Ученые физического факультета и факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова продемонстрировали возможность визуализации всего объема легких методом МРТ на ядрах фтора-19 (19F МРТ) в слабом магнитном поле (0,5 Тл). Не вполне удачные попытки подобных исследований с участием фторсодержащих газов уже предпринимались, но только в полях больше 1,5 Тл. Важным результатом проведенных в МГУ работ является применение метода 19F МРТ именно в слабом поле, поскольку поля более 1 Тл не могут использоваться в магнитах открытого типа и компактных переносных МРТ-сканерах, необходимых для экспресс-анализа дыхательных путей и более широкого, нежели сейчас, клинического применения. Новый подход к применению фторсодержащих агентов кроме решения морфологических проблем пульмонологии дает уникальную возможность функциональной диагностики дыхательной системы, что чрезвычайно важно при заболеваниях, связанных с поражением легких, в том числе при COVID-19. Работа опубликована в международном журнале Magnetic Resonance in Medicine (Q1). Отмечая особую ценность публикации, редакция поместила представленные в статье изображения на обложку журнала.
Такие заболевания, как коронавирусная пневмония, хроническая обструктивная болезнь легких, астма, рак легких, ОРВИ и др. требуют постоянного систематического мониторинга и лечения. В их диагностике используются в основном методы флюорографии и КТ, реже – методы позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Для мониторинга пневмонии у больных COVID-19 сегодня чаще всего применяется КТ. Однако все эти методы не годятся для многократной систематической диагностики, так как используют вредное для организма ионизирующее излучение.
Команда исследователей физического факультета, факультета фундаментальной медицины МГУ и ИНЭОС РАН предложила применять для визуализации легких доступный и малозатратный метод МРТ на ядрах фтора-19 в слабом поле (0,5 Тл) с использованием фторсодержащих газов как контрастных агентов. Этот метод безопасен и намного более информативен, чем указанные выше аналоги.
«Потенциально МРТ является идеальным инструментом визуализации легких, поскольку этот метод неинвазивный, не использует ионизирующего излучения и может применяться многократно и систематически. Переход такого рода измерений в слабые поля всегда считался проблематичным из-за меньшей чувствительности метода. Нам удалось кардиального повысить чувствительность слабопольной МРТ на ядрах фтора за счет применения нового контрастного агента (газ октафторциклобутан), который ранее не использовался для этих целей. Высокая чувствительность этого газа в 19F МРТ, а также ряд его положительных релаксационных характеристик позволили получать отчетливые 3D 19F МРТ-изображения легких человека всего за 40 с в поле 0,5 Тл, а также неинвазивно изучать параметры функциональной деятельности легких – формирование фиброзных патологий, процессов оксигенации легочных тканей», – рассказала аспирант физического факультета, сотрудник лаборатории магнитной томографии и спектроскопии Ольга Павлова.
Эти методы пока не применяются в клинической практике, но активно используются в преклинических биомедицинских исследованиях. Сами же фторированные газы интактны, многие из них в клинике хорошо известны и применяются для контрастирования изображений в ультразвуковой диагностике и офтальмологии (в глазной хирургии), что позволяет без проблем перейти от доклинических исследований на лабораторных животных к людям. Соавтор статьи, сотрудник ИНЭОС РАН Лев Гервиц уверен, что газ октафторциклобутан особенно перспективен как контрастный агент при МРТ-визуализации. Входящие в молекулу этого газа 8 магнитно-эквивалентных ядер фтора-19 создают интенсивную синглетную линию в спектре ЯМР, формируя мощный МРТ-сигнал на ларморовой частоте ядер фтора.
Работа проводилась на МРТ-сканере 0,5 Тл, предназначенном для клинического и научного применения. Этот томограф входит в комплекс уникальных научных установок в составе приборов центра коллективного пользования МГУ «Биоспектротомография».
