磁共振成像是一種先進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，具有分辨率高、對(duì)比度好、無輻射損傷等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷。近日，中國科學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)，成功突破“多核”磁共振成像技術(shù)。
該技術(shù)最大優(yōu)勢(shì)就藏在它的名字“多核”里——它不僅能檢測(cè)常規(guī)磁共振能看到的氫，還可以檢測(cè)到磷、鈉、氙等多種原子核，突破了傳統(tǒng)磁共振單一成像維度，為疾病診治提供了全新的手段和視角。
突破多核磁共振成像技術(shù)
為疾病診治提供全新手段
通過多核磁共振成像技術(shù)獲得的醫(yī)學(xué)影像，不同的顏色代表不同的人體元素，清晰地反映了氫、鈉等元素在腦部分布聚集的狀況。
中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員 周欣：人體內(nèi)有60多種元素，除了氫之外，現(xiàn)在還能探測(cè)到活體的鈉和磷，這多了兩種元素，這就好比以前80年代我們看照片都是黑白照片，現(xiàn)在相當(dāng)于“多核”就指的是多種原子核，通俗一點(diǎn)就相當(dāng)于是以后的磁共振是彩色的磁共振。
周欣研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一直致力于多核磁共振成像核心技術(shù)攻關(guān)，如今，成功突破磁共振單一氫核成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人體重要代謝物質(zhì)鈉、磷等關(guān)鍵原子核的多維成像，為疾病認(rèn)知、定性和定量評(píng)估提供了新的信息維度。
中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員周欣表示：多核磁共振成像能夠反映出我們?nèi)梭w內(nèi)更精細(xì)的信息——
結(jié)構(gòu)信息
功能信息
代謝信息
這三個(gè)方面層次的信息，為人體健康，包括疾病的診斷、治療提供更全面的可視化的工具。能夠直接看到患者腦部、心臟里面鈉和磷的代謝，對(duì)疾病的發(fā)生發(fā)展，非常直觀地看到哪一個(gè)元素的代謝出了問題，哪個(gè)通路會(huì)有問題，能夠?yàn)榫珳?zhǔn)醫(yī)學(xué)提供全新的儀器和技術(shù)。
超高場(chǎng)動(dòng)物磁共振成像儀實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)
生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究，是實(shí)現(xiàn)全民健康的重要基石。超高場(chǎng)動(dòng)物磁共振成像儀作為開展臨床前生命科學(xué)研究的必備科學(xué)儀器，顯得尤為重要。它是新藥研發(fā)、腦科學(xué)與類腦研究等重大生命科學(xué)研究任務(wù)必不可少的高端裝備。然而長期以來，該設(shè)備完全依靠進(jìn)口。如今，我國科研人員經(jīng)過產(chǎn)學(xué)研融合聯(lián)合攻關(guān)，成功研制出我國首臺(tái)9.4T(特斯拉)超高場(chǎng)動(dòng)物磁共振成像設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
小白鼠腦部血管的磁共振三維成像，空間分辨率可達(dá)百微米級(jí)，可以清晰地看到小白鼠腦部精細(xì)的血管結(jié)構(gòu)。
中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院特別研究助理 張鳴：通過磁共振的一種序列，去無創(chuàng)地對(duì)它的血管進(jìn)行成像。因?yàn)樾∈竽X袋的尺寸要比人的要小幾十倍，它的整個(gè)視野的范圍可能就只有兩厘米左右，所以說能夠去獲得非常高清、非常精細(xì)的腦血管結(jié)構(gòu)，對(duì)于臨床前的研究是非常有意義的，能夠幫助我們及時(shí)地發(fā)現(xiàn)一些腦部的細(xì)微病變。
記者看到，拍攝該影像的設(shè)備就是被稱為“活體顯微鏡”的國產(chǎn)超高場(chǎng)動(dòng)物磁共振成像儀，它可以高清且無創(chuàng)地呈現(xiàn)小白鼠、小兔等小型活體動(dòng)物的組織結(jié)構(gòu)和功能信息，是開展生命科學(xué)研究的重要科學(xué)儀器。
中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員周欣表示，如果把醫(yī)院里1.5T(特斯拉)和3T(特斯拉)的磁共振比作相機(jī)，那超高場(chǎng)的動(dòng)物成像儀就像單反相機(jī)，分辨率更高，因?yàn)槠浯艌?chǎng)強(qiáng)度可達(dá)9.4T(特斯拉)，靈敏度比3T(特斯拉)設(shè)備至少高3倍以上。
