超靈敏MRI技術(shù)：幫助肺癌患者早期診斷

人口健康直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。據(jù)我國(guó)2013年發(fā)布的腫瘤發(fā)病率統(tǒng)計(jì)年報(bào)表明，肺癌是我國(guó)目前首位惡性腫瘤，是癌癥死亡的頭號(hào)殺手，目前城市中每4名死亡的癌癥患者中，約有1名是肺癌。如何開(kāi)發(fā)儀器進(jìn)行肺部疾病的早期診斷成為當(dāng)前國(guó)際醫(yī)學(xué)界和科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。

近期，中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所周欣研究員領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展的超級(jí)化氣體肺部MRI成像技術(shù)研究，有望對(duì)人體肺部氣體交換功能實(shí)現(xiàn)可視化，從而能夠盡早發(fā)現(xiàn)肺癌。

“癌癥的發(fā)生和發(fā)展通常是先發(fā)生功能病變，然后演化成結(jié)構(gòu)病變，即功能性變化是發(fā)生在結(jié)構(gòu)變化之前，這也是為什么當(dāng)發(fā)現(xiàn)肺部結(jié)構(gòu)病變時(shí)，通常都已經(jīng)到了癌癥中晚期的原因。然而，目前還沒(méi)有一種能對(duì)肺部氣體交換功能可視化的成像設(shè)備，這極大地阻礙了對(duì)肺部重大疾病早期的深入研究。”周欣說(shuō)。

周欣進(jìn)一步解釋說(shuō)，目前的胸透、CT和PET儀器均可用于肺部成像，但由于它們所放射出的射線(xiàn)都屬于高能射線(xiàn)，會(huì)殺死人體內(nèi)的白細(xì)胞，對(duì)人體造成一定傷害，所以不宜短時(shí)間內(nèi)多做。另一方面，肺部氣—?dú)饨粨Q和氣—血交換的功能信息是衡量肺部健康狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，而CT和PET等成像技術(shù)都不能提供這兩大功能信息。

“我們這項(xiàng)研究不僅獲得肺部的結(jié)構(gòu)信息，還將對(duì)肺部氣體交換功能進(jìn)行可視化研究，從而展開(kāi)人體肺部重大疾病的診斷前研究。”周欣說(shuō)，“其主要原理是：先利用激光技術(shù)增強(qiáng)電子自旋信號(hào)，然后將電子信號(hào)轉(zhuǎn)移增強(qiáng)惰性氣體的磁共振信號(hào)，進(jìn)而對(duì)肺部氣體進(jìn)行成像。”

在實(shí)驗(yàn)室里，周欣向記者展示了他和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出來(lái)的針對(duì)于肺部重大疾病診療的高端醫(yī)療設(shè)備肺部磁共振成像儀。這種超低濃度物質(zhì)檢測(cè)的分子探針和分子影像技術(shù)，能夠用于癌癥和腫瘤分子的早期檢測(cè)。“傳統(tǒng)的磁共振技術(shù)通常只能檢測(cè)液體、固體樣品或組織，而不能檢測(cè)氣態(tài)的磁共振信號(hào)，因?yàn)闅怏w的密度通常比液體或固體低1000倍左右。”

周欣研究的超極化129Xe和3He技術(shù)及裝置，能夠克服這個(gè)磁共振的核心挑戰(zhàn)，且無(wú)放射性，并對(duì)肺部氣體的交換進(jìn)行可視化觀測(cè)，點(diǎn)亮肺部影像。

他解釋?zhuān)壳暗乃信R床影像學(xué)方法（胸透、CT等）僅僅能獲得肺部的結(jié)構(gòu)信息，但具有高靈敏磁共振信號(hào)的超極化Xe，卻能使肺部MRI清晰可見(jiàn)，不僅能作為氣體示蹤劑被人自然呼入，并且安全地溶于血液和組織，因此超極化XeMRI也成為目前唯一能對(duì)肺部功能進(jìn)行成像的影像技術(shù)。

目前，世界上掌握著超極化儀器關(guān)鍵技術(shù)的人屈指可數(shù)。“這是一項(xiàng)自主研發(fā)、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，屬于世界領(lǐng)先，它的成功建立在幾代科學(xué)家在核磁共振技術(shù)上的30年基礎(chǔ)工作上。”周欣說(shuō)，目前該設(shè)備已實(shí)現(xiàn)XeNMR信號(hào)增強(qiáng)10000倍，并成功獲得國(guó)內(nèi)首幅小動(dòng)物活體肺部MRI影像。“預(yù)計(jì)再過(guò)一年左右，就能獲得對(duì)人體肺部的MRI影像，預(yù)計(jì)4年以后可以開(kāi)展臨床研究。”