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中科院研制出肺病早期检测的磁共振成像系统

中科院研制出肺病早期检测的磁共振成像系统

  9月7日,23岁的哮喘病人小邹经历了一次特殊的磁共振检查。

  在中科院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子国家重点实验室的核磁共振扫描室,技术人员给他穿上了一件特殊的“马甲”,又递给他一袋气体。小邹按照训练的方法将气体吸进去,然后屏气6秒钟。

  在这神奇的几秒之间,我国第一幅肺部疾病磁共振影像诞生了。

  诺奖得主的遗憾

  目前,临床上用于肺部疾病检测的影像学技术包括胸透、计算机断层扫描(CT)、正电子发射计算机断层扫描(PET)等。X射线的胸透和CT是临床上最常用的肺部成像方法,但胸透只能获得胸腔投影图像,成像质量不高;PET空间分辨率远低于CT;高分辨CT成像可得到清晰的肺部结构图像,但不能提供相应的肺部功能信息。

  更要命的是,这些方法都具有放射性,而肺是对辐射非常敏感的器官,这些放射性的影像方法可能对受试者造成一定的放射性损伤。

  2003腾讯分分彩年,美国和英国的两位科学家因发现核磁共振成像技术而获得诺贝尔奖。磁共振成像(MRI)作为一种无放射、无侵入的影像学技术,不仅能对人体大部分组织和器官的结构进行成像,也能对其功能进行成像,在人类健康和公共卫生事业中发挥了巨大作用。

  唯有肺部是个例外。传统的MRI都是基于人体中水质子(1H)的信号,但肺里绝大多数都是气体,因此在图像上表现为黑色区域,是传统人体MRI中唯一的“盲区”。“现在还没有一种能无侵入、无辐射地对肺部气体交换功能进行可视化成像的设备,这极大地阻碍了对早期肺部重大疾病的深入研究。”中科院武汉物数所研究员周欣很想发明一种方法,“点亮”肺部。

  氙气“大阅兵”

  磁共振检查前,小邹吸进去的那袋神秘气体,是超极化后的氙气(129Xe)。

  “之前我只知道氙气是一种惰性气体,没有太多了解,所以吸入之前还是有点担心。”小邹告诉《中国科学报》记者,“不过吸了后觉得,跟我们普通呼吸没有什么区别。”

  在基金委国家重大科研仪器设备研制专项“用于肺部重大疾病研究的磁共振成像系统研制”的资助下,在基金委医学部和中科院的大力支持下,科研人员使用级联激光光泵的核心技术,成功研制出气体产率高、控制自动化、可移动式的氙气体极化装置,能将氙气原子核自旋的极化度增强倍数提高到44000倍以上。

  这台完全自主研发的气体极化装置是周欣团队的“秘密武器”,也是研究所积累30年的成果,拥有20多项发明专利。

  “一般状态下,气体原子是杂乱排列的,只有极少数原子对磁共振信号有贡献。”周欣说,“超极化的过程相当于把‘散漫’的氙气集合起来进行‘大阅兵’。大家排列整齐后朝着同一个方向,能大大提高信号灵敏度,将磁共振信号放大。”

  超极化之后,惰性的氙气变成神奇的“仙气”,从而帮助科学家突破传统磁共振不能对肺部成像的限制,成功“点亮”腾讯分分彩肺部。更重要的是,这种气体安全无毒,具有良好的脂溶性和化学位移敏感性,在肺部气血交换功能探测上具有独特优势,因此在肺部疾病早期检测方面有很大潜力。

  一个医生的愿望

  肺病猛于虎。这一点,没有人比天天守在屏幕前看片子的武汉大学中南医院医学影像中心教授、主任医师吴光耀更加清楚。

  近年来,由于吸烟、空气污染、人口老龄化等多种因素,慢性阻塞性肺疾病、哮喘、尘肺等肺部疾病的发病率逐年上升。以肺癌为例,与30年前相比,我国肺癌死亡率上升了468%。随着空气质量下降,目前在城市里,每4个死亡的癌症患者中,大约就有1个死于肺癌。

  “如果能在早期发现肺癌,病人存活的希望会大大提高。”目前,吴光耀团队已开始与周欣团队合作开展临床前研究。他发现,这种无侵入、无放射性的技术能将肺部通气缺陷尽收眼底,从而为早期肺部疾病提供了全新的影像学技术。

  而且,这项技术还能查找一些用其他方法发现不了的微小病灶。在小邹的肺腾讯分分彩部磁共振图像上,右肺的一个小黑洞就没有被CT检查出来。

  “利用这种定量、精准、安全的可视化方法,医生可在肺部发生结构性病变之前就发现功能上的改变,从而开展肺部重大疾病的早期检测。未来,我们还可以对肺病患者的治疗效果、预后情况进行评判,并且能开展药物研究,用途非常广泛。”吴光耀说。

  “受限于超极化仪器的高技术门槛和检测费用,目前超极化气体肺部MRI虽尚未应用于临床,但国内外医学界都已意识到这项技术的潜力,并正在开展相关研究,以期进一步提高图像分辨率,提高气体交换动力学研究技术。”周欣盼望着,这项技术能尽早应用于临床,解决老百姓的实际问题。

  (原载于《中国科学报》 2015-09-08 第1版 要闻)