近日，精密測量院研究團隊在肺部通氣和氣血交換功能可視化定量評估方面取得重要進展。團隊提出了一次采樣可同時獲取氣態(tài)和溶解態(tài)129Xe MRI影像的新方法，并在間質(zhì)性肺疾病等肺部重大疾病上開展了應(yīng)用研究。相關(guān)研究成果近日在國際學(xué)術(shù)期刊《創(chuàng)新》（The Innovation）上發(fā)表。

肺部重大疾病，包括慢性阻塞性肺疾?。–OPD）、間質(zhì)性肺疾病和哮喘等，在全球發(fā)病率和死亡率均居高不下。這些疾病通常伴隨著早期氣血交換功能的變化。目前，臨床評估肺部氣血交換功能主要依賴于肺部整體一氧化碳彌散量（DLco）測量，但該方法難以及時檢測出肺部疾病早期微小病灶。超極化129Xe MRI作為新興的臨床肺功能成像方法，利用129Xe在肺泡（氣態(tài)，Gas）、肺組織/血漿（Tissue and Plasma, TP）和紅細胞（Red Blood Cell, RBC）等不同肺組織中產(chǎn)生的磁共振信號化學(xué)位移不同，實現(xiàn)無創(chuàng)無輻射肺部氣血交換功能成像。

然而，不同肺組織中129Xe磁共振信號快速衰減和相互干擾的問題，是129Xe MRI精準評估肺部氣血交換功能面臨的極大挑戰(zhàn)。為了解決該問題，研究團隊通過設(shè)計高選擇性SLR脈沖、同時編碼溶解態(tài)和氣態(tài)129Xe信號、相位調(diào)制重建策略等，提出了129Xe MRI肺部通氣和氣血交換功能同時成像新方法（圖1A），能在一次采樣中同時獲取氣態(tài)和溶解態(tài)129Xe MRI圖像，從而實現(xiàn)肺部最重要功能——氣血交換功能（RBC/Gas，TP/Gas和RBC/TP）的可視化定量評估。

研究團隊利用動物模型驗證了該方法的可行性（圖1B）。實驗結(jié)果表明，利用成像新方法測量的氣血交換功能參數(shù)與肺部磁共振波譜的結(jié)果高度一致（圖1D-F），能很好地區(qū)分肺纖維化與健康肺部，并且相關(guān)結(jié)果與常規(guī)臨床肺功能檢查（PFTs）以及病理切片結(jié)果具有很好的一致性（圖1C, G-L）。進一步，該方法用于新冠肺炎出院患者的氣血交換功能損傷評估（圖1M，N），得到的定量肺功能參數(shù)與PFTs結(jié)果同樣具有很好的一致性（圖1O-P）。利用該方法，還在新冠肺炎出院患者中觀察到了氣血交換功能參數(shù)的重力依賴效應(yīng)（圖1Q）。以上結(jié)果驗證了研究團隊提出的129Xe MRI肺部通氣和氣血交換功能同時成像新方法評估肺損傷的可行性，能為肺部疾病的診斷和評估提供全新的影像學(xué)策略，助力于肺部重大疾病的早發(fā)現(xiàn)早治療。

肺部通氣和氣血交換功能同時成像方法及其在動物和人體中的應(yīng)用

該研究成果以“Direct Imaging of Pulmonary Gas Exchange with Hyperpolarized Xenon MRI”為題發(fā)表在Cell出版社旗下的國際學(xué)術(shù)期刊《創(chuàng)新》上。精密測量院青年研究員李海東、博士生李紅闖和博士后張鳴為文章的共同第一作者，研究員周欣為通訊作者。

該工作獲得了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、湖北省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100720