«Отличительной особенностью этого сканера является открытое программное обеспечение, позволяющее адаптировать его к регистрации не только ядер водорода (т.е. протонов), но и целого набора таких перспективных для функциональной диагностики ядер, как натрий-23, фосфор-31, углерод-13 и фтор-19. Более того, разработанные доктором физико-математических наук Николаем Анисимовым новые элементы приемо-передающего тракта сделали этот прибор единственным в мире устройством, способным регистрировать МРТ-сигнал в общей сложности на 10 различных ларморовых частотах», – прокомментировал профессор физического факультета Юрий Пирогов, координатор ЦКП «Биоспектротомография» и руководитель представленных в статье исследований, выполненных при поддержке междисциплинарного гранта РФФИ
№ 19-29-10015.
Рисунок: функциональная схема модифицированного приемо-передающего тракта томографа.
Такие заболевания, как коронавирусная пневмония, хроническая обструктивная болезнь легких, астма, рак легких, ОРВИ и др. требуют постоянного систематического мониторинга и лечения. В их диагностике используются в основном методы флюорографии и КТ, реже – методы позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Для мониторинга пневмонии у больных COVID-19 сегодня чаще всего применяется КТ. Однако все эти методы не годятся для многократной систематической диагностики, так как используют вредное для организма ионизирующее излучение.
Команда исследователей физического факультета, факультета фундаментальной медицины МГУ и ИНЭОС РАН предложила применять для визуализации легких доступный и малозатратный метод МРТ на ядрах фтора-19 в слабом поле (0,5 Тл) с использованием фторсодержащих газов как контрастных агентов. Этот метод безопасен и намного более информативен, чем указанные выше аналоги.
«Потенциально МРТ является идеальным инструментом визуализации легких, поскольку этот метод неинвазивный, не использует ионизирующего излучения и может применяться многократно и систематически. Переход такого рода измерений в слабые поля всегда считался проблематичным из-за меньшей чувствительности метода. Нам удалось кардиального повысить чувствительность слабопольной МРТ на ядрах фтора за счет применения нового контрастного агента (газ октафторциклобутан), который ранее не использовался для этих целей. Высокая чувствительность этого газа в 19F МРТ, а также ряд его положительных релаксационных характеристик позволили получать отчетливые 3D 19F МРТ-изображения легких человека всего за 40 с в поле 0,5 Тл, а также неинвазивно изучать параметры функциональной деятельности легких – формирование фиброзных патологий, процессов оксигенации легочных тканей», – рассказала аспирант физического факультета, сотрудник лаборатории магнитной томографии и спектроскопии Ольга Павлова.
Эти методы пока не применяются в клинической практике, но активно используются в преклинических биомедицинских исследованиях. Сами же фторированные газы интактны, многие из них в клинике хорошо известны и применяются для контрастирования изображений в ультразвуковой диагностике и офтальмологии (в глазной хирургии), что позволяет без проблем перейти от доклинических исследований на лабораторных животных к людям. Соавтор статьи, сотрудник ИНЭОС РАН Лев Гервиц уверен, что газ октафторциклобутан особенно перспективен как контрастный агент при МРТ-визуализации. Входящие в молекулу этого газа 8 магнитно-эквивалентных ядер фтора-19 создают интенсивную синглетную линию в спектре ЯМР, формируя мощный МРТ-сигнал на ларморовой частоте ядер фтора.
Работа проводилась на МРТ-сканере 0,5 Тл, предназначенном для клинического и научного применения. Этот томограф входит в комплекс уникальных научных установок в составе приборов центра коллективного пользования МГУ «Биоспектротомография».
«Отличительной особенностью этого сканера является открытое программное обеспечение, позволяющее адаптировать его к регистрации не только ядер водорода (т.е. протонов), но и целого набора таких перспективных для функциональной диагностики ядер, как натрий-23, фосфор-31, углерод-13 и фтор-19. Более того, разработанные доктором физико-математических наук Николаем Анисимовым новые элементы приемо-передающего тракта сделали этот прибор единственным в мире устройством, способным регистрировать МРТ-сигнал в общей сложности на 10 различных ларморовых частотах», – прокомментировал профессор физического факультета Юрий Пирогов, координатор ЦКП «Биоспектротомография» и руководитель представленных в статье исследований, выполненных при поддержке междисциплинарного гранта РФФИ
№ 19-29-10015.
Рисунок: функциональная схема модифицированного приемо-передающего тракта томографа.