PsyBrain 脑心前沿 / 科研分析：认知神经科学前沿的结构化精读 / N · 神经技术与方法 / N020 · Nature重磅技术革新一次MRI扫描，同时看清脑内分子

N020 Nature重磅技术革新 | 一次MRI扫描，同时看清脑内分子、髓鞘与缺氧状态

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜发布：2026-05-09 ｜原文链接

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基本信息

Title: Multiplexed magnetic resonance imaging

发表时间: 2026-05-06

发表期刊: Nature

影响因子: 48.5

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研究背景

临床MRI大多只看T1、T2等少数几个对比度，主要靠肉眼判断病灶，很难说清脑肿瘤或多发性硬化（multiple sclerosis, MS）背后代谢、髓鞘、缺氧这些组织状态到底怎么不一样

现有的定量多参数MRI还是围着水信号转，一次扫描拿不到N-乙酰天冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、谷氨酸（Glu）、乳酸（Lac）这些分子的信息。本文提出的多路复用磁共振成像（multiplexed MRI, MRx），就是想在3T临床条件下，一次扫描就把全脑高分辨率、多参数、可定量的成像做出来

实验设计与方法逻辑

MRx从采集和重建两头解决高维成像的"维度灾难"。采集端用宽带激发、平面回波光谱空间采样，加上T1/T2/J-演化补充编码和可变密度稀疏采样，全脑扫下来大概14分钟

处理端靠基于物理的机器学习（physics-based machine learning）、子空间模型（subspace model）和扩散先验，完成高维信号的重建、分离和定量。研究先拿自制分子体模和ISMRM/NIST弛豫体模验证准确性，再在健康志愿者身上评估全脑成像和跨中心可重复性，最后用脑肿瘤和MS病例看MRx生物标志物和组织状态指数（tissue state index）的区分能力

核心发现

发现一：MRx把多类脑标志物塞进一次扫描

MRx不是多加一个序列，而是同时激发并采集质子自旋系统里水和多种分子的相关信息，再用模型化重建把参数分开，把结构、生理和代谢信息揉进同一个高维成像问题里

Fig. 1 展示了MRx的采集与处理框架：宽带激发、快速光谱空间采样、补充弛豫编码，以及基于物理的机器学习重建流程。MRx的核心贡献首先在采集—重建框架本身

发现二：体模和健康受试者验证了定量准确性和可重复性

分子体模里，MRx重建的代谢物空间分布和真实浓度没有明显偏差；ISMRM/NIST体模里，T1/T2和参考值对得上。健康受试者能同时拿到NAA、Cho、GABA、氧提取分数（OEF）、定量磁化率图（QSM）、髓鞘水分数（MWF）等多参数图谱，而且多数水相关参数和主要代谢物在跨会话、跨中心条件下变异系数都不高

Fig. 2 展示了体模验证、健康脑图谱和跨中心可重复性结果。MRx初步具备临床可行性

发现三：MRx在脑肿瘤里能更细地区分组织状态

脑肿瘤病例里，MRx同步显示NAA、Cho、Lac、谷氨酰胺（Gln）、谷胱甘肽（GSH）、OEF、脱氧血红蛋白体积（DBV）、MWF等变化，用来刻画肿瘤核心、水肿和不同病理状态。II级和III级少突胶质瘤在Cho和Lac上差异明显，MRx组织状态指数能区分灰质、白质、脑脊液、水肿、脑膜瘤、II级少突胶质瘤、III级少突胶质瘤和胶质母细胞瘤八类组织状态，标准多参数MRI做不到这一点