它能無損觀測(cè)三類腦部疾?。?/p>
一是與血管、血流相關(guān)的腦血管病，如卒中；
二是腦部腫瘤；
三是神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病、帕金森綜合征。
由于不能在人體上直接做模型，人類研究藥物及發(fā)病機(jī)制，必須借助動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
據(jù)介紹，為了突破關(guān)鍵核心技術(shù)，我國科研人員經(jīng)過產(chǎn)學(xué)研融合聯(lián)合攻關(guān)，突破了超高場(chǎng)超導(dǎo)磁體、高性能雙梯度系統(tǒng)、射頻技術(shù)、全數(shù)字化高精度譜儀等技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了我國9.4T(特斯拉)超高場(chǎng)動(dòng)物磁共振成像從“0”到“1”的突破，打破國際長期壟斷，解決了超高場(chǎng)臨床前磁共振成像儀國產(chǎn)化的問題，有效助力了重大疾病病理研究、新藥研發(fā)等相關(guān)科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，該設(shè)備已經(jīng)在位于武漢的生產(chǎn)基地實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
展開技術(shù)攻關(guān)
研發(fā)新一代磁共振關(guān)鍵技術(shù)
高端醫(yī)療裝備的研發(fā)周期長、投入大、風(fēng)險(xiǎn)高，并且涉及多學(xué)科交叉，技術(shù)高度密集。為了助力該領(lǐng)域的研究，未來，磁共振波譜與成像全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將面向國家重大需求和人民生命健康，發(fā)展活體多核、超靈敏、超快及超分辨的新一代磁共振關(guān)鍵技術(shù)，搶占新一代磁共振制高點(diǎn)。
在磁共振波譜與成像全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，科研人員正在展開新一輪的技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)更高場(chǎng)5T的人體超高場(chǎng)多核磁共振裝備。
中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院正高級(jí)工程師 石磊：磁共振線圈，就好像磁共振系統(tǒng)的眼睛，用它來探測(cè)磁共振信號(hào)，它的性能好壞就直接關(guān)系到磁共振圖像的成像的質(zhì)量。目前我們?cè)谧?T(特斯拉)的磁共振系統(tǒng)的多核線圈的研究，我們今年的目標(biāo)是研制5T的磁共振的鈉和磷，還有氙的線圈，使它能夠用起來就真真切切能夠得到更好的圖像。
科研人員介紹，磁場(chǎng)強(qiáng)度符號(hào)T，也就是“特斯拉”是衡量磁共振系統(tǒng)性能的核心指標(biāo)，更高的場(chǎng)強(qiáng)通常意味著獲得更高的圖像分辨、更快的成像速度。
相較3T的磁共振，5T磁共振在成像清晰度、掃描速度和功能成像方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可為臨床采集到更高清的圖像，精準(zhǔn)描繪組織微結(jié)構(gòu)，提高微小病灶檢出率，為臨床診斷和科學(xué)研究提供強(qiáng)大技術(shù)支撐。磁共振橫跨物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是醫(yī)學(xué)影像突破常規(guī)，與前沿生物醫(yī)學(xué)結(jié)合的關(guān)鍵核心技術(shù)。為此，實(shí)驗(yàn)室組建了多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，在人工智能快速發(fā)展背景下，開展更具前瞻性和突破性的科學(xué)研究。
中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員 周欣：從最前端的理論創(chuàng)新，就是我們必須要有原始理論創(chuàng)新來去支撐關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)，推動(dòng)它的應(yīng)用場(chǎng)景，不管是解決科學(xué)前沿的問題，還是解決臨床的問題，還是解決國家重大需求的問題，它是一個(gè)全鏈條的。關(guān)鍵核心的東西必須在我們自己手上，這樣才能使我們做成科技強(qiáng)國。
(總臺(tái)央視記者 帥俊全 褚爾嘉 湖北總站)