Nachricht

Derzeit entwickelt sich die Magnetresonanztomographie (MRT) von der traditionellen Struktur- und Funktionsbildgebung zur molekularen Bildgebung. Die multinukleare MRT kann eine Vielzahl von Metaboliteninformationen im menschlichen Körper gewinnen, während die räumliche Auflösung erhalten bleibt, die Spezifität der Erkennung physiologischer und pathologischer Prozesse verbessert wird und sie ist derzeit die einzige Technologie, die eine nicht-invasive quantitative Analyse des dynamischen molekularen Stoffwechsels des Menschen in vivo ermöglicht.

Die Vertiefung der Multi-Core-MR-Forschung eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Früherkennung und Diagnose von Tumoren, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen, Erkrankungen des Hormonsystems, des Verdauungssystems und der Atemwege sowie bei der schnellen Bewertung von Behandlungsverläufen. Die neueste Multi-Core-Plattform für klinische Forschung von Philips unterstützt Bildgebungs- und Klinikärzte bei der Durchführung innovativer klinischer Forschung. Dr. Sun Peng und Dr. Wang Jiazheng von der Abteilung für klinischen und technischen Support von Philips gaben eine detaillierte Einführung in die hochmoderne Entwicklung der Multi-NMR und die Forschungsrichtung der neuen Multi-Core-MR-Plattform von Philips.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) wurde in ihrer Geschichte fünfmal mit dem Nobelpreis in den Bereichen Physik, Chemie, Biologie und Medizin ausgezeichnet und hat große Erfolge in den Bereichen physikalische Grundlagen, organische Molekülstrukturen, biologische makromolekulare Strukturdynamik und klinisch-medizinische Bildgebung erzielt. Die MRT hat sich zu einer der wichtigsten klinisch-medizinischen Bildgebungstechnologien entwickelt und wird häufig zur Diagnose verschiedener Erkrankungen in unterschiedlichen Körperregionen eingesetzt. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der medizinischen Versorgung und der enormen Nachfrage nach Frühdiagnosen und schneller Wirksamkeitsbewertung fördert die MRT die Weiterentwicklung von der traditionellen strukturellen Bildgebung (T1w, T2w, PDw usw.) über die funktionelle Bildgebung (DWI, PWI usw.) bis hin zur molekularen Bildgebung (1H-MRS und Multicore-MRS/MRT).

Der komplexe Hintergrund der 1H-basierten MR-Technologie, überlappende Spektren und die Wasser-/Fettkompression schränken ihren Anwendungsbereich als molekulare Bildgebungstechnologie ein. Es kann nur eine begrenzte Anzahl von Molekülen (Cholin, Kreatin, NAA usw.) erkannt werden, und es ist schwierig, dynamische molekulare Stoffwechselprozesse zu erfassen. Basierend auf einer Vielzahl von Nukliden (23Na, 31P, 13C, 129Xe, 17O, 7Li, 19F, 3H, 2H) kann die multinukleare MR eine Vielzahl von Metaboliteninformationen des menschlichen Körpers mit hoher Auflösung und hoher Spezifität erfassen und ist derzeit die einzige nicht-invasive (stabile Isotope, keine Radioaktivität; Markierung endogener Metaboliten (Glukose, Aminosäuren, Fettsäuren – ungiftig)) Methode zur quantitativen Analyse dynamischer molekularer Stoffwechselprozesse des Menschen.

Mit den kontinuierlichen Durchbrüchen bei Magnetresonanz-Hardwaresystemen, schnellen Sequenzverfahren (Multiband, Spiral) und Beschleunigungsalgorithmen (Compressed Sensing, Deep Learning) wird die Multicore-MR-Bildgebung/-Spektroskopie allmählich ausgereifter: (1) Es wird erwartet, dass sie zu einem wichtigen Instrument für die Spitzenforschung in den Bereichen Molekularbiologie, Biochemie und menschlicher Stoffwechsel wird; (2) Mit dem Übergang von der wissenschaftlichen Forschung in die klinische Praxis (eine Reihe klinischer Versuche auf Basis von Multicore-MR sind im Gange, ABB. 1) ergeben sich vielfältige Perspektiven für die Früherkennung und Diagnose von Krebs, Herz-Kreislauf-, neurodegenerativen, Verdauungs- und Atemwegserkrankungen sowie für die schnelle Bewertung der Wirksamkeit.

Aufgrund der komplexen physikalischen Prinzipien und des hohen technischen Schwierigkeitsgrades im MR-Bereich ist die Multicore-MR ein einzigartiges Forschungsgebiet einiger führender technischer Forschungseinrichtungen. Obwohl die Multicore-MR nach Jahrzehnten der Entwicklung erhebliche Fortschritte erzielt hat, fehlen noch immer ausreichende klinische Daten, um dieses Feld weiterzuentwickeln und den Patienten wirklich zu helfen.

