吸氙气·穿“马甲”·“点亮”肺

——专访中科院武汉物数所“点亮肺部”项目首席科学家周欣 

　　给人体照一张CT，骨骼清晰可见，肺部却是一片黑暗。

　　原来，CT分辨率高，适于“侦探”实体物质。而肺部是一个空腔组织，含有大量肺泡，所以肺部在传统影像检测手段下几乎成为“盲区”。

　　由中科院武汉物数所波谱与原子分子物理国家重点实验室周欣研究员领衔的研究团队，历时五年攻关，获得中国首幅超极化氙—129人体肺部磁共振影像。

　　让健康“杀手”无处遁形，“点亮”肺部的角角落落，不仅能“读懂”肺部气体与气体交换的信息，而且能“捕获”气体与血交换的信息，早期发现、全面评价肺部功能，中国科学家是如何做到的?新华社记者专访了37岁的哈佛“海归”周欣研究员。

　　吸氙气、穿“马甲”

　　记者：“亮肺”检测中，患者需要怎么做？

　　周欣：整个过程很快，患者也会很舒适，因为采用无注射、非介入的方式。我们会制备好超极化的氙气(氙—129)，密封在一个袋子里。患者只需像喝牛奶一样，把氙气吸进去，然后屏住呼吸。再穿上一个“小马甲”，经过几秒钟的扫描就可以获得磁共振影像。

　　记者：为什么要穿“马甲”?几秒就够了么?比X光还快?

　　周欣：“马甲”相当于一部手机，帮助接收来自肺部气体的信号。超极化的气体信号很强，大约6秒钟就能获取8幅肺部不同断层的磁共振影像。单幅影像时间更短。

　　超极化——气体信号增强44000倍

　　记者：其中的基本原理是什么?

　　周欣：关键词是超极化。这个科学名词通俗理解就是增强气体信号的强度。我们这项技术，即人体肺部超极化气体磁共振技术，通过“两步走”实现磁共振信号增强44000倍，从而“点亮”肺部。第一步通过激光把光子角动量转移到电子，第二步由电子再转移到磁共振的核上。简单而言，光到电子、再到核。

　　每个人身体都有水，水分子中的质子进行自旋。自旋大约一半朝上，一半朝下，就基本抵消了。我们的技术，让微观世界的原子核自旋的“陀螺”朝一个方向旋转，角动量积聚而非抵消，从而极大增强气体信号，进而让肺部气体“可视”成为可能。

　　氙气惰性气体无介入毒无害

　　记者：为什么选择氙气做超极化?

　　周欣：这项技术研发的初衷，就是为了服务肺病诊断，减轻患者痛苦。所以，我们选择的气体造影剂必须无毒无害。

　　氙气是一种惰性气体，类似空气中的氮气。人正常呼吸的是氧气和氮气。检测中，相当于用氙气替代了氮气。吸入的氙气，不与人体组织产生化学反应，无毒无害。此外，氙气还有具有无生物背景噪音的优点。

　　记者：听说国外有采用超极化氦-3气体做肺部检测的?

　　周欣：的确有国外同行采用氦-3气体。但是现在他们大多数也转而采用氙气了。有两点原因，一是，相比氙气，氦-3气体资源在地球上及其稀缺，制备的成本非常高，大面积应用于临床有一定的挑战。二是，肺功能主要体现在气体与气体交换，气体与血液交换两个方面。氦-3只能检测气体与气体交换，检测不了气血交换，而氙气两种都可以检测。

　　记者：CT一般最少三个月一次。氙气超极化检测肺部有时间间隔要求么?

　　周欣：无毒无害，没有时间间隔要求。

　　数据分析呈现“立体”的肺

　　记者：从“点亮”的肺部影像里我们能看到什么?

　　周欣：影像能显示完整的肺部结构，气管、支气管、肺叶清晰可见。同时，对于肺部通气功能、气血交换的生理功能也进行定量的评价，比如肺部气血交换时间、肺部氧消耗能力的空间分布等，现在都能看到。更重要的是，增强44000的气体信号，经过后期数据处理，能展示肺部3D立体重建效果图。

　　记者：您电脑上立体肺部影像中蓝蓝红红的点表示什么?

　　周欣：红色表示信号强，表示肺部此处通气功能相对较好，蓝色表示信号弱，表示通气功能相对较差。

　　三至五年进入临床

　　记者：这项技术和相关设备什么时候能进入临床?

　　周欣：这项技术尚处于临床前试验阶段，还需要对慢性阻塞性肺病、哮喘、肺癌等不同肺部疾病获取大量数据后，才能正式进入临床，这个过程至少需要三至五年时间。

　　记者：费用大概多少?

　　周欣：我们目前尚未考虑成本问题，首要问题是该技术能够在临床诊断中发挥作用。我们相信，随着临床应用的开展和氙气制备规模化，诊断成本会逐步降低。