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病人的福音!加开发新医疗影像技术 可加速病症研究

2013.7.29

  据加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)报道,该校科研人员开发出一种最新的核磁共振影像(MRI)技术,可以检测更加细微的多发性硬化症,为治疗提供了更新的手段。

  多发性硬化症发生,是当人的免疫细胞攻击髓磷脂,也就是环护神经纤维的阻隔层时,导致髓磷脂崩溃,阻遏神经元间的电信号传递,症状包括麻木、衰弱、失明、颤抖、头晕眼花和疲劳。

  一直以来,分析MRI每秒回波数,被认为是确定人组织结构变化的灵敏手段,但计算可用的图形非常困难。新技术通过分析MRI扫描仪获取的电磁波频率,而非以往分析波形。UBC的科研人员和附属医院门诊医生用新、旧两种设备每月扫描一次,持续了半年,并分析了20位病患的核磁共振脑扫描频率。一旦髓磷脂出现组织损伤,传统核磁共振扫描仪会显示,基于频率的新型核磁共振扫描,早于传统扫描仪之前两个月发现了状况,精确分析组织损伤区域,发现频率发生了变化,即提前发现了组织损伤。

  上述研究成果刊登在《神经病学(Neurology)》期刊上。研究人员认为,由于新的核磁共振技术对病变反映更灵敏,据此可开展更为精细研究,如开发新药、更早确定治疗方案,减缓甚至阻止髓磷脂的崩溃。

  关于核磁共振成像

  核磁共振成像(英语:Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称NMRI),又称自旋成像(spin imaging),也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称MRI),台湾又称磁振造影,香港又称磁力共振成像,是利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,简称NMR)原理,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的结构图像。

  将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用,大大加快了核磁共振成像的速度,使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

  从核磁共振现象发现到MRI技术成熟这几十年期间,有关核磁共振的研究领域曾在三个领域(物理、化学、生理学或医学)内获得了6次诺贝尔奖,足以说明此领域及其衍生技术的重要性。

  核磁共振成像的原理概述

  核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理,故常将这门技术称为“磁共振成像”。

  核磁共振成像的“核”指的是氢原子核,因为人体的约70%是由水组成的,MRI即依赖水中氢原子。

  当把物体放置在磁场中,用适当的电磁波照射它,以改变氢原子的旋转排列方向,使之共振,然后分析它释放的电磁波,由于不同的组织会产生不同的电磁波讯号,经电脑处理,就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。

  原子核在进动中,吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲,即外加交变磁场的频率等于拉莫频率,原子核就发生共振吸收,去掉射频脉冲之后,原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来,称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。

  MRI在医学上的应用

  氢核是人体成像的首选核种:人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物,所以氢核的核磁共振灵活度高、信号强,这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。 NMR信号强度与样品中氢核密度有关,人体中各种组织间含水比例不同,即含氢核数的多少不同,则NMR信号强度有差异,利用这种差异作为特征量,把各种组织分开,这就是氢核密度的核磁共振图像。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、弛豫时间T1、T2三个参数的差异,是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。

  当施加一射频脉冲信号时,氢核能态发生变化,射频过后,氢核返回初始能态,共振产生的电磁波便发射出来。原子核振动的微小差别可以被精确地检测到,经过进一步的计算机处理,即可能获得反应组织化学结构组成的三维图像,从中我们可以获得包括组织中水分差异以及水分子运动的信息。这样,病理变化就能被记录下来。

  人体2/3的重量为水分,如此高的比例正是磁共振成像技术能被广泛应用于医学诊断的基础。人体内器官和组织中的水分并不相同,很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化,即可由磁共振图像反应出来。

  MRI所获得的图像非常清晰精细,大大提高了医生的诊断效率,避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂,因此对人体没有损害。MRI可对人体各部位多角度、多平面成像,其分辨力高,能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系,对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断,尤其是早期肿瘤的诊断有很大的价值。

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