精密测量院提出¹²⁹Xe MRI肺部通气和气血交换功能同时成像新方法

近日，精密测量院研究团队在肺部通气和气血交换功能可视化定量评估方面取得重要进展。团队提出了一次采样可同时获取气态和溶解态¹²⁹Xe MRI影像的新方法，并在间质性肺疾病等肺部重大疾病上开展了应用研究。相关研究成果近日在国际学术期刊《创新》（The Innovation）上发表。

肺部重大疾病，包括慢性阻塞性肺疾病（COPD）、间质性肺疾病和哮喘等，在全球发病率和死亡率均居高不下。这些疾病通常伴随着早期气血交换功能的变化。目前，临床评估肺部气血交换功能主要依赖于肺部整体一氧化碳弥散量（DLco）测量，但该方法难以及时检测出肺部疾病早期微小病灶。超极化¹²⁹Xe MRI作为新兴的临床肺功能成像方法，利用¹²⁹Xe在肺泡（气态，Gas）、肺组织/血浆（Tissue and Plasma, TP）和红细胞（Red Blood Cell, RBC）等不同肺组织中产生的磁共振信号化学位移不同，实现无创无辐射肺部气血交换功能成像。

然而，不同肺组织中¹²⁹Xe磁共振信号快速衰减和相互干扰的问题，是¹²⁹Xe MRI精准评估肺部气血交换功能面临的极大挑战。为了解决该问题，研究团队通过设计高选择性SLR脉冲、同时编码溶解态和气态¹²⁹Xe信号、相位调制重建策略等，提出了¹²⁹Xe MRI肺部通气和气血交换功能同时成像新方法（图1A），能在一次采样中同时获取气态和溶解态¹²⁹Xe MRI图像，从而实现肺部最重要功能——气血交换功能（RBC/Gas，TP/Gas和RBC/TP）的可视化定量评估。

研究团队利用动物模型验证了该方法的可行性（图1B）。实验结果表明，利用成像新方法测量的气血交换功能参数与肺部磁共振波谱的结果高度一致（图1D-F），能很好地区分肺纤维化与健康肺部，并且相关结果与常规临床肺功能检查（PFTs）以及病理切片结果具有很好的一致性（图1C, G-L）。进一步，该方法用于新冠肺炎出院患者的气血交换功能损伤评估（图1M，N），得到的定量肺功能参数与PFTs结果同样具有很好的一致性（图1O-P）。利用该方法，还在新冠肺炎出院患者中观察到了气血交换功能参数的重力依赖效应（图1Q）。以上结果验证了研究团队提出的¹²⁹Xe MRI肺部通气和气血交换功能同时成像新方法评估肺损伤的可行性，能为肺部疾病的诊断和评估提供全新的影像学策略，助力于肺部重大疾病的早发现早治疗。

肺部通气和气血交换功能同时成像方法及其在动物和人体中的应用

该研究成果以“Direct Imaging of Pulmonary Gas Exchange with Hyperpolarized Xenon MRI”为题发表在Cell出版社旗下的国际学术期刊《创新》上。精密测量院青年研究员李海东、博士生李红闯和博士后张鸣为文章的共同第一作者，研究员周欣为通讯作者。

该工作获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、湖北省自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100720