超极化129Xe MR对早期COPD气血交换功能变化的定量研究

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) ranks first among the causes of disability in China, imposing a heavy economic burden on families and the country. The gas-blood exchange function, the evaluation of which is significant for the diagnosis and treatment of COPD, cannot be quantitatively and comprehensively measured using the traditional clinic diagnostic methods, such as pulmonary function tests (PFTs), computed tomography (CT) and X-ray, with non-invasion and non-ionization radiation. This project is intended to measure the pulmonary gas exchange function quantitatively and comprehensively in vivo using hyperpolarized xenon MR, in order to offer the new method and insights in diagnosing the early stage COPD with non-invasion and non-ionization radiation. To this aim, new MR pulse sequence to acquire the dynamics of the lung using hyperpolarized 129Xe with non-invasion and non-ionization radiation in vivo, and new pulmonary gas exchange model to extract the parameters of pulmonary gas exchange function quantitatively and comprehensively will be developed.

慢性阻塞性肺部疾病（COPD）是我国致残率第一的疾病，给众多家庭和国家造成了沉重的经济负担。然而，目前临床上的常规诊断方法，如肺功能检查、CT、胸透等，都不能无电离辐射、全面、定量和可视化地观测肺部气血交换功能，而此功能的评价对COPD疾病的诊断和预后有重要意义。本研究拟采用磁共振的前沿技术——超极化129Xe为气体MRI造影剂，发展新的磁共振脉冲序列（CSSR-DEPT）获得活体肺部气血交换动力学新数据，建立新的气血交换模型来无损、全面、定量地分析肺部交换功能的生理参数，以期能给COPD的早期诊断和治疗提供磁共振（MR）的新方法和新指标。

CT和肺功能检测（PFTs）是临床最常用于诊断和评估慢阻肺（COPD）引起的肺部结构和功能变化的检测技术。然而，CT影像主要用于肺实质结构变化的检测，且具有电离辐射，PFTs只能对肺部整体的通气功能进行评估。这两种检测技术都不能在慢阻肺早期对其出现的气血交换功能变化进行直接的定量检测，使得COPD的早期诊断充满挑战。本项目基于具有超高磁共振灵敏度的超极化129Xe气体磁共振技术，设计完成一套用于小动物超极化Xe气体磁共振实验的系统平台,，其中包括小动物超极化气体传输系统、磁共振成像线圈和肺部呼吸监控等；发展了基于超极化Xe气体测量动物肺部结构和气血交换功能的脉冲序列，获得了活体大鼠肺部的气血交换过程动力学数据；建立了用于实验的大鼠COPD模型（包括香烟烟熏+LPS诱导模型等），并通过采用生理切片的方式对进行了验证。在此基础上，利用发展的用于肺部气血交换功能测量的脉冲序列及对应的肺部模型，对健康肺部和COPD模型大鼠肺部的气血交换功能进行定量、可视化测量，实现了对COPD引起的肺部气血交换功能变化的定量可视化评估，获得了早期COPD大鼠模型中肺部气血交换功能的变化特征，我们发展的肺部气血交换功能定量测量技术有望在临床前人体试验中进行应用验证。本项目在执行期间发表SCI论文3篇，申请发明专利4件，其中授权2件。