近日，精密測量院超靈敏磁共振團(tuán)隊(duì)提出肺部高時(shí)空分辨率動(dòng)態(tài)通氣功能成像新方法，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前最高時(shí)空分辨率的活體肺部動(dòng)態(tài)通氣功能成像，其空間分辨率達(dá)到亞毫米級(jí)（0.5 mm）、時(shí)間分辨率達(dá)到毫秒級(jí)（5.6 ms）。該方法可無創(chuàng)、定量評(píng)估整個(gè)呼吸周期內(nèi)肺部動(dòng)態(tài)通氣情況，為慢阻肺、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病的精準(zhǔn)診療開辟了新路徑。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。

肺部炎癥、纖維化和水腫等病變可導(dǎo)致肺通氣功能受損。目前臨床主要利用肺功能檢查（PFTs）進(jìn)行全局通氣功能評(píng)估。超極化¹²⁹Xe氣體磁共振成像（MRI）雖能直接對(duì)肺內(nèi)氣體成像，實(shí)現(xiàn)氣體交換功能的定量可視化檢測，但受限于MRI的掃描速度和空間分辨率，其動(dòng)態(tài)通氣影像的時(shí)間分辨率和空間分辨率較低，制約了其在肺部疾病（早期評(píng)估及臨床前研究）中的廣泛應(yīng)用。

針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高時(shí)空分辨率動(dòng)態(tài)通氣功能成像新方法（圖1a-c），獲得了亞毫米空間分辨率（0.5 mm）和毫秒級(jí)時(shí)間分辨率（5.6 ms）的肺部動(dòng)態(tài)通氣成像，實(shí)現(xiàn)了肺部整個(gè)呼吸周期內(nèi)的氣體動(dòng)力學(xué)可視化評(píng)估（圖1d）。該方法的主要原理是利用多次呼吸和k空間線采樣技術(shù)提高超極化¹²⁹Xe動(dòng)態(tài)通氣成像的時(shí)空分辨率。傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)成像的時(shí)間分辨率取決于相位編碼步數(shù)N和重復(fù)時(shí)間TR，即N×TR。肺部呼吸是一種周期性運(yùn)動(dòng)，利用這種周期性，可以在每次呼吸過程中連續(xù)采集同一條相位編碼的k空間線（稱為k空間線采樣技術(shù)），不同呼吸采集不同的相位編碼，直至所有k空間數(shù)據(jù)采集完成。因此，該研究團(tuán)隊(duì)所提出的方法獲得的圖像時(shí)間分辨率為TR，比傳統(tǒng)方法提高了N倍。

動(dòng)態(tài)通氣成像的通氣、數(shù)據(jù)采集和k空間線填充策略示意圖

利用該技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)在脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的肺損傷大鼠肺內(nèi)檢測到氣體MRI信號(hào)--時(shí)間曲線顯著降低，并存在區(qū)域差異（圖2a-f）。基于此，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了一套動(dòng)態(tài)通氣功能定量參數(shù)體系，包括氣體到達(dá)時(shí)間（T_arrival）、信號(hào)峰值時(shí)間（T_peak）、吸氣速率（Flow_in）和呼氣速率（Flow_out）等（圖2g-i）。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)LPS誘導(dǎo)的肺損傷大鼠的吸氣和呼吸速率在肺葉水平存在異質(zhì)性，且部分肺葉的通氣速率顯著低于對(duì)照大鼠（P<0.05）。

肺內(nèi)氣體MRI信號(hào)--時(shí)間曲線；典型肺部動(dòng)態(tài)通氣特征時(shí)間、氣體流速分布圖及組間對(duì)比

相關(guān)研究以“Dynamic ventilation functional MRI of the lung with sub-millimeter spatial resolution and millisecond temporal resolution”為題發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。精密測量院博士后李紅闖和研究員李海東，以及海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院副主任醫(yī)師范麗為該論文的共同第一作者，精密測量院研究員周欣為該論文的通訊作者。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、湖北省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.014