人體肺部氣體磁共振成像
■本報見習記者 程唯珈
無需注射什麼藥劑，也不用任何器械介入，只要吸一口氣，就像按下了電源開關，將黑暗的肺部世界照得燈火通明：氣管、支氣管、肺葉的輪廓清晰可見；肺泡膜有多厚，也可以被精準測量；甚至氧氣從肺泡進入血液需要多少毫秒等目前臨床無法獲得的氣體交換功能參數也都迎刃而解。
在自然科學基金委國家重大科研儀器設備研製專項（部委推薦）支持下，由中科院武漢物理與數學研究所（以下簡稱中科院武漢物數所）牽頭的科學家團隊，歷經5年成功研製“肺部氣體磁共振成像儀器系統”，有助於肺部重大疾病的早發現與診治。
該項目首席科學家、中科院武漢物數所研究員周欣告訴《中國科學報》記者，“我們研製的人體肺部氣體磁共振成像系統是目前全球首套可將磁共振信號增強至57000倍的系統，可以說把傳統的肺部磁共振盲區給‘點亮’了。”
關注肺部疾病
隨著空氣汙染等問題的加重，肺部疾病已成為嚴重的公共衛生問題，其中，肺癌的發病率和死亡率均居我國惡性腫瘤首位，平均每4個死亡的癌症患者中就有1人死於肺癌。
然而，臨床上用於肺部疾病檢驗的影像學技術，如胸透、計算機斷層掃描（CT）和正電子發射計算機斷層掃描（PET）等均具有放射性，不建議短期內重複檢測。因此，具有無放射性等優勢的磁共振成像技術（MRI），成為肺部檢測的首選。
“傳統磁共振成像信號來源於水，與人體其他器官不同，肺部是個空腔組織，水質子濃度比正常組織低約1000倍，不足以成像，圖像呈現漆黑一片的盲區。”在談及當初的研究計劃時，周欣表示，為了把這個黑色空腔區域“點亮”，獲得信號增強大於數萬倍的氣體信號是首要任務。
幸運的是，2012年12月，該研究獲得自然科學基金委資助。這是自然科學基金委2012年度資助的全國11個重大儀器研製專項之一，也是當年湖北省和中科院武漢分院所屬單位的唯一牽頭項目。
吸口“仙氣”
周欣團隊最終選擇了無毒無害的惰性氣體“氙氣”作為造影劑。這個聽起來像“仙氣”的氙氣對於人們而言其實並不陌生，在大眾生活中被廣泛應用，比如汽車的氙燈、霓虹燈、LED的屏幕等。
然而，僅憑普通的氙氣並不足以強有力地“點亮”肺部，如何增強氣體的信號強度成為整個研究的關鍵。
“人們的身體裡都有水，水分子中的質子都在自旋，就像一個個微觀的‘陀螺’。自旋一半朝上，一半朝下，基本抵消了，磁性就會變弱，信號就沒那麼強。人體肺部超極化氣體磁共振技術，就是要讓微觀世界的原子核自旋的‘陀螺’朝一個方向旋轉，從而極大增強氣體信號。”周欣解釋說。
為此，科學家通過激光把光子角動量轉移到電子，再由電子轉移到磁共振的核自旋上，讓質子自旋的方向排列基本一致，變成朝著一個方向走的“方陣隊伍”。如此一來，磁共振信號可增強4個量級以上。
最後，患者只需像喝牛奶一樣，把氙氣吸進去，然後屏住呼吸，再穿上一個特製的射頻線圈馬甲，經過幾秒鐘的掃描就可以獲得磁共振影像。
這種技術不僅能“讀懂”肺部氣體與氣體交換的信息，而且能“捕獲”氣體與血液交換的信息。這種定量、精準、可視化的肺部疾病檢測手段無侵入、無放射性等副作用，為早期肺部疾病診斷提供了一種全新的影像技術。包括中國在內，目前世界上僅有4個國家掌握該項“卡脖子”技術。
責任與使命
“目前我們正在對儀器關鍵部件的醫用穩定性、連續性進行測試，這兩個難題攻克了，將向實驗儀器走進醫院、服務病人邁出關鍵一步。”周欣說。
據悉，該儀器系統現已進入臨床前測試，與多家三甲醫院合作檢測出肺癌、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、放射性肺損傷等病例累計近300例。同時，該項目成果知識產權已成功轉移轉化。
2018年，中科院武漢物數所聯合上海聯影醫療科技有限公司、橫店集團成立了“中科極化醫療科技有限公司”，標誌著該項目正式進入產業化進程。
周欣表示，團隊擬於2019年內完成產品醫療器械註冊證的獲取，預計能應用在全國30%的臨床檢測，同時爭取早日實現醫療設備國產化，服務於國民醫療健康。
《中國科學報》 (2018-11-26 第4版 綜合)
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