科學(xué)家研發(fā)肺部氣體磁共振快速成像新技術(shù)

中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所波譜與原子分子物理國家重點實驗室周欣研究團隊基于自主研發(fā)的科學(xué)儀器，提出人體肺部的快速成像新技術(shù)，實現(xiàn)目前世界上最快的肺部氣體磁共振成像（MRI）高分辨動態(tài)采樣速率，為肺部重大疾病的早期診斷提供新利器。

肺部重大疾病(如肺癌、慢性阻塞性肺疾病)嚴重威脅人類健康。MRI是一種重要的臨床醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)，與胸透、CT和PET等方法相比具有無放射性的優(yōu)點。然而，肺部大部分是空腔組織的特性，導(dǎo)致肺部成為常規(guī)MRI的盲區(qū)。

周欣介紹，不同肺疾病的生理學(xué)和病理生理學(xué)特征會導(dǎo)致不同的通氣模式，通過觀測肺的通氣模式能有效解釋肺通氣缺陷的病因。但是，目前已有技術(shù)難以精準刻畫肺部通氣的動態(tài)過程。因此，亟需發(fā)展對肺部通氣的動態(tài)可視化的新技術(shù)。

周欣團隊基于武漢物數(shù)所獨立自主研發(fā)的超極化氙-129人體肺部MRI儀器，實現(xiàn)了對肺部氣體交換的可視化觀測，“點亮”了肺部。研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，當超極化氙-129氣體連續(xù)不斷地進入人體肺部時，將產(chǎn)生對圖像質(zhì)量具有較大影響的氣體流入效應(yīng)。

周欣解釋說，該效應(yīng)在采樣過程中對超極化氣體信號產(chǎn)生干擾，類似于高通濾波，而在圖像重建過程中則引入額外的噪聲和偽影，從而降低圖像的信噪比。這是肺部通氣動態(tài)過程難以精準刻畫的一個重要因素。

為了發(fā)展快速高分辨人體肺部氣體MRI技術(shù)，研究人員設(shè)計了一種基于變角激發(fā)(VFA)的欠采樣策略，同時結(jié)合低秩、稀疏等動態(tài)圖像特性，大幅提高信號采集速度和質(zhì)量。

周欣表示，與現(xiàn)有的世界上超極化氙-129肺部動態(tài)成像方法相比，該技術(shù)達到人體肺部氣體MRI的時間分辨率445毫秒/層，空間分辨率3毫米，為肺部重大疾病的早期診斷提供了自由呼吸狀態(tài)下的快速、動態(tài)肺部功能成像。