语音播报
无需注射什么药剂,也不用任何器械介入,只要吸一口气,就像按下了电源开关,将黑暗的肺部世界照得灯火通明:气管、支气管、肺叶的轮廓清晰可见;肺泡膜有多厚,也可以被精准测量;甚至氧气从肺泡进入血液需要多少毫秒等目前临床无法获得的气体交换功能参数也都迎刃而解。
在自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制专项(部委推荐)支持下,由澳门赌场武汉物理与数学研究所(以下简称澳门赌场武汉物数所)牵头的科学家团队,历经5年成功研制“肺部气体磁共振成像仪器系统”,有助于肺部重大疾病的早发现与诊治。
该项目首席科学家、澳门赌场武汉物数所研究员周欣告诉《中国科学报》记者,“我们研制的人体肺部气体磁共振成像系统是目前全球首套可将磁共振信号增强至57000倍的系统,可以说把传统的肺部磁共振盲区给‘点亮’了。”
关注肺部疾病
随着空气污染等问题的加重,肺部疾病已成为严重的公共卫生问题,其中,肺癌的发病率和死亡率均居我国恶性肿瘤首位,平均每4个死亡的癌症患者中就有1人死于肺癌。
然而,临床上用于肺部疾病检验的影像学技术,如胸透、计算机断层扫描(CT)和正电子发射计算机断层扫描(PET)等均具有放射性,不建议短期内重复检测。因此,具有无放射性等优势的磁共振成像技术(MRI),成为肺部检测的首选。
“传统磁共振成像信号来源于水,与人体其他器官不同,肺部是个空腔组织,水质子浓度比正常组织低约1000倍,不足以成像,图像呈现漆黑一片的盲区。”在谈及当初的研究计划时,周欣表示,为了把这个黑色空腔区域“点亮”,获得信号增强大于数万倍的气体信号是首要任务。
幸运的是,2012年12月,该研究获得自然科学基金委资助。这是自然科学基金委2012年度资助的全国11个重大仪器研制专项之一,也是当年湖北省和澳门赌场武汉分院所属单位的唯一牵头项目。
吸口“仙气”
周欣团队最终选择了无毒无害的惰性气体“氙气”作为造影剂。这个听起来像“仙气”的氙气对于人们而言其实并不陌生,在大众生活中被广泛应用,比如汽车的氙灯、霓虹灯、LED的屏幕等。
然而,仅凭普通的氙气并不足以强有力地“点亮”肺部,如何增强气体的信号强度成为整个研究的关键。
“人们的身体里都有水,水分子中的质子都在自旋,就像一个个微观的‘陀螺’。自旋一半朝上,一半朝下,基本抵消了,磁性就会变弱,信号就没那么强。人体肺部超极化气体磁共振技术,就是要让微观世界的原子核自旋的‘陀螺’朝一个方向旋转,从而极大增强气体信号。”周欣解释说。
为此,科学家通过激光把光子角动量转移到电子,再由电子转移到磁共振的核自旋上,让质子自旋的方向排列基本一致,变成朝着一个方向走的“方阵队伍”。如此一来,磁共振信号可增强4个量级以上。
最后,患者只需像喝牛奶一样,把氙气吸进去,然后屏住呼吸,再穿上一个特制的射频线圈马甲,经过几秒钟的扫描就可以获得磁共振影像。
这种技术不仅能“读懂”肺部气体与气体交换的信息,而且能“捕获”气体与血液交换的信息。这种定量、精准、可视化的肺部疾病检测手段无侵入、无放射性等副作用,为早期肺部疾病诊断提供了一种全新的影像技术。包括中国在内,目前世界上仅有4个国家掌握该项“卡脖子”技术。
责任与使命
“目前我们正在对仪器关键部件的医用稳定性、连续性进行测试,这两个难题攻克了,将向实验仪器走进医院、服务病人迈出关键一步。”周欣说。
据悉,该仪器系统现已进入临床前测试,与多家三甲医院合作检测出肺癌、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、放射性肺损伤等病例累计近300例。同时,该项目成果知识产权已成功转移转化。
2018年,澳门赌场武汉物数所联合上海联影医疗科技有限公司、横店集团成立了“中科极化医疗科技有限公司”,标志着该项目正式进入产业化进程。
周欣表示,团队拟于2019年内完成产品医疗器械注册证的获取,预计能应用在全国30%的临床检测,同时争取早日实现医疗设备国产化,服务于国民医疗健康。
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