学术背景与问题提出

呼吸系统疾病在全球范围内对医疗系统造成了巨大的负担。尽管现有的肺功能检测手段（如常规肺活量测定法）能够帮助诊断和监测疾病，但这些方法在早期疾病检测中的敏感性较低，且无法提供肺部区域功能异质性的信息。这导致一些局部病理变化（如局部气道疾病和通气障碍）可能被整体肺功能检测所掩盖。目前，临床影像学技术（如胸部X光、CT和PET）虽然能够提供空间定位信息，但依赖于电离辐射，存在累积致癌风险，限制了其在长期评估中的应用。

肺部MRI（磁共振成像）相较于其他器官的MRI发展较慢，主要由于肺部低水密度和空气-水界面导致的磁场不均匀性。然而，随着新型MRI技术的发展，许多障碍已被克服，使得定量评估肺部区域结构和功能成为可能。这些技术进步有望提高早期疾病检测和治疗干预的监测能力。

研究目的

本研究旨在通过吸入全氟丙烷（perfluoropropane）的氟19（19F）MRI技术，评估哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者以及健康参与者的区域肺通气特性，并定量评估呼吸系统疾病患者对支气管扩张剂的反应。

研究团队与发表信息

该研究由来自英国纽卡斯尔大学和谢菲尔德大学的研究团队完成，主要作者包括Benjamin J. Pippard、Mary A. Neal等。研究于2024年12月发表在《Radiology》期刊上，题为《Assessing Lung Ventilation and Bronchodilator Response in Asthma and Chronic Obstructive Pulmonary Disease with 19F MRI》。

研究方法与流程

研究设计与样本

这项前瞻性、双中心研究于2019年7月至2022年9月期间招募了哮喘和COPD患者，并于2018年5月至2019年6月期间招募了健康参与者。所有参与者均接受了常规肺活量测定、质子MRI和吸入79%全氟丙烷与21%氧气混合气体后的19F MRI检查。对于哮喘和COPD患者，在雾化沙丁胺醇（salbutamol）后重复了肺活量测定和MRI测量。通气缺陷百分比（VDP）通过全氟丙烷分布计算得出，并使用线性混合效应模型评估不同组别之间及支气管扩张剂使用前后的VDP差异。

研究流程

1. 参与者招募与筛选：健康参与者来自纽卡斯尔和谢菲尔德的大学和医疗机构，哮喘和COPD患者则来自两家医院的呼吸科门诊。所有参与者均签署了知情同意书。
2. 肺活量测定：由经验丰富的呼吸科医生使用CareFusion肺活量计进行，哮喘和COPD患者在MRI检查前和雾化沙丁胺醇后20分钟分别进行肺活量测定。
3. MRI检查：使用3T MRI扫描仪进行，参与者仰卧位，吸入全氟丙烷混合气体后进行三维19F MRI扫描。扫描过程中，参与者进行深呼吸并屏气，以获取通气图像。
4. 图像分析：使用MATLAB和内部开发的软件对MRI图像进行分析，计算VDP值。

主要研究结果

研究共评估了35名哮喘患者（平均年龄50岁）、21名COPD患者（平均年龄69岁）和38名健康参与者（平均年龄41岁）。结果显示，COPD患者的19F MRI衍生的VDP显著高于哮喘患者和健康参与者（几何平均值分别为27.2%、8.3%和1.8%）。支气管扩张剂使用后，哮喘患者的VDP减少了33%（从8.3%降至5.6%），COPD患者的VDP减少了14%（从27.2%降至23.3%）。

结论与意义

研究表明，吸入全氟丙烷的19F MRI能够敏感地检测与肺部疾病相关的区域通气特性变化，并能够量化支气管扩张剂治疗后的变化。这一技术无需超极化设备，成本较低，具有广泛临床应用潜力，特别是在早期疾病诊断、疾病进展评估和治疗效果监测方面。

研究亮点

1. 创新性：本研究首次将19F MRI技术应用于哮喘和COPD患者的区域通气评估，展示了其在无超极化情况下的可行性。
2. 敏感性：19F MRI衍生的VDP在检测早期疾病和治疗反应方面表现出比常规肺活量测定更高的敏感性。
3. 临床应用潜力：该技术无需复杂的超极化设备，成本较低，有望在临床实践中广泛应用。

其他有价值的信息

研究还探讨了19F MRI在动态评估肺部气体分布方面的潜力，特别是通过全氟丙烷的洗入和洗出速率来量化区域通气异质性。未来的研究可以进一步验证该技术在早期诊断、疾病进展评估和治疗效果监测中的应用价值。