传统头颅的三维图像可通过CT、锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）设备获得。而MRI作为一种非侵入性检查软组织疾病的基本诊断手段，可比肩于CBCT的空间分辨率，并提供横断层面和牙科全景层面的可视化图像。
目前，MRI在口腔中被应用于诊断颞下颌关节疾病、评估肿瘤范围和颌骨骨髓炎程度，并且由于其不存在电离辐射，儿童可接受重复MRI检查。近年来，MRI也被应用于牙体牙髓的诊断、治疗和评估愈后。本文旨在展示MRI在牙体牙髓专业的潜在应用，以及总结当前临床使用的优势和局限性。
1.MRI工作原理
MRI遵循核磁共振光谱学的原理，氢原子核具有顺磁性，高强度的主磁场下使氢核自旋方向正（反）平行于磁场方向排列，对应氢核的低（高）能态；正平行于主磁场的氢核数量稍多于反平行，形成净的纵向磁化矢量。在外界特定射频脉冲刺激下，部分氢核自旋方向发生偏转，形成净的横向磁化向量。射频脉冲消失后，自旋氢核逐渐恢复到初始状态，产生可被传感器检测到的电磁波信号；由于氢核的磁化向量在纵向（自旋-晶格）弛豫和横向（自旋-自旋）弛豫过程，所获得的信号随时间呈指数级增加和衰减，分别量化为参数T1和T2。此外，信号由特定响应频率来标定，反映受检组织的理化信息。
在主磁场上叠加周期受控的梯度磁场，可获得与CT类似的三维图像，并且通过操纵激发氢核自旋的射频脉冲的波长和波形以及梯度磁场的方向和强度，可以在不同的方向上选择特定关注的平面或体积。此外，MRI的3D扫描由多个选定厚度的二维图像组成，通过傅立叶转换算法，计算机将核磁共振信号转化为MRI的图像，实际上MRI图像就是氢核在空间中的分布图。口腔硬组织和软组织可通过MRI进行高分辨率成像，其精度可与CBCT相媲美，成为临床牙科一种潜在的诊断工具。
2.基本参数
2.1 信噪比和图像分辨率
信噪比和分辨率是牙科MRI的2个基本参数，信噪比是受测区域的信号强度与背景信号的标准差的比值，分辨率则是图像体素大小的量化。具体而言，平面图像分辨率构成体素的基本要素，相邻2张平面图像的切片厚度确定了体素的高度，其中平面图像分辨率取决于成像梯度磁场强度。在MRI中，一方面可通过增加体素体积，采用体表线圈减少频宽，缩短自旋回波序列回波时间（echo time，TE），增加信号传感器数量，来提升信噪比。
另一方面，可以通过制造出更高的主磁场强度（超过7 T）、磁场梯度（超过300 mT·m-1）的MRI设备，减少视野（field of view，FOV），提高信号平均数增加图像分辨率。因此，新式牙科MRI运用的参数策略是信噪比和分辨率两者间取得的最优平衡。
2.2 射频与图像梯度线圈
目前临床MRI设备提供的成像梯度磁场强度有限，传统头颈部线圈FOV较大，不能达到牙科实际临床应用所需的分辨率，且口外放置的线圈可导致图像包含更多不重要的组织信号，如颊部脂肪。Prager等特制的牙科线圈能满足牙科MRI的要求，与标准头颈部线圈相比，其信号噪声增益约为300%。虽然口内射频线圈可以增加信噪比和分辨率，但口腔中系带和弧形牙弓等解剖结构使得线圈难以放置，且最远处牙齿和根尖部分的图像较为模糊。
Idiyatullin等研制出一种类似于印模托盘的环形线圈，放置于上下颌牙弓之间，患者佩戴较为舒适。在未来，高舒适度和灵敏度的专用线圈的运用，有助于高脉冲刺激和接收频宽图像序列的实现。
3.在牙体牙髓专业中的临床应用
MRI无电离辐射，无创、无损，使得组织能够保留完整性。然而低氢核密度的牙体硬组织结合水少（釉质≤4% H2O、牙本质≈10% H2O、牙骨质≈12% H2O），弛豫时间短（T2：釉质约70 μs，牙本质约150 μs），临床常用的MRI序列难以捕获到牙体硬组织信号。
近年来，部分学者采用基于超短回波捕获时间技术来显示牙齿的矿化组织，例如：杂散场成像（stray-field image，STRAFI）、单点成像（single point image，SPI）、傅里叶变换扫描成像（sweep image with fourier transformation，SWIFT）、零回波时间成像（zero time imaging，ZTE），超短回波时间（ultrashort echo time，UTE）成像和自由感应稳态处理。其中STRAFI与SPI技术扫描牙体硬组织时间达5~6 h，目前应用较少。
