我国自主研发的超极化气体肺部磁共振成像仪获得首幅影像

人口健康直接影响一个国家的经济发展和社会进步。近年来，由于吸烟、空气污染、人口老龄化等因素，我国肺部疾病的发病率逐年上升。开发更有效的肺部疾病早期诊断仪器已成为国际医学研究的热点和难点。

2010年，中国科学院武汉物理与数学研究所光谱学与原子分子物理学国家重点实验室研究员周信带领团队开始开展超极化气体肺磁共振成像技术研究，以可视化人体肺部气体交换功能，从而尽快发现肺癌。最近，该团队取得了重大突破。9月4日，基于这一技术，他们研制的肺磁共振成像仪获得了中国首个超极化氙-129 (129 xe)人体磁共振图像。9月6日，该团队再次开始这项技术的临床前研究。通过与武汉大学中南医院吴光耀教授团队的合作，该团队获得了中国第一个肺部患者(哮喘)的气体磁共振图像。

现有技术的不足阻碍了肺癌和其他疾病的早期检测。

目前，用于临床肺部疾病检测的成像技术包括胸部射线照相术、计算机断层扫描术、正电子发射计算机断层扫描术和传统的磁共振成像术。

胸部X线和CT是临床上最常用的肺部成像方法。胸部摄影方法只能获得胸腔的投影图像，成像质量不高。高分辨率CT成像可以获得清晰的肺部结构图像，但不能提供相应的肺功能信息。单光子发射计算机断层扫描和正电子发射计算机断层扫描可以获得肺功能和结构的空间信息。然而，这两种成像方法的空间分辨率远低于CT。

虽然这些方法可以获得肺的空间结构和某些功能信息，但是它们都是放射性的，并且肺是对辐射非常敏感的器官。这些放射性成像方法可能对受试者造成一定的放射性损伤。另一方面，这些成像技术不能全面地提供重要的指标来测量肺-肺气体-气体交换和气体-血液交换功能指标的健康状况。“这极大地阻碍了对早期主要肺部疾病的深入研究。当发现肺部结构性疾病时，通常会发展到癌症的中期或晚期。”吴光耀说。

与上述用于肺部疾病检测的成像技术相比，磁共振成像(MRI)是一种非辐射、非侵入性的成像技术，它不仅可以对人体大多数组织和器官的结构进行成像，还可以对其功能进行成像，但肺腔一直是其“盲区”。

传统的磁共振成像是基于人体内的水质子(1H)信号，但对于有许多气体和空洞组织的肺，水质子浓度比正常组织低1000倍左右，图像显示为黑色空洞区域。为了“点亮”这个黑腔区域，必须获得信号增强大于数万倍的气体信号。

“看见”肺气体交换的功能使得诊断各种疾病成为可能。

为了“点亮”肺腔，周信的团队在2010年开始研究超极化气体肺磁共振成像技术，最终选择氙-129作为成像所需的气体。据了解，超极化氙-129具有良好的脂溶性和化学位移敏感性，这使得其在检测肺气和血液交换功能方面具有独特性。它不仅能反映肺的形态信息，还能提供肺的生理功能信息。它只能通过一种方式获得扩散、扩散、灌注等信息。

“我们的研究不仅获得了肺部的结构信息，还对肺部的气体交换功能进行了可视化研究，从而对肺部的重大疾病进行了预诊断研究。”周信说，“主要原理是利用激光技术增强电子自旋信号，然后转移电子信号增强惰性气体的磁共振信号，然后对肺部气体成像。”

在核磁共振室外，通过视频监视器，吴光耀介绍了完成超极化氙-129肺部核磁共振成像的整个过程。

吴光耀说，患者在接受测试前需要填写知情同意书，然后测试身体指标。“这些测试包括血压、脉搏和肺功能等。目的是监测病人前后的生理指标变化。”

由于患者需要在测试过程中吸入氙气，为了让他们尽早适应，测试前有两次吸入练习。一次是在进入扫描室之前进行的，另一次是在正式测试之前用氮气进行的。

在进入扫描室之前，病人必须先穿上像小背心一样的线圈，然后平躺在测试床上。接下来，病人慢慢吸入一袋事先准备好的氙-129，屏住呼吸6秒钟，整个测试就完成了。这个过程很快，病人不会感到任何不适。

超极化氙-129肺磁共振成像技术突破了传统磁共振成像不能对肺腔成像的局限，成功地“照亮”了肺，从而使诊断和分期各种疾病成为可能。(原标题:中国科学家“点亮”肺(发现))