直接测量细胞耗氧量

美国明尼苏达大学磁共振研究中心（Center for Magnetic Resonance Research）的研究人员成功地应用高磁场和超高磁场 ¹⁷O 磁共振波谱（MRS）技术，通过检测天然丰度 H₂¹⁷O 来观察大脑的耗氧代谢率。这项研究调查了氧化代谢的体内评估。氧化代谢的改变与大脑功能和神经系统疾病有关。

由于缺乏稳健而直接的成像机制来研究细胞氧化代谢，人们一直无法理解从正常组织到病变组织的代谢变化。研究小组开发了一种可行的方法，利用 ¹⁷O 磁共振波谱/成像（MRS/I）提供所需的特异性。通过直接检测代谢产生 H₂¹⁷O 的动态，可以在非破坏性的活体分析中测量和量化细胞耗氧率。

在动物和人类活体测量脑代谢耗氧量（CMRO₂）和心肌耗氧量的活体 17O MRS 方法为研究大脑功能和神经系统疾病提供了机会。

该研究采用高场 9.4 特斯拉和超高场（UHF）16.4 特斯拉大口径磁共振成像（MRI）仪器，在两种高场强度下测量和比较模型溶液和大鼠大脑中 ¹⁷O 的灵敏度。目的是量化体内 ¹⁷O MRS/I 应用可能获得的信噪比增益。

超高场（UHF）的优势

结果表明，在模型和大鼠大脑分析中，16.4 T 的信噪比比 9.4 T 提高了 2.5-2.9 倍。与 9.4 T 相比，16.4 T 的测量方差更小（减少了 2-4 倍），这表明信号稳定性得到了提高。超高场强下的改进显示出显著的优势。在超高磁场下，通过直接检测短暂吸入 ¹⁷O₂ 期间新陈代谢产生的 H₂¹⁷O 信号的微小动态变化，有望获得更可靠的 CMRO₂ 成像。

在 16.4 T 条件下，信噪比可得到明显改善，这将有利于基于 ¹⁷O MRS/I 方法的三维 CMRO₂ 成像，为提高空间和时间分辨率以检测与脑功能和神经疾病相关的氧化代谢改变铺平道路。