Наразі магнітно-резонансна томографія (МРТ) розвивається від традиційної структурної та функціональної візуалізації до молекулярної візуалізації. Багатоядерна МРТ дозволяє отримувати різноманітну інформацію про метаболіти в організмі людини, зберігаючи просторову роздільну здатність, покращуючи специфічність виявлення фізіологічних та патологічних процесів, і наразі є єдиною технологією, яка дозволяє неінвазивно проводити кількісний аналіз динамічного молекулярного метаболізму людини in vivo.
З поглибленням досліджень багатоядерної МРТ, вона має широкі перспективи застосування в ранньому скринінгу та діагностиці пухлин, серцево-судинних захворювань, нейродегенеративних захворювань, захворювань ендокринної системи, травної системи та дихальної системи, а також у швидкій оцінці процесу лікування. Найновіша багатоядерна клінічна дослідницька платформа Philips допоможе лікарям-клініцистам проводити передові клінічні дослідження. Доктор Сунь Пен та доктор Ван Цзячжен з відділу клінічної та технічної підтримки Philips детально розповіли про передові розробки багатоядерної ЯМР та напрямок досліджень нової багатоядерної МРТ-платформи Philips.
Магнітно-резонансна томографія п'ять разів за свою історію отримувала Нобелівську премію в галузях фізики, хімії, біології та медицини, і досягла значних успіхів у фундаментальних принципах фізики, органічній молекулярній структурі, динаміці біологічних макромолекулярних структур та клінічній медичній візуалізації. Серед них магнітно-резонансна томографія стала однією з найважливіших технологій клінічної медичної візуалізації, що широко використовується для діагностики різних захворювань у різних частинах людського тіла. З постійним удосконаленням потреб охорони здоров'я величезний попит на ранню діагностику та швидку оцінку ефективності сприяє розвитку магнітно-резонансної томографії від традиційної структурної візуалізації (T1w, T2w, PDw тощо), функціональної візуалізації (DWI, PWI тощо) до молекулярної візуалізації (1H MRS та багатоядерна MRS/MRI).
Складний контекст технології МРТ на основі 1H, перекриття спектрів та стиснення води/жиру обмежують її можливості як технології молекулярної візуалізації. Можна виявити лише обмежену кількість молекул (холін, креатин, NAA тощо), і важко отримати динамічні молекулярні метаболічні процеси. Базуючись на різноманітних нуклідах (23Na, 31P, 13C, 129Xe, 17O, 7Li, 19F, 3H, 2H), багатоядерна МРТ може отримати різноманітну інформацію про метаболіти людського організму з високою роздільною здатністю та високою специфічністю, і наразі є єдиним неінвазивним (стабільний ізотоп, відсутність радіоактивності; мічення ендогенних метаболітів (глюкоза, амінокислоти, жирні кислоти – нетоксичний) методом для кількісного аналізу динамічних молекулярних метаболічних процесів людини.
Завдяки постійним проривам у розробці апаратних систем магнітного резонансу, методів швидкої послідовності (багатодіапазонний, спіральний) та алгоритмів прискорення (стиснене зондування, глибоке навчання), багатоядерна МРТ-візуалізація/спектроскопія поступово розвивається: (1) очікується, що вона стане важливим інструментом для передових досліджень молекулярної біології, біохімії та метаболізму людини; (2) У міру переходу від наукових досліджень до клінічної практики (триває низка клінічних випробувань на основі багатоядерної МРТ, рис. 1), вона має широкі перспективи у ранньому скринінгу та діагностиці раку, серцево-судинних, нейродегенеративних, травних та респіраторних захворювань, а також у швидкій оцінці ефективності.
Через складні фізичні принципи та високу технічну складність галузі МРТ, багатоядерна МРТ є унікальною областю досліджень кількох провідних інженерних дослідницьких установ. Хоча багатоядерна МРТ досягла значного прогресу після десятиліть розвитку, все ще бракує достатніх клінічних даних для розвитку цієї галузі, щоб вона дійсно служила пацієнтам.
