从厘米到毫米 从“看见”到“看准”上海交大团队在脑影像科研领

  得益于成像技术的发展,人类对生命的探索获得了“透视”的法宝,从骨骼到软组织,看得“更深”“更多”使得医生能够从组织解剖学角度来判断病灶,助力治疗。但是,这些信息还远远不够。如果能够通过影像学方法就能知道病灶的发展趋势,不用开刀切片化验就能知道肿瘤性质、快速获知药物疗效,这对疾病的预防、治疗和预后效果都将带来巨大提升。记者日前从上海交通大学获悉,上海交大-联影医学影像先进技术研究院名誉院长、美国伊利诺伊大学教授、国际著名磁共振专家梁志培教授的团队在脑影像领域取得突破性进展,实现超高分辨率脑代谢物图谱快速成像。交大-联影医学影像研究院院长杜一平教授和李瑶副教授的团队与梁教授团队合作,在这项技术的进一步发展和临床应用上取得了重要的成果,未来将为脑肿瘤、抑郁症、阿尔茨海默病等脑疾病的精准治疗提供前所未有的技术支持。

  捕获代谢物的微小信号脑肿瘤在哪儿、有多大,目前普遍应用于临床的影像技术能够透视软组织,医生从解剖学角度根据病灶成像的阴影明确边界就能判断。但是,要判断肿瘤是良性还是恶性,是何种亚型,没有结构差异的病灶如何鉴别,则需要获取更深层次的代谢和功能信息。实际上,除了结构的变化,从更微观的视角来观察,大脑中参与能量转化的代谢物也在发生变化,它们能够为疾病的诊治提供更精准信息。而一些代谢化合物可以通过核磁共振捕捉微弱信号,这些数据形成的图谱就能为医生和研究者提供参照。国家千人、致远讲席教授杜一平教授说:“这类代谢物很多,例如胆碱化合物峰值出现的时候多是肿瘤、炎症,降低时可能是中风;胶质细胞标志物肌醇浓度峰值表现在阿尔茨海默病等,降低见于恶性肿瘤、慢性肝性脑病等。”李瑶副教授说:“像抑郁症或是精神分裂症患者,从组织结构上来看它们的大脑与常人无异,可望从代谢物提供的信息为精准诊断和治疗提供生理学依据。”

  人工智能突破瓶颈通过影像技术捕捉人体内的代谢信息,一直是国际研究的聚焦点和重大挑战之一。常规的医学影像成像技术处理的是“光的明暗”,通过片子上的明暗深浅来呈现骨骼、组织的画面。而代谢图谱则要捕捉每个像素单位空间里的十余种代谢化合物的信息,数据海量,因此成像时间长、清晰度低,所以这项技术发展缓慢,近二三十年的研发也未能进入临床日常应用。此次团队发挥交叉学科优势,梁教授团队还包括美国伊利诺伊大学林帆博士和哈佛医学院马超博士,上海交大团队成员的学科背景也囊括生物医学工程、数学、计算机、生理学等,新成果除了在信息学领域取得信号处理理论突破外,还将人工智能技术应用其中,取得很好的效果。杜一平教授解释说:“人的大脑有许多共同特征,我们在此前的研究基础上,用人工智能方法助力,系统只需要识别人脑中不同的部分,用更智能的方法在海量数据中寻找出特异性的部分,因此成像时间大大缩短,分辨率也提高了很多。”团队目前实现了7分钟全脑毫米级分辨率成像,而此前技术如果要实现同样分辨率需要至少1小时才能成像。

  “此前技术水平要让病人在核磁共振上完全不动扫描半个多小时才能获得有效数据,如此效率根本不现实。这也是为什么这项技术在国内未能进入临床的原因。因此,从厘米级到毫米级的进展打破了进入临床的瓶颈,从应用层面来说可谓‘从无到有’。”杜教授表示,借助上海交大-联影研究院平台,团队将在最先进的核磁共振设备的助力下,有望实现5分钟成像。

  目前,这项研究已经进入临床验证,应用于一例中风病人和一例肿瘤病人。未来这项技术将应用于脑、心脏、肝脏等疾病的诊断、治疗方案、疗效监测和预后。“应用于病变之前可以通过捕捉代谢变化更早更准确地测定肿瘤。而对于精神疾病等,可以通过代谢信息预测疾病发展,对相似疾病的指导用药快速实现精准。通过大量研究,这些应用都将变成现实。而现在,这项技术毫无疑问将率先在中国落地,领跑国际。”(本报记者 易蓉)

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