科學家研發肺部氣體磁共振快速成像新技術

中國科學院武漢物理與數學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的科學儀器，提出人體肺部的快速成像新技術，實現目前世界上最快的肺部氣體磁共振成像（MRI）高分辨動態采樣速率，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學影像學技術，與胸透、CT和PET等方法相比具有無放射性的優點。然而，肺部大部分是空腔組織的特性，導致肺部成為常規MRI的盲區。

周欣介紹，不同肺疾病的生理學和病理生理學特征會導致不同的通氣模式，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，目前已有技術難以精準刻畫肺部通氣的動態過程。因此，亟需發展對肺部通氣的動態可視化的新技術。

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

周欣解釋說，該效應在采樣過程中對超極化氣體信號產生干擾，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。這是肺部通氣動態過程難以精準刻畫的一個重要因素。

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

周欣表示，與現有的世界上超極化氙-129肺部動態成像方法相比，該技術達到人體肺部氣體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下的快速、動態肺部功能成像。