磁共振化学交换饱和转移(CEST)技术是一种可以无创测量生物体组织代谢物的分子影像新方法,利用代谢物上不稳定基团与水分子的化学交换过程,实施mM量级微弱代谢信号的探测和成像。由于硬件系统承载能力、成像时间和射频热效应等因素的联合制约,现有CEST技术探测代谢物的能力显著低于理论水平。

  中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣团队吴垠研究员课题组在超灵敏CEST成像技术研究方面取得重要突破,在国际上首创准稳态(QUASS)成像策略。该方法结合自选锁定理论,建立代谢物分子信号与关键成像参数的物理模型,通过求解自选锁定弛豫率,进而解析代谢分子信号的理论极值。该方法成功突破硬件系统等因素限制,在扫描时间压缩80%以上时仍可准确重建代谢分子在理想成像条件下的最强信号,为超灵敏分子成像提供全新途径。该方法同时解决了CEST信号高度依赖射频脉冲标记时间等关键成像参数的问题,为CEST标准化成像提供全新思路。相关研究成果发表于磁共振成像领域顶级期刊《Magnetic Resonance in Medicine》(2021;86(2):943-953)。

  图1. QUASS CEST技术显著提高微弱分子信号的探测灵敏度

  QUASS CEST技术目前已成功实现临床转化应用,在脑肿瘤蛋白分子(APT)、骨骼肌能量代谢肌酸分子(CrCEST)等快速精准成像中发挥重要作用,为临床相关疾病的精准诊疗提供可靠途径。相关成果分别发表在《NeuroImage: Clinical》(2022; 33:102890)和《Magnetic Resonance in Medicine》(2022;88(1):322-331)上,充分证实该技术在超灵敏分子成像中的广泛适用性和一致稳定性。

  图2. QUASS技术成功实现肿瘤蛋白分子(APT)快速精准成像

  图3. QUASS技术成功实现能量代谢肌酸分子(CrCEST)快速精准成像

  吴垠研究员在肿瘤代谢成像方面取得的一系列成果,入选国家自然科学基金“肿瘤演进与诊疗的分子功能可视化研究”重大研究计划中期评估亮点工作,并受邀参与编纂CEST领域首部国际专家共识《Review and Consensus Recommendations on Clinical APT-weighted Imaging Approaches at 3T: Application to Brain Tumors》(Magnetic Resonance in Medicine 2022;88:546-574)。目前,QUASS CEST超灵敏分子成像技术已在上海联影3T和5T磁共振系统装机,助力临床精准诊疗。

  上述研究工作得到了国家自然科学基金重大研究计划重点项目、面上项目以及深圳市优秀科技创新人才培养(杰出青年基础研究)等项目的支持。