CC BY
4Мультиядерные исследования в МРТ и локальной ЯМР спектроскопии: роль магнитного изомера Н2О
Ю.А. Пирогов
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, физический факультет Ленинские горы, 1, стр.2, Москва, 119991, Россия
yupi93 7@gmail. com
Рассмотрены новые подходы к МРТ на ядрах тяжелее протона. Целью использования визуализации тяжелых ядер является обнаружение безводородных (без уединенно протонных) тканей и фарм-препаратов внутри организма in vivo. В отличие от традиционных подходов в МРТ, основанных на формировании ЯМР отклика протонов [1], имеется острая необходимость визуализации тканей и вводимых в организм фармпрепаратов, не содержащих атомы водорода, но знание о локализации которых требуется для решения диагностических и терапевтических задач. Важно знать, например, где локализуются фторсодержащие препараты -кровезаменитель Перфторан®, контрастирующие газы в МРТ пульмонологии и др. Аналогичная проблема возникает при обнаружении ядер 23Na, 13C, 31P, 2H и других в составе тканей и препаратов, особенно 23Na, влияющих на уровень кровяного давления, заболевания почек, возникновение диабета. Представляет интерес получение гиперполяризованного состояния ядер 129Xe, 36Kr, 3He, 13C, 29Si, позволяющее усилить сигналы МРТ на 4-5 порядков и обеспечить высококонтрастные изображения МРТ [2]. Однако процедуры приготовления гиперполяризованного состояния технологически сложны и дорогостоящи, поэтому одновременно идут поиски других эффективных способов МРТ визуализации, не требующих регистрации столь высоких как гиперполяризованные сигналов. В случае визуализации дыхательных путей альтернативой гиперопляризационному подходу является использование фторсодержащих газов - при настройке на ларморову частоту фтора-19 можно уверенно регистрировать сигналы от газов гексафторида серы, перфторциклобутана или октафторциклобутана. Никаких подготовительных процедур, кроме подачи дыхательной смеси фторсодержащего газа с кислородом, осуществлять при этом не требуется. При пандемии COVID-19 и необходимости многократного контроля коронавирусной пневмонии легких стало особенно важным использовать МРТ на ядрах фтора взамен рентгеновской КТ, систематическое применение которой противопоказано [3].
Мощным методом, который развивается в области МРТ и на протонах (ядрах водорода) и на тяжелых ядрах, является локальная ЯМР спектроскопия, которая позволяет определять молекулярную структуру выделенного градиентными магнитными полями малого объема (воксела) сканируемого объекта. Этот метод позволяет осуществлять неинвазивное, т.е. без хирургического вмешательства, измерение молекулярных характеристик ткани в пределах выделенного воксела и судить о ее нормальном или патологическом состоянии. Особый интерес представляют исследования молекулярной структуры водных сред, в которых может нарушаться нормальное соотношение пара- и орто-изомеров Н2О. Проведенные методами четырех-фотонной оптической и ЯМР спектроскопии измерения показали, что в ряде случаев, например, при кавитационном возмущении содержание орто-компоненты водной среды может существенно (в эксперименте [4] до 17%) увеличиваться. Выполненные исследования были поддержаны грантами РФФИ 19-29-10015 и 20-5210004, а также Междисциплинарной научно-образовательной школой МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина».
[1] Н.В. Анисимов, С.С. Батова, Ю.А. Пирогов, Магнитно-резонансная томография: управление контрастом и междисциплиарные нриложения / Под ред. Ю.А. Пирогова.- М.: МАКС Пресс (2013).
[2] СуперМРТ // Сборник презентаций участников российско-британского семинара "Перспективы гинерноляризационной МРТ е прецизионной медицине".- М.: МГУ имени М.В. Ломоносова (2018).
[3] O.S. Pavlova, N.V. Anisimov, L.L. Gervits, M.V. Gulyaev, V.N. Semenova, Yu.A. Pirogov, V.Ya. Panchenko, 19F MRI of human lungs
at 0.5T using octafluorocyclobutane (C4F8), Magnetic Resonance in Medicine, 00: 1-7 (2020).
[4] S.M. Pershin S.M., N.F. Bunkin, N.V. Anisimov, Yu.A. Pirogov. Water Enrichment by H2O ortho-Isomer: Four-Photon and NMR Spectroscopy, Laser Physics, v. 19, 410-413 (2009).
