В момента магнитно-резонансната томография (ЯМР) се развива от традиционно структурно и функционално изобразяване към молекулярно изобразяване. Многоядрената ЯМР може да получи разнообразна информация за метаболитите в човешкото тяло, като същевременно поддържа пространствена резолюция, подобрява специфичността на откриване на физиологични и патологични процеси и в момента е единствената технология, която може да извършва неинвазивен количествен анализ на динамичния молекулярен метаболизъм при хора in vivo.
С задълбочаването на многоядрените ЯМР изследвания, те имат широки перспективи за приложение в ранния скрининг и диагностика на тумори, сърдечно-съдови заболявания, невродегенеративни заболявания, заболявания на ендокринната система, храносмилателната система и дихателната система, както и в бързата оценка на лечебния процес. Най-новата многоядрена платформа за клинични изследвания на Philips ще помогне на лекарите, специализирани в образна диагностика и клиницисти, да провеждат авангардни клинични изследвания. Д-р Сун Пенг и д-р Уанг Джиаженг от отдела за клинична и техническа поддръжка на Philips направиха подробно въведение в авангардното развитие на многоядрения ЯМР и посоката на изследване на новата многоядрена ЯМР платформа на Philips.
Магнитният резонанс е печелил Нобелова награда пет пъти в своята история, в областите на физиката, химията, биологията и медицината, и е постигнал голям успех в основните принципи на физиката, органичната молекулярна структура, динамиката на биологичните макромолекулни структури и клиничното медицинско изобразяване. Сред тях, магнитният резонанс се е превърнал в една от най-важните технологии за клинично медицинско изобразяване, широко използвана в диагностицирането на различни заболявания в различни части на човешкото тяло. С непрекъснатото подобряване на нуждите на здравеопазването, огромното търсене на ранна диагностика и бърза оценка на ефикасността насърчава развитието на магнитния резонанс от традиционното структурно изобразяване (T1w, T2w, PDw и др.), функционалното изобразяване (DWI, PWI и др.) до молекулярното изобразяване (1H MRS и многоядрено MRS/MRI).
Сложният контекст на 1H-базираната магнитно-резонансна технология, припокриващите се спектри и компресията вода/мазнини ограничават нейното пространство като технология за молекулярно изобразяване. Могат да бъдат открити само ограничен брой молекули (холин, креатин, NAA и др.) и е трудно да се получат динамични молекулярни метаболитни процеси. Базирайки се на различни нуклиди (23Na, 31P, 13C, 129Xe, 17O, 7Li, 19F, 3H, 2H), многоядрената магнитно-резонансна томография може да получи разнообразна метаболитна информация за човешкото тяло с висока резолюция и висока специфичност и в момента е единствената неинвазивна (стабилен изотоп, без радиоактивност; маркиране на ендогенни метаболити (глюкоза, аминокиселини, мастни киселини – нетоксичен) технология за количествен анализ на динамичните молекулярни метаболитни процеси при хората.
С непрекъснатите пробиви в хардуерните системи за магнитен резонанс, метода за бърза последователност (многолентов, спирален) и алгоритмите за ускорение (компресирано засичане, дълбоко обучение), многоядрената ЯМР/спектроскопия постепенно се развива: (1) очаква се тя да се превърне във важен инструмент за авангардни изследвания в областта на молекулярната биология, биохимията и човешкия метаболизъм; (2) С преминаването си от научни изследвания към клинична практика (редица клинични изпитвания, базирани на многоядрена ЯМР, са в ход, Фиг. 1), тя има широки перспективи в ранния скрининг и диагностика на рак, сърдечно-съдови, невродегенеративни, храносмилателни и респираторни заболявания, както и за бърза оценка на ефикасността.
Поради сложните физически принципи и високата техническа трудност в областта на ЯМР, многоядреният ЯМР е уникална изследователска област на няколко водещи инженерни изследователски институции. Въпреки че многоядреният ЯМР е постигнал значителен напредък след десетилетия на развитие, все още липсват достатъчно клинични данни, за да се развие тази област, за да обслужва наистина пациентите.