Dank kontinuierlicher Innovationen im MR-Bereich konnte Philips den Entwicklungsengpass bei Multicore-MR endlich überwinden und eine neue Plattform für die klinische Forschung mit den branchenweit meisten Nukliden auf den Markt bringen. Als weltweit einziges Multicore-System mit EU-Sicherheitszertifizierung (CE) und FDA-Zertifizierung (US Food and Drug Administration) ermöglicht diese Plattform eine Full-Stack-Multicore-MR-Lösung auf Produktebene: FDA-zugelassene Spulen, vollständige Sequenzabdeckung und Standardrekonstruktion an der Bedienerstation. Der Anwender benötigt keine professionellen Magnetresonanzphysiker, Code-Ingenieure und HF-Gradientendesigner, was die Arbeit im Vergleich zur herkömmlichen 1H-Spektroskopie/Bildgebung vereinfacht. Die Betriebskosten des Multicore-MR werden maximal gesenkt, der freie Wechsel zwischen wissenschaftlicher Forschung und klinischem Modus ermöglicht eine schnelle Kostendeckung, sodass der Multicore-MR wirklich in die Klinik einziehen kann.

Multicore-MR ist derzeit die Schlüsselrichtung des „14. Fünfjahresplans zur Entwicklung der Medizingeräteindustrie“ und eine zentrale Kerntechnologie für die medizinische Bildgebung, um die Routine zu durchbrechen und mit modernster Biomedizin zu kombinieren. Das Wissenschaftlerteam von Philips China, angetrieben von der Verbesserung der wissenschaftlichen Forschung und Innovationskapazitäten der Kunden, hat systematische Forschungen zu Multicore-MR durchgeführt. Dr. Sun Peng, Dr. Wang Jiazheng et al. haben als Erste das Konzept der MR-Nukleomik in NMR in Biomedicine (Top-Journal des ersten Bereichs für Spektroskopie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften) vorgeschlagen, bei dem MR auf der Basis verschiedener Nuklide verwendet werden kann, um eine Vielzahl von Zellfunktionen und pathologischen Prozessen zu beobachten. Auf diese Weise sind umfassende Beurteilungen und Bewertungen von Krankheiten und Behandlungen möglich [1]. Das Konzept der MR-Multinukleomik wird die zukünftige Richtung der MR-Entwicklung sein. Dieser Artikel ist der weltweit erste systematische Überblick über Multicore-MR und behandelt die theoretischen Grundlagen von Multicore-MR, vorklinische Forschung, klinische Transformation, Hardware-Entwicklung, Algorithmus-Fortschritt, technische Praxis und andere Aspekte (Abbildung 2). Gleichzeitig arbeitete das Wissenschaftlerteam mit Professor Song Bin vom West China Hospital zusammen, um den ersten Übersichtsartikel über die klinische Transformation der Multicore-MRT in China zu erstellen, der in der Fachzeitschrift Insights into Imaging [2] veröffentlicht wurde. Die Veröffentlichung einer Artikelserie zur Multicore-MRT zeigt, dass Philips die Grenzen der Multicore-Molekularbildgebung nach China, zu chinesischen Kunden und chinesischen Patienten bringt. Getreu dem Kernkonzept „In China, für China“ wird Philips die Multicore-MRT nutzen, um die Entwicklung der Magnetresonanz in China zu fördern und so zur Gesundheit Chinas beizutragen.

Die Multinukleare MRT ist eine aufstrebende Technologie. Mit der Entwicklung von MR-Software und -Hardware wird die Multinukleare MRT in der Grundlagenforschung und klinischen translationalen Forschung an menschlichen Systemen eingesetzt. Ihr einzigartiger Vorteil liegt in der Echtzeitdarstellung dynamischer Stoffwechselprozesse bei verschiedenen pathologischen Prozessen. Dies ermöglicht die Frühdiagnose von Krankheiten, die Bewertung der Wirksamkeit, die Entscheidungsfindung bei Behandlungen und die Entwicklung von Medikamenten. Sie kann sogar zur Erforschung neuer Pathogenesemechanismen beitragen.

Um die Weiterentwicklung dieses Bereichs voranzutreiben, ist die aktive Beteiligung klinischer Experten erforderlich. Die klinische Entwicklung von Multicore-Plattformen ist von entscheidender Bedeutung. Dazu gehören der Aufbau grundlegender Systeme, die Standardisierung von Technologien, die Quantifizierung und Standardisierung von Ergebnissen, die Erforschung neuer Sonden, die Integration multipler Stoffwechselinformationen usw. Zusätzlich zur Entwicklung weiterer prospektiver Multicenter-Studien soll die klinische Transformation der fortschrittlichen Multicore-MR-Technologie weiter vorangetrieben werden. Wir sind überzeugt, dass die Multicore-MR Bildgebungs- und Klinikexperten eine breite Plattform für klinische Forschung bietet und die Ergebnisse Patienten weltweit zugutekommen werden.