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产品机理

     技术开发背景

      目前,临床上用于肺部疾病检测的影像学技术主要包括胸透、计算机断层扫描(CT)、正电子发射计算机断层扫描(PET)等。基于X射线的胸透和CT是临床上最常用的肺部成像方法,但胸透只能获得胸腔投影图像,成像质量不高;PET空间分辨率远低于CT,且检测费用高昂;高分辨CT成像虽然可得到清晰的肺部结构图像,但不能提供相应的肺部功能信息。综合来看,上述3种肺部影像检测仪器对人体均有一定程度不可逆的辐射损伤,并且都无法对肺部的通气、微结构和气血交换进行功能检测。另一方面,用于检测人体其他组织的传统磁共振成像技术(1H-MRI)虽然对人体无辐射损伤,但其只能对氢质子浓度较高的脑、甲状腺、肝、胆、脾、肾等非空腔组织进行较好的磁共振成像;然而由于肺部组织充满肺泡,多是气体和空腔组织,氢质子浓度比正常组织低约1000倍,因此临床上通常也不会使用1H-MRI技术用于肺部影像诊断。 综上,相比胸透、PET、CT等传统肺部成像检测方式,若想既发挥磁共振检测对人体组织无损无辐射的技术优势又想将其运用于肺部疾病检测,就必须要另辟蹊径选择一种全新的磁共振造影介质。

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    肺部成像机理

      公司研发团队经过反复研究、层层筛选发现:氙气是大气中的一种惰性气体,资源丰富,价格低廉,具有良好的生化惰性、脂溶性和化学位移敏感性,可以溶解在肺部血液和组织内并产生不同的磁共振信号,在探测生物体的相关功能变化,特别是探测肺部气血交换功能中具有十分独特的优势;因此,最终选择将氙气(Xe -129)作为磁共振造影介质。但常规状态下的Xe由于其原子核极化度较低,磁共振信号强度较低,根据MRI探测灵敏度原理发现其并不足以对肺部进行磁共振成像,关键是要“超极化”,即增强气体的磁共振信号强度,这也是整个技术开发的难点所在。 

      为了解决这个技术难点,公司研发团队基于中国科学院武汉物理与数学研究所深耕磁共振基础研究数十年的深厚底蕴以及国家重大科研仪器研制专项“用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪系统研制”4400万元的科研经费支持,最终成功开发出“人体肺部超极化气体磁共振技术”。据悉,人体内水分子中每个质子都有自旋,就像一个个微观的‘陀螺’,自旋方向大约一半朝上,一半朝下,基本会形成抵消,磁性就会变弱,信号就没那么强。而人体肺部超极化气体磁共振技术主要基于自旋交换激光光泵技术,就是要让微观世界的Xe原子核自旋的‘陀螺’朝一个方向旋转,角动量积聚而非抵消,从而极大增强气体磁共振信号。目前,团队研发的氙-129气体超极化仪可将核磁共振信号增强57000倍,优于美国的Polarean 9800超极化器(增强42000倍),达到国际领先水平。此外,团队还自主研发了另一套可穿戴式新型人体“马夹式”高灵敏肺部成像探头,其目的是为了提高肺部气体磁共振信号的激发均匀性和接收效率。

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      肺部气体磁共振成像系统之一超极化仪

      由此,在公司团队成功完成人体肺部气体磁共振成像系统最关键的两项子系统:氙-129气体超极化仪和“马甲式”高灵敏肺部成像探头的技术开发后,就可有效解决肺部检测中气体磁共振信号强度太低而不能成像的难题,进而让肺部气体MRI的可视成为可能。其基本成像流程为:患者穿着特制的马甲式探头吸入已增强信号强度的氙气躺在核磁共振仪检查床上屏住呼吸约6秒钟即可产生一副肺部MRI影像图。操作流程简单,较常规MRI成像时间大大缩短。

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“点亮肺部”全流程



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