健康人自由呼吸状态下3D MR肺量测定揭示的重力依赖性呼吸动力学功能模式

本研究通过3D MR肺量测定技术，首次系统描绘了健康志愿者自由呼吸状态下的区域性通气特征。研究人员对25名志愿者进行仰卧/俯卧位动态肺MRI扫描，量化了潮气量(TV)、峰值呼气流速(SPEF)、25%潮气量时呼气流速(SEF25)和各向异性变形指数(ADI)的三维分布。结果显示呼吸参数存在显著空间异质性（变异系数30-63%），但重力依赖特征具有跨个体一致性（p<0.05）。该研究为无创评估区域性肺病理生理建立了新基线。

　　

呼吸系统疾病的精准诊断长期面临重大挑战。传统肺量测定虽能评估整体肺功能，但无法捕捉区域性通气异常——而这恰恰是慢性阻塞性肺病、肺纤维化等疾病早期病理改变的关键特征。更棘手的是，现有技术需要患者配合完成强制呼吸动作，对儿童、老年及重症患者实施困难。在此背景下，法国巴黎萨克雷大学BioMaps实验室的Nathalie Barrau团队在《European Radiology》发表突破性研究，通过创新性3D MR肺量测定技术，首次绘制出健康人自由呼吸状态下的三维呼吸动力学图谱。

研究采用3T PET/MR设备，对25名健康志愿者进行仰卧/俯卧位动态采集（各2次重复）。关键技术包括：1）自适应Koosh球AZTEK超短回波(UTE)序列（TE=14μs）；2）基于nnUNet框架的自动肺分割；3）弹性配准提取变形场；4）通过雅可比矩阵推导局部通气参数。所有处理均在BART和Elastix工具箱中完成。

【全局肺功能测量】

通过对比3D MR肺量测定与分割肺体积的潮气量(TV)，验证了方法准确性（ICC=0.97）。仰卧位平均TV为397mL，显著低于俯卧位455mL（p<0.05），揭示体位对肺扩张的显著影响。

【重力依赖性验证】

参数图显示明确的重力梯度：仰卧位后肺区TV较前区高37%（p<0.05），俯卧位前区较后区高15%。右肺在仰卧位、左肺在俯卧位表现出更强重力依赖性（42% vs 24%）。

【测量可重复性】

尽管呼吸幅度存在4.3-9.3%的生理波动，全局参数重复性良好（中位差异5.7-9.2%，ICC 0.71-0.88）。经标准化后，局部重复性进一步提升（ICC 0.78-0.90）。

【空间分布特征】

三维图谱显示：仰卧位时通气集中于后基底段，俯卧位时转移至前段。ADI分布独特，在靠近膈肌区域值最高（仰卧位2.8×10^-4，俯卧位3.3×10^-4），反映呼吸肌主导的非刚性变形。

结论部分强调，该研究首次建立了自由呼吸状态下的区域性通气基线特征。特别值得注意的是：1）发现功能残气量(FRC_MR)与重力依赖程度正相关（τ=0.19）；2）揭示右肺中叶通气量最低（25mL），可能成为病理改变的敏感区域；3）证实俯卧位能更均匀分布通气负荷。这些发现为早期肺疾病诊断提供了新范式，其无创、无辐射优势尤其适合儿童和纵向研究。正如研究者所言："3D MR肺量测定使区域性肺病理生理评估进入自由呼吸新时代"。