MRI技术可以实时可视化心脏代谢

磁共振成像(MRI)已经成为医学不可缺少的一部分。它可以对身体和各种疾病的诊断提供独特的见解。然而，目前的MRI技术有其局限性:虽然它可以用来绘制器官和组织的结构和功能，但它不能用于绘制代谢变化，而代谢变化在许多疾病中起着关键作用。

这正是苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学生物医学工程研究所的研究人员现在的目标。塞巴斯蒂安·科泽尔克教授的团队正在推进核磁共振技术，以便能用它实时可视化新陈代谢。研究人员将注意力集中在心脏上，因为心脏的新陈代谢特别复杂，因为它可以从多种能量来源中选择。

“冰箱”让它成为可能

“心脏一直在运动，这使得成像成为一个巨大的挑战，”Kozerke说。另一个挑战是代谢分子的浓度很小，小到无法用常规方法捕获核磁共振成像。研究人员在超偏振核磁共振的帮助下成功地克服了这些障碍:借助它，研究人员可以将代谢分子的信号放大2.5万倍以上。

Kozerke的团队将超极化MRI应用于心脏和代谢成像的特殊需要。其结果是一个冰箱大小的设备与临床MRI机器一起运行。“冰箱”当然是名副其实的:增加信号强度它是一种糖中间体(丙酮酸)，在- 272摄氏度下进行深度冷冻，然后在微波的帮助下在磁场中磁化。一旦丙酮酸被加热到体温，它就可以像传统的造影剂一样被用于成像。

心脏病的迹象

这种新颖的方法能够实时、无创地显示心脏是如何代谢营养物质的——换句话说，它是如何将营养物质转化为可用能量的。传统的核磁共振成像可以显示心脏是否在跳动以及如何跳动，现在这种方法也可以揭示心脏从哪里获得能量。

能够详细地捕捉和理解这一点是一项重大进展，特别是在心脏病方面。新陈代谢问题可能是心脏疾病的早期迹象。例如:在正常情况下，心脏主要使用脂肪作为能量来源。然而，如果缺氧，心脏就会转向糖作为能量来源，因为糖代谢所需的氧气较少。如果医生能够通过成像检测到这些过程，他们就能在早期发现可能的缺氧。这将为治疗心血管疾病的病因铺平道路，而不仅仅是其后果。

心脏病发作后会发生什么

在与苏黎世大学外科研究中心的合作中，Kozerke的团队能够证明他们开发的方法在可视化心脏代谢方面确实做得很好。猪被用作模型，因为猪的心脏与人的心脏最相似。这使得详细绘制心脏病发作后的代谢变化成为可能。

除此之外，这项研究还揭示了心肌梗死后恢复的部分。Maximilian Fuetterer博士是该小组的主要作者，他们刚刚在《美国心脏病学会杂志:心血管影像学．

心肌发生了什么

与此同时，研究人员已经更进一步。在协作与苏黎世大学医院心脏中心心脏核磁共振主任罗伯特·曼卡教授一起，他们启动了第一个临床试验。有心力衰竭或心力衰竭危险因素的患者将接受检查。

“对我们这些医生来说，绘制心脏新陈代谢图非常有价值。在未来，这将使我们能够改善心脏病的诊断和预后，从而更贴近个人定制治疗，”Manka说。

因此，新的MRI方法可能成为个性化医疗的重要一步。曼卡希望这种创新的程序也能帮助医生理解为什么某些人在心脏病发作后会比其他人有更大的损伤:“新陈代谢可能在其中发挥了作用，但我们还不知道。在未来，我们将能够看到到底发生了什么心肌肉和它的细胞。”

但在此之前，仍有一些工作要做。该方法必须在未来几年的大型临床研究中证明自己。为此，Kozerke和他的研究人员将进一步完善“冰箱”原型的技术。