我國自主研發的超極化氣體肺部磁共振成像儀獲得首幅影像

人口健康直接影響到一個國家的經濟發展和社會進步。近年來，由于吸煙、空氣污染、人口老齡化等多種因素，我國肺部疾病的發病率逐年上升。研發出更有效的儀器進行肺部疾病的早期診斷成為當前國際醫學界研究的熱點和難點。

2010年，中國科學院武漢物理與數學研究所波譜與原子分子物理國家重點實驗室周欣研究員領銜的團隊開始開展超極化氣體肺部MRI成像技術研究，欲對人體肺部氣體交換功能實現可視化，從而能夠盡早發現肺癌。日前，該團隊取得了重大突破。9月4日，基于這項技術，他們研發的肺部磁共振成像儀已經獲得了我國首幅超極化氙—129（129Xe）人體磁共振影像。9月6日，團隊又開始了這項技術的臨床前研究，通過與武漢大學中南醫院吳光耀教授團隊合作，獲得了我國首例肺部病人（哮喘）的氣體磁共振影像。

已有技術存在不足，阻礙肺癌等疾病的及早發現

目前，臨床上用于肺部疾病檢測的影像學技術包括胸透、計算機斷層掃描（CT）和正電子發射計算機斷層掃描（PET）以及傳統磁共振成像（MRI）等。

X射線的胸透和CT是臨床上最常用的肺部成像方法。胸透的方法只能獲得胸腔的投影圖像，成像質量不高。利用高分辨CT成像可以得到清晰的肺部結構圖像，但不能提供相應的肺部功能信息。單光子發射計算機斷層影像和正電子發射計算機斷層掃描可以得到肺部部分功能和結構的空間信息。但是這兩種影像方式的空間分辨率都比CT低很多。

雖然這些方法都能夠得到肺部的空間結構和一定的功能信息，但是這些方法都具有放射性，同時肺是對輻射非常敏感的器官，這些放射性的影像方法可能會對受試者造成一定的放射性損傷，另一方面，這些成像技術都不能全面提供衡量肺部健康狀態的重要指標——肺部氣—氣交換和氣—血交換功能指標。“這極大地阻礙了對肺部重大疾病早期的深入研究，等發現肺部結構病變時，通常都已經到了癌癥中晚期。”吳光耀說。

相比以上肺部疾病檢測影像學技術，磁共振成像（MRI）是一種無放射、無侵入的影像學技術，它不僅能對人體大部分組織和器官的結構進行成像，也能對其功能進行成像，但肺部空腔卻一直是它的“盲區”。

傳統的磁共振成像都是基于人體中水質子（1H）的信號，但對于具有許多氣體和空腔組織的肺部，其水質子濃度比正常組織低約1000倍，圖像上表現為黑色空腔區域。為了把這個黑色空腔區域“點亮”，必須獲得信號增強大于數萬倍的氣體信號。

“看清”肺部氣體交換功能，為多種疾病的診斷帶來可能

為了能將肺部空腔“點亮”，2010年，周欣團隊開始開展超極化氣體肺部MRI成像技術研究，并最終選擇氙—129作為成像所需的氣體。據了解，超極化氙—129良好的脂溶性和化學位移敏感性，使其在肺部氣血交換功能探測上具有獨特的優勢，不僅能反映肺部的形態學信息，也可以提供肺部的生理功能信息，能夠只使用一種手段就得到擴散、彌散、灌注等多方面信息。

“我們這項研究不僅獲得肺部的結構信息，還將對肺部氣體交換功能進行可視化研究，從而展開人體肺部重大疾病的診斷前研究。”周欣說，“主要原理是：先利用激光技術增強電子自旋信號，然后將電子信號轉移增強惰性氣體的磁共振信號，進而對肺部氣體進行成像。”

在核磁共振掃描間外，通過視頻監控器，吳光耀介紹了完成一次超極化氙—129肺部磁共振成像的整個過程。

吳光耀說，在做檢測之前患者需要填一份知情同意書，然后再測試身體生理指標。“這些測試包括血壓、脈搏和肺功能等，目的是為了監測患者在前后生理指標有什么變化。”

由于檢測時患者要吸入氙氣，為了讓他們能提早適應，所以在檢測前有兩次吸氣練習。一次練習在進入掃描間之前進行，另外一次則在正式檢測前，練習用的氣體是氮氣。

進入掃描間前，患者必須先穿上一個像小馬甲一樣的線圈，然后平躺在檢測床上。接下來患者將提前制備好的一袋氙—129慢慢吸入，屏住呼吸6秒鐘，整個檢測就完成了。過程很快，患者不會有任何不適感。