相比于传统的MRI序列，在体内研究中，UTE技术MRI能够清晰呈现软组织和硬组织复合物。而在体外实验中，UTE技术MRI提供的图像对比度能清楚区分不同的牙体组织成份，如釉质、牙本质、牙骨质和牙髓，且分辨率可达75 μm。但是以上技术还不能在磁共振扫描时间内取得较为满意的临床诊断图像。
3.1 MRI在牙体龋病中的诊断
牙体龋损的MRI显示机制有：龋损使得矿化组织孔隙扩大，容纳了更多的T2自旋氢核；细菌炎症引起的局部酸聚集导致了组织脱矿；矿化结构的崩塌让唾液渗入组织，增加了局部氢核的密度。唾液中水分子高信号与矿化组织的低信号形成强烈的对比，使得牙冠、龋损、髓腔和根管的轮廓更易于辨认。龋损所反映的强烈MRI信号，使其易于与其他牙组织区分，当进行牙齿的三维重建时，腐烂组织的延展很容易被识别出来，而当龋损延伸到牙髓腔时，牙髓腔和龋组织可表现为单一结构。
此外，还可以分辨出超高MRI信号的脱矿组织与零信号的健康组织之间的脱矿进展的过渡带。在运用MRI来诊断龋损实践中，3D UTE MRI序列可用于辨识人体的早期脱矿化和龋损，而且表现出与常见的口内咬合X线技术相媲美甚至更优越的灵敏度，并且可以准确评估病变延伸范围以及其与根管的距离。尽管高敏感度特性为此项技术的优势，但长达45 min的捕获时间和较高的费用仍制约了其在临床上的推广运用。
3.2 MRI在根管解剖学中的运用
三维体积观测和显微MRI的发展为牙髓治疗研究提供了工具，并且能够获得牙齿和根管系统的临床三维图像。MRI显微学以非破坏的方式获得牙体信息，分辨率为100~300 μm，MRI能够更好地了解炎症期间牙齿内部的情况和继发牙本质修复过程中根管狭窄、阻塞等情况。通过MRI重建成像，能够展示根管数目、解剖形态和髓腔的轮廓。Nasel等使用1.0 T MRI扫描发现，T2加权图像中活髓的牙髓腔反映出了高信号，因而可呈现出清晰的结构。此外，MRI可用于评估牙体和病损的关系，辨识牙周间隙中的水肿和神经血管束。
不同于CT图像，牙科MRI可以展现出病损的化学、血管、水肿特性，以及呈现较为准确的软组织变化，例如炎症的进展情况。在MRI图像中，釉质和牙本质显示为黑色；相反，髓腔因包含血管、神经和结缔组织，显示为白色或灰色。周围的组织也可见，例如骨密质可被视为来自外部软组织的中等信号勾勒出来的黑色区域。死髓牙的根管MRI信号不同于活髓牙，前者因根管内包含无灌注的坏死组织或者根管充填材料，使得信号衰减或无；牙根中的活神经则呈现出明亮的MRI信号，这让根管易于辨别；衰老或牙胶充填的根管，因为牙髓脱水，所以根管和根尖孔难以分辨。
监测根管内、外形态对于根管治疗的顺利进行具有重要意义，许多研究试图采用MRI来重建根管治疗后离体牙的内部和外部形态。Drăgan等使用7.04 T场强和真实稳态自由进动扫描技术（true fast imaging with steady precession，True-FISP）得到了根管治疗后的人第三磨牙图像，在三维重建中，近远中根以及相应根管的外部形态、根管弯曲、根分叉区、充填完成的根尖细节等都清晰可见。
最新发展的MRI技术使得在几分钟内完成多孔固体成像成为可能。体外UTE MRI和ZTE MRI的分辨率和内容信息优于常规CBCT成像。在数量级为150 μm的分辨率上，精细结构如侧支根管很容易被检测出来，髓腔图像分割成为可能。人体内ZTE MRI仍然不可用，实际上，使用常规的MRI设备和序列在几分钟内完成扫描，仅能提供分辨率为600 μm的图像。
Assaf等主导的一项体内研究采用了3T MRI设备和4种不同的成像序列，结果表明，即使在没有造影剂下，髓腔、牙周间隙和根尖周病变仍然可见，但釉牙本质界和牙骨质牙本质界难以辨别。在专用线圈的辅助下，人体内下颌神经管、营养管、牙周膜韧带的成像效果得以提升。