Завдяки постійним інноваціям у галузі МРТ, Philips нарешті подолала вузьке місце в розробці багатоядерної МРТ та випустила нову платформу для клінічних досліджень з найбільшою кількістю нуклідів у галузі. Ця платформа є єдиною у світі багатоядерною системою, яка отримала сертифікат відповідності ЄС вимогам безпеки (CE) та сертифікат Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами США (FDA), що дозволяє створювати повноцінне багатоядерне МРТ-рішення на рівні продукту: котушки, схвалені FDA, повне покриття послідовності та стандартна реконструкція станції оператора. Користувачам не потрібно бути оснащеними професійними фізиками магнітного резонансу, інженерами-програмістами та розробниками радіочастотних градієнтів, що простіше, ніж традиційна 1H спектроскопія/візуалізація. Максимізуйте зниження експлуатаційних витрат на багатоядерну МРТ, вільне перемикання між науковими дослідженнями та клінічним режимом, найшвидше окуплення витрат, щоб багатоядерна МРТ справді стала частиною клініки.
Багатоядерна МРТ зараз є ключовим напрямком «14-го п'ятирічного плану розвитку індустрії медичного обладнання» та ключовою технологією медичної візуалізації, що дозволяє вирватися за межі рутини та поєднатися з передовою біомедициною. Команда вчених Philips China, прагнучи покращити науково-дослідні та інноваційні можливості клієнтів, провела систематичні дослідження багатоядерної МРТ. Д-р Сунь Пен, д-р Ван Цзячжен та ін. вперше запропонували концепцію МРТ-нуклеоміки в ЯМР у біомедицині (головний журнал Першого регіону спектроскопії Китайської академії наук), яка може використовувати МРТ на основі різних нуклідів для спостереження за різноманітними функціями клітин та патологічними процесами. Таким чином, можна зробити комплексну оцінку захворювань та їх лікування [1]. Концепція МРТ-мультинуклеоміки буде майбутнім напрямком розвитку МРТ. Ця стаття є першим систематичним оглядом багатоядерної МРТ у світі, що охоплює теоретичні основи багатоядерної МРТ, доклінічні дослідження, клінічну трансформацію, розробку апаратного забезпечення, прогрес алгоритмів, інженерну практику та інші аспекти (Рисунок 2). Водночас команда вчених співпрацювала з професором Сун Бінем із Західнокитайської лікарні, щоб завершити першу оглядову статтю про клінічну трансформацію багатоядерної МРТ у Китаї, яка була опублікована в журналі Insights into Imaging [2]. Публікація серії статей про багатоядерну МРТ показує, що Philips справді виводить передові технології багатоядерної молекулярної візуалізації на новий рівень у Китаї, для китайських клієнтів та китайських пацієнтів. Відповідно до основної концепції «в Китаї, для Китаю», Philips використовуватиме багатоядерну МРТ для сприяння розвитку магнітного резонансу в Китаї та підтримки справи здорового Китаю.
Багатоядерна МРТ – це нова технологія. З розвитком програмного та апаратного забезпечення для МРТ, багатоядерна МРТ застосовується для фундаментальних та клінічних трансляційних досліджень систем людини. Її унікальна перевага полягає в тому, що вона може відображати динамічні метаболічні процеси в режимі реального часу при різних патологічних процесах, що забезпечує можливості для ранньої діагностики захворювань, оцінки ефективності, прийняття рішень щодо лікування та розробки ліків. Вона може навіть допомогти дослідити нові механізми патогенезу.
Для сприяння подальшому розвитку цієї галузі необхідна активна участь клінічних експертів. Розробка клінічної практики багатоядерних платформ має вирішальне значення, включаючи створення базових систем, стандартизацію технологій, кількісну оцінку та стандартизацію результатів, дослідження нових зондів, інтеграцію множинної метаболічної інформації тощо, на додаток до розробки більш перспективних багатоцентрових досліджень, з метою подальшого просування клінічної трансформації передової технології багатоядерної МРТ. Ми твердо переконані, що багатоядерна МРТ надасть широку платформу для проведення клінічних досліджень експертами з візуалізації та клініки, а її результати принесуть користь пацієнтам у всьому світі.
Час публікації: 09 грудня 2023 р.