超快速12分钟磁共振成像绘制脑化学图谱实现症状前疾病检测

由伊利诺伊大学贝克曼先进科学技术研究所成员、电气与计算机工程教授梁志培（Zhi-Pei Liang）领导的团队在《自然·生物医学工程》期刊上发表了这项突破性研究成果。

"理解大脑工作机制以及损伤或疾病状态下的异常变化，是本世纪最具挑战性的科学探索之一。"梁志培表示，"过去四十年间，磁共振成像在揭示大脑奥秘方面发挥了关键作用。我们的新技术为脑成像增添了新维度——实现了脑代谢可视化及脑疾病相关代谢改变的检测。"

传统MRI技术可提供高分辨率脑结构成像，功能磁共振成像（fMRI）通过检测血流与血氧水平变化来映射脑活动。但该研究的博士后研究员、论文第一作者赵一博指出，这些技术无法获取重要的脑代谢信息。

"代谢和生理变化往往早于结构或功能异常出现于传统MRI/fMRI影像。因此代谢成像技术可实现脑疾病的早期诊断和干预。"赵一博强调。

新技术通过磁共振波谱成像（MRSI）同时检测脑代谢物、神经递质和水分子信号。这种多参数成像不仅揭示脑功能与疾病进程，更能显著提升脑疾病检测的敏感性和特异性。

针对传统MRSI存在的扫描时间长、神经递质信号易受噪声干扰等难题，该团队采用超快速数据采集与物理驱动机器学习融合的创新方案，将全脑扫描时间缩短至12.5分钟。

在临床验证中，研究人员发现：健康受试者不同脑区间存在显著的代谢与神经递质活性差异；不同分级的脑肿瘤虽在常规MRI表现相似，但胆碱和乳酸等代谢物水平呈现特异性改变；在多发性硬化症患者中，该技术可提前70天检测到神经炎症反应相关的分子变化。

梁志培指出，这种高时空分辨率代谢成像技术具有广泛临床应用前景：通过动态监测代谢变化可评估神经疾病治疗效果，基于个体代谢特征实现精准医疗。该技术回应了诺贝尔奖得主Paul Lauterbur对临床代谢成像的愿景，为个性化医疗提供了新型无创评估工具。

该研究获得Arnold and Mabel Beckman基金会资助。值得关注的是，该技术可与超快速三维磁共振脑成像、压缩感知重建等前沿技术结合，未来或可实现全脑代谢动力学与生理脉动的同步监测。