Sedlacik等使用优化后的MRI接收线圈阵列和定位系统，评估髓腔、根尖孔与其周围结构的病理状态，为口腔颌面部结构病变的检测和诊断提供了有价值的工具。Idiyatullin等关于SWIFT的体内外实验显示，其已经能够得到较为理想的牙体解剖结构（包括釉质、牙本质和根管）的成像效果。MRI的固有特性可用以鉴别死髓牙和活髓牙：在使用造影剂下，活髓牙会更加明亮，而老年人的牙齿会因为牙髓的轻微灌注而产生较低的信号强度；死髓或根管治疗后的牙齿将不显示任何亮度。此外，血运重建而引起的再灌注可以显示为牙髓腔的对比增强，因此牙科MRI可以为牙再植术和儿童牙外伤的预后提供有用的信息。
3.3 MRI在微裂纹中的应用
与传统MRI不同，在SWIFT MRI中，即使超出了扫描的体素分辨率，高对比噪声比（contrastto noise ratio，CNR）亦有助于检测牙齿裂纹。在体外MRI实验中，与CBCT、Micro-CT、梯度回波序列（gradient recalled echo，GRE）等图像模式相比，SWIFT可以有效检测到极限为20 μm的牙齿微裂纹，小于图像体素的10倍（200 μm）。Idiyatullin等的研究已发现，可以使用MRI在人体可接受的扫描时间内（约10 min），完成对牙齿微裂纹的检查。相信随着技术的进步和发展，人体内的SWIFT MRI检查有可能成为一种非侵入性的方法来检测人牙齿的裂纹，并帮助临床医生提高牙折裂的诊断率。
3.4 MRI在根尖周病变中的应用
当根尖周病变达到30%~50%以上的骨矿物丧失时，在影像学中才可见。因为根尖周病变可以在无可让性的健康牙本质与病损区域的相互作用下，使其水分子含量增加，所以对水分子敏感的MRI T2序列可以在根尖周病变的早期阶段和骨丧失中被检查发现。
根尖周异常区域呈灰色或白色，可与骨髓区别。当根尖周病变波及骨密质时，后者可以直观地显示为黑色薄线且在颊舌侧的限制性病变。有时病变侧边可见一个黑色区域，代表骨硬化。MRI可以分辨出病损内容物质的成份，如血液，高蛋白、高含量的细胞等。此外，MRI可区分单纯液体的腔和有囊壁的囊肿；而增强MRI可用于鉴定液体和纤维组织，有助于区分囊肿的核心与囊壁；并且还可用于鉴别根尖囊肿是源于慢性根尖肉芽肿还是其他实体牙源性病变。MRI可以使用软件进行三维重建，从而测量病灶随时间变化的体积演化。
4.攻克难点
4.1 安全性
虽然采用更强的静态磁场、梯度磁场和射频场的高磁场MRI系统正逐渐在全球临床上推广应用，但作为一种新的、还未在牙齿上使用的检测方法，尽管没有所谓的“辐射”，但强烈的磁场是否会对人造成影响仍没有定论。因此有学者认为，除非有更多的科学证据支持高磁场或超高磁场MRI系统的安全性，其不应被认为是一个“完全安全的程序”。
4.2 伪影
人体内存在的外来物质可能产生伪影，影响MRI成像，例如心脏起搏器、牙科材料、赝复体等。牙科材料主要分为：1）无明显伪影，能够兼容MRI，包括：AH Plus糊剂、玻璃离子水门汀、热牙胶、二氧化锆、3M复合树脂充填材料、铸造陶瓷等；2）会产生轻微MRI伪影，低兼容性MRI牙科材料，在组织灌注区域外存在，无特殊影响，包括：汞合金、金合金、金瓷冠、钛合金、NiTi正畸丝等；3）会产生明显伪影的不兼容牙科材料，随着主磁体场强增加，伪影面积增大，包括：不锈钢正畸矫治器、钴铬合金属、烤瓷镍铬合金、烤瓷钴铬合金类等。
5.展望
虽然X线检查仍然是牙髓治疗的首选方法，但MRI鉴于无电离辐射的优点，有望在将来作为辅助诊断设备被应用。MRI不仅可以显示牙齿和根尖周软组织，而且可以区分它们（例如血管和神经）并评估其灌注和活力，这对于牙髓再生技术、保守治疗和牙齿创伤处置疗效的评价非常有用。但是想要得到清晰的釉质、牙本质、牙髓等结构的MRI图像，仍有很长的路要走，牙科线圈的开发、价格、伪影的控制等等都还需要努力。
6.结论
综上所述，牙科MRI能够获得釉质、牙本质、牙髓和牙周组织等牙齿结构的清晰图像；能分辨龋损，微裂纹结构；还可以用于评估牙髓的衰退、活力和血管形成；根管治疗后软组织残留量；根尖周病损的早期发现和精确随访；鉴别根尖周炎与囊性病变。因此，MRI未来可能成为牙体牙髓病学研究和临床治疗中安全有效的一种辅助检查方法。
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