Базирайки се на постоянни иновации в областта на магнитно-резонансната томография (ЯМР), Philips най-накрая преодоля пречката в разработването на многоядрени ЯМР и пусна на пазара нова платформа за клинични изследвания с най-много нуклиди в индустрията. Платформата е единствената многоядрена система в света, получила сертификат за съответствие с безопасността на ЕС (CE) и сертификат от Американската агенция по храните и лекарствата (FDA), което позволява пълнофункционално многоядрено ЯМР решение на продуктово ниво: одобрени от FDA бобини, пълно покритие на последователността и стандартна реконструкция на операторската станция. Потребителите не е необходимо да бъдат екипирани с професионални физици по магнитен резонанс, кодови инженери и дизайнери на RF градиенти, което е по-лесно от традиционната 1H спектроскопия/изобразяване. Максимално намаляване на оперативните разходи за многоядрени ЯМР, свободно превключване между научноизследователски и клиничен режим, най-бързо възстановяване на разходите, така че многоядреният ЯМР да се превърне истински в клиника.
Многоядреният ЯМР сега е ключовата насока на „14-ия петгодишен план за развитие на индустрията за медицинско оборудване“ и е ключова технология за медицинско изобразяване, която ще пробие рутината и ще се комбинира с авангардна биомедицина. Екипът от учени от Philips China, воден от подобряването на научните изследвания и иновационните възможности на клиентите, проведе систематични изследвания на многоядрения ЯМР. Д-р Сун Пенг, д-р Уанг Джиаженг и др. първи предложиха концепцията за ЯМР-нуклеомика в ЯМР в биомедицината (водещ журнал на Първия регион на спектроскопията на Китайската академия на науките), която може да използва ЯМР въз основа на различни нуклиди за наблюдение на различни клетъчни функции и патологични процеси. По този начин може да се направи цялостна преценка и оценка на заболяванията и лечението [1]. Концепцията за ЯМР мултинуклеомика ще бъде бъдещата насока на развитие на ЯМР. Тази статия е първият систематичен преглед на многоядрения ЯМР в света, обхващащ теоретичните основи на многоядрения ЯМР, предклиничните изследвания, клиничната трансформация, разработването на хардуер, напредъка на алгоритмите, инженерната практика и други аспекти (Фигура 2). В същото време екипът от учени си сътрудничи с професор Сонг Бин от болницата в Западен Китай, за да завършат първата обзорна статия за клиничната трансформация на многоядрения магнитен резонанс в Китай, която беше публикувана в списание Insights into Imaging [2]. Публикуването на поредица от статии за многоядрения магнитен резонанс показва, че Philips наистина пренася границите на многоядреното молекулярно изобразяване в Китай, за китайските клиенти и за китайските пациенти. В съответствие с основната концепция „в Китай, за Китай“, Philips ще използва многоядрения магнитен резонанс, за да насърчи развитието на магнитния резонанс в Китай и да подпомогне каузата за здрав Китай.
Многоядреният ЯМР е нововъзникваща технология. С развитието на ЯМР софтуера и хардуера, многоядреният ЯМР се прилага за фундаментални и клинични транслационни изследвания на човешките системи. Уникалното му предимство е, че може да показва динамични метаболитни процеси в реално време при различни патологични процеси, като по този начин предоставя възможности за ранна диагностика на заболявания, оценка на ефикасността, вземане на решения за лечение и разработване на лекарства. Може дори да помогне за изследването на нови механизми на патогенеза.
За да се насърчи по-нататъшното развитие на тази област, е необходимо активното участие на клинични експерти. Клиничното разработване на многоядрени платформи е от решаващо значение, включително изграждането на основни системи, стандартизацията на технологиите, количественото определяне и стандартизацията на резултатите, изследването на нови сонди, интегрирането на множество метаболитни данни и др., в допълнение към разработването на по-перспективни многоцентрови проучвания, така че да се насърчи допълнително клиничната трансформация на усъвършенстваната многоядрена магнитно-резонансна томография (ЯМР). Твърдо вярваме, че многоядрената ЯМР ще осигури широка сцена за експерти по образна диагностика и клинични експерти за провеждане на клинични изследвания, а резултатите от нея ще бъдат от полза за пациенти по целия свят.
Време на публикуване: 09 декември 2023 г.