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    產品機理

         技術開發背景

          目前,臨床上用于肺部疾病檢測的影像學技術主要包括胸透、計算機斷層掃描(CT)、正電子發射計算機斷層掃描(PET)等?;赬射線的胸透和CT是臨床上最常用的肺部成像方法,但胸透只能獲得胸腔投影圖像,成像質量不高;PET空間分辨率遠低于CT,且檢測費用高昂;高分辨CT成像雖然可得到清晰的肺部結構圖像,但不能提供相應的肺部功能信息。綜合來看,上述3種肺部影像檢測儀器對人體均有一定程度不可逆的輻射損傷,并且都無法對肺部的通氣、微結構和氣血交換進行功能檢測。另一方面,用于檢測人體其他組織的傳統磁共振成像技術(1H-MRI)雖然對人體無輻射損傷,但其只能對氫質子濃度較高的腦、甲狀腺、肝、膽、脾、腎等非空腔組織進行較好的磁共振成像;然而由于肺部組織充滿肺泡,多是氣體和空腔組織,氫質子濃度比正常組織低約1000倍,因此臨床上通常也不會使用1H-MRI技術用于肺部影像診斷。 綜上,相比胸透、PET、CT等傳統肺部成像檢測方式,若想既發揮磁共振檢測對人體組織無損無輻射的技術優勢又想將其運用于肺部疾病檢測,就必須要另辟蹊徑選擇一種全新的磁共振造影介質。

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        肺部成像機理

          公司研發團隊經過反復研究、層層篩選發現:氙氣是大氣中的一種惰性氣體,資源豐富,價格低廉,具有良好的生化惰性、脂溶性和化學位移敏感性,可以溶解在肺部血液和組織內并產生不同的磁共振信號,在探測生物體的相關功能變化,特別是探測肺部氣血交換功能中具有十分獨特的優勢;因此,最終選擇將氙氣(Xe -129)作為磁共振造影介質。但常規狀態下的Xe由于其原子核極化度較低,磁共振信號強度較低,根據MRI探測靈敏度原理發現其并不足以對肺部進行磁共振成像,關鍵是要“超極化”,即增強氣體的磁共振信號強度,這也是整個技術開發的難點所在。 

          為了解決這個技術難點,公司研發團隊基于中國科學院武漢物理與數學研究所深耕磁共振基礎研究數十年的深厚底蘊以及國家重大科研儀器研制專項“用于人體肺部重大疾病研究的磁共振成像儀系統研制”4400萬元的科研經費支持,最終成功開發出“人體肺部超極化氣體磁共振技術”。據悉,人體內水分子中每個質子都有自旋,就像一個個微觀的‘陀螺’,自旋方向大約一半朝上,一半朝下,基本會形成抵消,磁性就會變弱,信號就沒那么強。而人體肺部超極化氣體磁共振技術主要基于自旋交換激光光泵技術,就是要讓微觀世界的Xe原子核自旋的‘陀螺’朝一個方向旋轉,角動量積聚而非抵消,從而極大增強氣體磁共振信號。目前,團隊研發的氙-129氣體超極化儀可將核磁共振信號增強57000倍,優于美國的Polarean 9800超極化器(增強42000倍),達到國際領先水平。此外,團隊還自主研發了另一套可穿戴式新型人體“馬夾式”高靈敏肺部成像探頭,其目的是為了提高肺部氣體磁共振信號的激發均勻性和接收效率。

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          肺部氣體磁共振成像系統組成部分之一超極化儀

    肺部氣體磁共振成像系統子系統之一:多核成像系統馬甲線圈.jpg

    肺部氣體磁共振成像系統組成部分之一多核磁共振馬甲線圈

          由此,在公司團隊成功完成人體肺部氣體磁共振成像系統最關鍵的兩項子系統:氙-129氣體超極化儀和“馬甲式”高靈敏肺部成像探頭的技術開發后,就可有效解決肺部檢測中氣體磁共振信號強度太低而不能成像的難題,進而讓肺部氣體MRI的可視成為可能。其基本成像流程為:患者穿著特制的馬甲式探頭吸入已增強信號強度的氙氣躺在核磁共振儀檢查床上屏住呼吸約6秒鐘即可產生一副肺部MRI影像圖。操作流程簡單,較常規MRI成像時間大大縮短。

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    “點亮肺部”全流程



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