В настоящее время магнитно-резонансная томография (МРТ) развивается от традиционной структурной и функциональной визуализации к молекулярной визуализации. Многоядерная МРТ позволяет получать разнообразную информацию о метаболитах в организме человека, сохраняя при этом пространственное разрешение, повышая специфичность выявления физиологических и патологических процессов и являясь в настоящее время единственной технологией, позволяющей проводить неинвазивный количественный анализ динамического молекулярного метаболизма человека in vivo.
Углубление исследований многоядерной МРТ открывает широкие перспективы для раннего скрининга и диагностики опухолей, сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных заболеваний, заболеваний эндокринной, пищеварительной и дыхательной систем, а также для быстрой оценки эффективности лечения. Новейшая многоядерная платформа для клинических исследований Philips поможет врачам-специалистам в области визуализации и клинической медицины проводить передовые клинические исследования. Доктор Сунь Пэн и доктор Ван Цзячжэн из отдела клинической и технической поддержки Philips подробно рассказали о передовых разработках многоядерной МРТ и направлениях исследований новой многоядерной платформы для МРТ Philips.
Магнитный резонанс был удостоен Нобелевской премии пять раз за свою историю в областях физики, химии, биологии и медицины и достиг больших успехов в основных физических принципах, органической молекулярной структуре, динамике биологической макромолекулярной структуры и клинической медицинской визуализации. Среди них магнитно-резонансная томография стала одной из важнейших технологий клинической медицинской визуализации, широко используемой для диагностики различных заболеваний в различных частях тела человека. С непрерывным улучшением потребностей здравоохранения огромный спрос на раннюю диагностику и быструю оценку эффективности способствует развитию магнитно-резонансной томографии от традиционной структурной визуализации (T1w, T2w, PDw и т. д.), функциональной визуализации (DWI, PWI и т. д.) до молекулярной визуализации (1H MRS и многоядерная MRS/MRI).
Сложная основа технологии МРТ на основе 1H, перекрывающиеся спектры и сжатие воды/жира ограничивают ее пространство как технологии молекулярной визуализации. Можно обнаружить только ограниченное количество молекул (холин, креатин, NAA и т. д.), и сложно получить динамические молекулярные метаболические процессы. Основанная на множестве нуклидов (23Na, 31P, 13C, 129Xe, 17O, 7Li, 19F, 3H, 2H), многоядерная МРТ может получать разнообразную информацию о метаболитах человеческого организма с высоким разрешением и высокой специфичностью и в настоящее время является единственным неинвазивным (стабильный изотоп, отсутствие радиоактивности; маркировка эндогенных метаболитов (глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты - нетоксичны) для количественного анализа динамических молекулярных метаболических процессов человека.
Благодаря постоянным прорывам в области аппаратных систем магнитного резонанса, метода быстрой последовательности (многополосный, спиральный) и алгоритма ускорения (сжатое зондирование, глубокое обучение), многоядерная МРТ-визуализация/спектроскопия постепенно становится зрелой: (1) ожидается, что она станет важным инструментом для передовых исследований молекулярной биологии, биохимии и метаболизма человека; (2) по мере перехода от научных исследований к клинической практике (в настоящее время проводится ряд клинических испытаний на основе многоядерной МРТ, рис. 1) она имеет широкие перспективы в раннем скрининге и диагностике рака, сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, пищеварительных и респираторных заболеваний, а также в быстрой оценке эффективности.
Ввиду сложности физических принципов и высокой технической сложности области МРТ, многоядерная МРТ стала уникальной областью исследований нескольких ведущих инженерно-исследовательских институтов. Несмотря на значительный прогресс в области многоядерной МРТ за десятилетия развития, клинических данных для её эффективного развития и обслуживания пациентов по-прежнему недостаточно.
Основываясь на постоянных инновациях в области МРТ, компания Philips наконец преодолела узкое место в разработке многоядерной МРТ и выпустила новую платформу для клинических исследований с наибольшим количеством нуклидов в отрасли. Эта платформа является единственной многоядерной системой в мире, получившей сертификат соответствия безопасности ЕС (CE) и сертификацию Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), что позволяет реализовать полнофункциональное многоядерное МРТ-решение на уровне продукта: одобренные FDA катушки, полное покрытие последовательности и стандартная реконструкция рабочего места оператора. Пользователям не нужно иметь профессиональных физиков магнитного резонанса, инженеров-кодировщиков и разработчиков радиочастотных градиентов, что проще, чем традиционная спектроскопия/визуализация 1H. Максимально сократить эксплуатационные расходы многоядерной МРТ, свободное переключение между научными исследованиями и клиническим режимом, самая быстрая окупаемость, так что многоядерная МРТ действительно в клинике.
Многоядерный МР в настоящее время является ключевым направлением «14-го пятилетнего плана развития отрасли медицинского оборудования» и является ключевой базовой технологией для медицинской визуализации, позволяющей прорваться сквозь рутину и объединиться с передовой биомедициной. Группа ученых Philips China, движимая улучшением научных исследований и инновационных возможностей клиентов, провела систематическое исследование многоядерного МР. Доктор Сан Пэн, доктор Ван Цзячжэн и др. впервые предложили концепцию МР-нуклеомики в ЯМР в биомедицине (ведущий журнал Первого региона спектроскопии Китайской академии наук), которая может использовать МР на основе различных нуклидов для наблюдения за различными функциями клеток и патологическими процессами. Таким образом, можно сделать всестороннее заключение и оценку заболевания и лечения [1]. Концепция МР-мультинуклеомики станет будущим направлением развития МР. Эта статья является первым систематическим обзором многоядерной МРТ в мире, охватывающим теоретическую основу многоядерной МРТ, доклинические исследования, клиническую трансформацию, разработку оборудования, прогресс алгоритмов, инженерную практику и другие аспекты (рисунок 2). В то же время группа ученых сотрудничала с профессором Сонг Бином из больницы Западного Китая, чтобы завершить первую обзорную статью о клинической трансформации многоядерной МРТ в Китае, которая была опубликована в журнале Insights into Imaging [2]. Публикация серии статей о многоядерной МРТ показывает, что Philips действительно привносит в Китай, китайским клиентам и китайским пациентам передовые технологии многоядерной молекулярной визуализации. В соответствии с основной концепцией «в Китае, для Китая», Philips будет использовать многоядерную МРТ для содействия развитию магнитного резонанса в Китае и помощи делу здорового Китая.
Многоядерная МРТ — это новая технология. С развитием программного и аппаратного обеспечения для МРТ многоядерная МРТ нашла применение в фундаментальных и клинических трансляционных исследованиях систем организма человека. Её уникальное преимущество заключается в возможности отображения динамики метаболических процессов в реальном времени при различных патологических процессах, что открывает возможности для ранней диагностики заболеваний, оценки эффективности лечения, принятия решений о лечении и разработки лекарственных препаратов. Она может также способствовать изучению новых механизмов патогенеза.
Для дальнейшего развития этой области необходимо активное участие клинических экспертов. Разработка многоядерных платформ для клинического применения имеет решающее значение, включая создание базовых систем, стандартизацию технологий, количественную оценку и стандартизацию результатов, исследование новых зондов, интеграцию множественной метаболической информации и т. д., а также разработку более перспективных многоцентровых исследований, чтобы способствовать дальнейшему развитию клинической трансформации передовых технологий многоядерной МРТ. Мы твердо убеждены, что многоядерная МРТ предоставит специалистам по визуализации и клинической практике широкие возможности для проведения клинических исследований, а ее результаты принесут пользу пациентам по всему миру.
Время публикации: 09 декабря 2023 г.