一种全新的脑成像技术能够在短短12分钟内揭示与肿瘤和神经系统疾病相关的代谢异常。这项技术结合了超快J分辨磁共振波谱成像（MRSI）与基于物理信息的机器学习重建算法，能够检测出结构异常出现之前的细微分子变化。根据发表在《自然生物医学工程》期刊上的一项研究，该技术具有显著的临床潜力。
“理解大脑如何运作，以及它在受伤或患病时发生了什么问题，被认为是当今科学界最激动人心且最具挑战性的课题之一。”伊利诺伊大学电气与计算机工程教授、该研究的资深作者梁志培（Zhi-Pei Liang）在一份新闻稿中表示，“我们的新技术为MRI的大脑成像能力增添了另一个维度：可视化脑代谢，并检测与脑部疾病相关的代谢变化。”
与传统MRI捕捉解剖细节或功能性磁共振成像（fMRI）通过血氧水平间接反映神经活动不同，MRSI能够检测多种内源性脑代谢物的共振信号。这些代谢物包括神经递质如谷氨酸和谷氨酰胺，以及胆碱、乳酸和肌醇等生物标志物。这种生化信息有望提高脑部疾病诊断的敏感性和特异性。
“代谢和生理变化通常在结构和功能异常变得可见之前就已经发生，”该研究的第一作者、伊利诺伊大学博士后研究员赵一博（Yibo Zhao）表示，“因此，代谢成像可以实现早期诊断和干预。”
研究人员在健康个体、脑肿瘤患者以及多发性硬化症患者中测试了这项技术。在健康大脑中，它成功绘制了神经递质水平的区域差异；在患有少突胶质细胞瘤的患者中，它能够区分II级和III级肿瘤——识别出临床MRI无法区分的高级别肿瘤中升高的胆碱和乳酸水平。在多发性硬化症病例中，该方法甚至能够在标准扫描显示病变变化前约70天检测到神经炎症特征和神经元活动减少。
全脑扫描仅需12.5分钟，比典型的MRSI方案快得多，这得益于超快速光谱采集与机器学习算法的协同作用，后者能够以高精度分离低浓度的光谱特征。此外，J分辨光谱编码的应用还实现了对重叠峰的更好分离，从而减少了代谢物分配中的歧义。
重要的是，这项技术兼容标准的3T临床MRI系统，因此无需专门硬件即可在常规医院环境中部署。
“高分辨率全脑代谢成像具有显著的临床潜力，”梁志培表示，“随着医疗保健向个性化、预测性和精准医学迈进，这项技术可以提供及时有效的工具来满足迫切的未满足需求。”
作者还指出，这种方法可能在研究神经退行性疾病、创伤性脑损伤和精神疾病方面也具有价值，将其应用范围扩展到肿瘤学和自身免疫疾病之外。
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