W/kg至4.0 W/kg）的志愿者进行了进一步研究[78- - - - - -84］．这些实验证明，体温变化始终小于0.6°C，尽管皮肤温度在统计上有显著升高，但没有严重的生理后果。此外，在血流动力学参数，如心率、血压和皮肤血流中没有相关的有害改变。最近进行了一项研究，目的是确定生物组织的头体模中由典型射频能量与8T MR系统相关引起的热是否导致过度的温度变化。发现的唯一值得注意的影响是超高场系统(> 4 T)中不均匀的射频分布[85］．

在一项研究中，志愿者接受了全身平均SAR为6.0 W/kg的MRI检查[86］．这是人类受试者在核磁共振过程中接触到的最高水平的SAR。该研究在凉爽(22°C)和温暖(33°C)环境中进行。在射频电磁能量暴露前、中、后监测鼓膜和皮肤温度、心率、血压、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均有统计学意义的增加。在温暖的环境中，鼓膜、手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，全身平均SAR值为6.0 W/kg的受试者在体温调节功能未受损的情况下，可以在生理上耐受MR [68，86］．

最后，有必要考虑那些散热能力降低，因而可能被高温伤害的器官，如生殖腺和眼睛。研究表明，如果阴囊或睾丸组织温度超过38°C，射频辐射诱导的加热可能对睾丸功能产生有害影响[76］．一项研究[88]测量了接受MRI检查的志愿者的阴囊皮肤温度，全身平均SAR值为1.1 W/kg。阴囊皮肤温度增幅最大为2.1℃，记录的最高阴囊皮肤温度为34.2℃，即低于已知损害睾丸功能的阈值[87］．在核磁共振检查中，当SARs峰值达3.1 W/kg时，经脑部核磁共振检查的患者的角膜温度已被测量[89］．角膜温升最高为1.8°C，测量的最高温度为34.4°C。另一项研究检查了怀疑有眼部病理的患者的角膜温度，将受试者暴露于从3.3到8.4 W/kg不等的SARs峰值[90］．本研究测量的角膜最高温度为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MR程序似乎没有造成眼组织热损伤的潜力[68］．最后，我们应该注意到目前文献中缺乏关于损害散热的病人的研究。

射频辐射也可能在生物系统中引起非热的、特定于场的变化，这种变化是在温度不升高的情况下产生的。然而，人们对射频电磁波的非热效应还没有很好地了解，最重要的是，还没有将其与MR系统的使用联系起来进行研究[68］．有兴趣深入讨论这个话题的人可以参考Beers的广泛综述[91]。在这里，我们将仅报告由于该主题日益重要而引起的一些定性考虑[92］．毫无疑问，电磁场对人类生理机能的有序控制和维持起着至关重要的作用。因此，一个生命系统是一个具有极大灵敏度的电磁仪器;因为在人类暴露于人造电磁波的相对较短的时间内，没有证据表明进化免疫这种辐射可能产生的任何不利影响。热效应来自于外部场和人体组织之间的能量传递，而非热效应可能来自于从场到生命系统的“信息传递”。(从电磁场向生命系统传递信息的一个很好的例子是，闪烁的光以一定的频率触发光敏性癫痫患者的癫痫发作;这种效果不是由于光的亮度，而是由于闪光的频率。)这种类型的相互作用可能是强烈的非线性和依赖于外部电磁场的频率。尽管如此，国际反辐射公约安全指引[67]允许人类暴露在比适用于目前市场上所有电子消费品的辐射极限强十倍以上的电场中。

也许核磁共振检查最安全的部分是静态磁场。通过对现有文献的检查，在我们的知识范围内，暴露于静态磁场的唯一健康危害与铁磁材料或患者心脏起搏器的存在有关。自1980年初以来进行的超过1亿次核磁共振检查中，几乎没有任何证据表明静态磁场对患者产生有害影响。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。高旋转率可引起周围神经和/或心脏刺激患者。然而，外周神经刺激虽然对受术者无害，但会感到疼痛，其阈值低于潜在危险的心脏刺激所需的水平。目前的MR系统通常在神经刺激水平以下运行，因此，在目前的技术状态下，心脏刺激是非常不可能的。

射频功率沉积是MRI检查中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，但暴露时间足够短，不会产生超过1°C的核心体温升高。然而，就安全性而言，临床MR系统最好配备一个传感模型，当SAR水平接近国际安全指南规定的限值时，该模型可以关闭射频源的电源。

从这些考虑，我们希望磁共振成像系统的安全知识不仅可以帮助指导这些仪器的未来设计，而且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。

从属关系

1. 生物医学工程学院，“Campus Bio-Medico”，Via Longoni 83,00155，意大利罗马

   Domenico Formica & Sergio Silvestri

相应的作者

给Sergio Silvestri的信。

作者的贡献

DF收集、整理并回顾文献。SS构思了这项研究并回顾了文献。

所有作者阅读并批准了最终的手稿。

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