磁共振成像是一種先進的醫(yī)學影像技術，具有分辨率高、對比度好、無輻射損傷等優(yōu)點，被廣泛應用于臨床醫(yī)學診斷。近日，中國科學院科研團隊經過持續(xù)攻關，成功突破“多核”磁共振成像技術 。
該技術最大優(yōu)勢就藏在它的名字“多核”里——它不僅能檢測常規(guī)磁共振能看到的氫，還可以檢測到磷、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
為疾病診治提供全新手段
通過多核磁共振成像技術獲得的醫(yī)學影像，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。
中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院研究員周欣： 人體內有60多種元素，除了氫之外，現(xiàn)在還能探測到活體的鈉和磷，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)在相當于“多核”就指的是多種原子核，通俗一點就相當于是以后的磁共振是彩色的磁共振。
周欣研究員帶領團隊一直致力于多核磁共振成像核心技術攻關，如今，成功突破磁共振單一氫核成像技術，實現(xiàn)人體重要代謝物質鈉、磷等關鍵原子核的多維成像，為疾病認知、定性和定量評估提供了新的信息維度。
中國科學院精密測量科學與技術創(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人體內更精細的信息——結構信息、功能信息、代謝信息。
這三個方面層次的信息，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，對疾病的發(fā)生發(fā)展，非常直觀地看到哪一個元素的代謝出了問題，哪個通路會有問題，能夠為精準醫(yī)學提供全新的儀器和技術。
生命科學的基礎研究，是實現(xiàn)全民健康的重要基石。超高場動物磁共振成像儀作為開展臨床前生命科學研究的必備科學儀器，顯得尤為重要。它是新藥研發(fā)、腦科學與類腦研究等重大生命科學研究任務必不可少的高端裝備。然而長期以來，該設備完全依靠進口。如今，我國科研人員經過產學研融合聯(lián)合攻關，成功研制出我國首臺9.4T（特斯拉）超高場動物磁共振成像設備，并實現(xiàn)量產 。
小白鼠腦部血管的磁共振三維成像，空間分辨率可達百微米級，可以清晰地看到小白鼠腦部精細的血管結構。
中國科學院精密測量科學與技術創(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)地對它的血管進行成像。因為小鼠腦袋的尺寸要比人的要小幾十倍，它的整個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、非常精細的腦血管結構，對于臨床前的研究是非常有意義的，能夠幫助我們及時地發(fā)現(xiàn)一些腦部的細微病變。
記者看到，拍攝該影像的設備就是被稱為“活體顯微鏡” 的國產超高場動物磁共振成像儀，它可以高清且無創(chuàng)地呈現(xiàn)小白鼠、小兔等小型活體動物的組織結構和功能信息，是開展生命科學研究的重要科學儀器 。
中國科學院精密測量科學與技術創(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，那超高場的動物成像儀就像單反相機，分辨率更高，因為其磁場強度可達9.4T(特斯拉)，靈敏度比3T(特斯拉)設備至少高3倍以上。
它能無損觀測三類腦部疾病：一是與血管、血流相關的腦血管病，如卒中;二是腦部腫瘤;三是神經退行性疾病，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)病機制，必須借助動物實驗。
據介紹，為了突破關鍵核心技術，我國科研人員經過產學研融合聯(lián)合攻關，突破了超高場超導磁體、高性能雙梯度系統(tǒng)、射頻技術、全數(shù)字化高精度譜儀等技術壁壘，實現(xiàn)了我國9.4T（特斯拉）超高場動物磁共振成像從“0”到“1”的突破 ，打破國際長期壟斷，解決了超高場臨床前磁共振成像儀國產化的問題，有效助力了重大疾病病理研究、新藥研發(fā)等相關科研和產業(yè)發(fā)展。目前，該設備已經在位于武漢的生產基地實現(xiàn)量產。
展開技術攻關
研發(fā)新一代磁共振關鍵技術
高端醫(yī)療裝備的研發(fā)周期長、投入大、風險高，并且涉及多學科交叉，技術高度密集。為了助力該領域的研究，未來，磁共振波譜與成像全國重點實驗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鍵技術，搶占新一代磁共振制高點 。
在磁共振波譜與成像全國重點實驗室，科研人員正在展開新一輪的技術攻關，研發(fā)更高場5T的人體超高場多核磁共振裝備。
中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院正高級工程師石磊： 磁共振線圈，就好像磁共振系統(tǒng)的眼睛，用它來探測磁共振信號，它的性能好壞就直接關系到磁共振圖像的成像的質量。目前我們在做5T(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，磁場強度符號T，也就是“特斯拉”是衡量磁共振系統(tǒng)性能的核心指標，更高的場強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，可為臨床采集到更高清的圖像，精準描繪組織微結構，提高微小病灶檢出率，為臨床診斷和科學研究提供強大技術支撐。磁共振橫跨物理學、化學、生物學、醫(yī)學領域，是醫(yī)學影像突破常規(guī)，與前沿生物醫(yī)學結合的關鍵核心技術。為此，實驗室組建了多學科研究團隊，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研究。
中國科學院精密測量科學與技術創(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)新來去支撐關鍵核心技術的研發(fā)，推動它的應用場景，不管是解決科學前沿的問題，還是解決臨床的問題，還是解決國家重大需求的問題，它是一個全鏈條的。關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國。
