第一章 超极化气体肺部磁共振成像.PDF

波 谱 学 杂 志 第 31 卷第 3 期 Vol. 31 No. 3 2014 年 9 月 Chinese Journal of Magnetic Resonance Sep. 2014 文章编号：1000-4556(2014)03-307-14 超极化气体肺部磁共振成像 1,2 1,2 1 1 1 李海东 ，张智颖 ，韩叶清 ，孙献平 ，周 欣 [1. 波谱与原子分子物理国家重点实验室，中国科学院生物磁共振分析重点实验室， 武汉磁共振中心（中国科学院 武汉物理与数学研究所），湖北 武汉 430071 ； 2. 中国科学院大学，北京 100049] 摘 要：磁共振成像(MRI)技术具有非侵入、无放射性的特点，在临床疾病诊断中具有独特 的优势，但是肺部空腔的特殊结构使传统质子 MRI 无法对其直接成像．自旋交换光抽运 (SEOP)方法可以使惰性气体原子的极化度增强 4 个量级以上，从而使肺部的气体 MRI 成为 可能．该文介绍了超极化惰性气体肺部 MRI 的最新研究进展，包括超极化气体磁共振相关 参数的测量方法、肺部通气结构成像、肺部气体交换功能成像，同时比较了常用于肺部MRI 气体的优点和缺点． 关键词：磁共振成像(MRI) ；肺部；自旋交换光抽运；超极化气体 中图分类号：O482.53 文献标识码：A 引言 根据世界卫生组织 2010 年数据，我国每年因肺部疾病和肺癌死亡的人数约占国内 死亡总人数的20% ，所以肺部疾病形势十分严峻．目前，临床上常用于肺部疾病诊断的 影像技术有基于 X 射线的胸透和计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)等[1]，这 些技术可以获得肺部结构信息，但是他们都具有放射性，且不能获得肺部的气体交换功 能的影像信息，而通常疾病的发生和发展都经历了一个从功能病变到结构病变的过 收稿日期: 2014-02-18; 收修改稿日期: 2014-07-18 基金项目: 国家自然科学基金资助项目，中国科学院“百人计划”资助项目([2010]88) ，中国科学院知识创新 工程重要方向资助项目(KJCX2-EW-N06) ． 作者简介: 李海东(1987-)，男，河南漯河人，博士研究生，无线电物理专业，主要研究方向为超极化气体肺部磁共振 成像技术，E-mail: lihaidong1987@. *通讯联系人：周欣，电话：027；E-mail: xinzhou@. 308 波 谱 学 杂 志 第 31 卷 程．因此，急需发展一种无放射性的探测肺部气体交换功能的影像技术，能用于肺部重 大疾病的早期研究与诊疗．磁共振成像(MRI)技术具有非侵入、无放射性的特点，可以 用来得到脑部、心脏和腹部等大部分活体器官和组织的影像，已被广泛地应用于活体成 [2,3] 1 像研究和临床疾病诊断 ．但是传统基于质子( H) 的 MRI 技术并不适用于肺部，原因 在于：1) 肺部组织多为气固交界面，因而磁化率变化很大，导致质子的横向弛豫时间 (T )极短，即使采用超短 TE 的成像序列[4,5]，也只能获取肺部气管的部分信息．2) 肺部 2 由大部分空腔结构组成，其肺泡内气体的密度比普通组织低 1 000 倍左右，传统的 MRI 技术难以实现对肺泡内的气体成像．为了实现肺部气体的 MRI ，需要提高气体的极化 度，从而增强 MRI 信号的灵敏度来实现． MRI 信号的灵敏度与观测核的共振频率、自旋密度和核的自旋极化度成正比．相