核磁篇|核磁环境下的生命体征监护和维持系统

应用背景

动物模型是现代生物医学研究中重要的实验方法与手段，有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律，研究防治措施；同时由于小鼠、大鼠等小动物的诸多优势，在生命科学、医学研究及药物开发等多个领域的应用日益增多。

近年来，各种影像技术在动物研究中发挥着越来越重要的作用，涌现出各种小动物成像的专业设备，为科学研究提供了强有力的工具。

其中核磁共振成像（MRI）因其空间分辨率高、组织对比度好、对动物无辐射损伤和可以多次重复扫描等优势，广泛用于小动物成像研究，主要涉及神经科学、材料科学、药理学、病理学以及基因研究等多领域学科，用于研究动物及各种疾病动物模型的组织形态、病理变化、分子成像及代谢等。

尽管现如今MRI成像技术科研应用已日趋成熟，但在小动物成像领域仍存在众多挑战，如较小的扫查体积对核磁设备敏感度和分辨率的高要求、长时间扫查动物中途苏醒或死亡、无法控制的心搏和呼吸引起的运动伪影等。因此，想要成功完成小动物核磁共振成像、获得有效的实验数据，除使用性能优越的MRI设备外，对动物生命体征的维持和监护、抑制成像运动伪影等处理也是至关重要的。

鉴于此，玉研仪器特推出小动物磁共振成像整体解决方案，辅助广大用户获得清晰有效的小动物磁共振图像。玉研仪器小动物磁共振成像整体解决方案包含以下两个方面：1.核磁门控监护系统实时监测动物生命体征，闭环控制成像设备扫查时机，降低心搏和呼吸伪影；2.生命体征维持和监护系统保障动物生命安全，降低死亡率。

核磁门控监护系统

小动物MRI成像过程中，由于扫描对象体积小，对设备敏感度和分辨率要求高，实验对象的任何轻微活动可能都会对成像结果造成巨大干扰，小动物不可控的心搏及呼吸运动产生的伪影严重影响核磁成像图片质量，特别是在胸腹部器官扫查的时候尤为常见，如心脏磁共振成像CMR（标准的临床CMR检查将使用屏气技术来抑制呼吸运动，这些在实验动物身上是无法实现的）。

美国SAII公司核磁门控监护系统通过对动物心电、呼吸等生命体征参数进行监测了解动物心搏和呼吸运动状态，闭环控制MRI设备扫查时机，有效减少运动伪影，给客户提供清晰且真实的图像数据。SAII公司为全世界专业的研制生产核磁下动物监护和门控系统的高科技公司，科研用户遍布全世界，其开发的核磁监护门控系统已成为多个全球知名动物核磁成像设备生产厂家（如Bruke）首选配件。

Model 1030核磁共振兼容小动物监测和门控系统（Model 1030 MR-compatible Small Animal Monitoring & Gating System）设计用于满足在核磁环境下对实验动物（大鼠、小鼠、兔子、猴）进行生理监测和门控选通信号采集的需要，系统包括微磁生命体征监护模块、门控模块以及各种配件组成，基础配置可用于动物心电、呼吸、体温监测以及心搏、呼吸门控，有效监测动物生理状态，降低动物死亡率的同时，大幅减少成像运动伪影，提高成像清晰度。

产品特点

1.系统采用极低磁设计，信号采用光纤传输，不受高磁环境干扰；

2.适用于大鼠、小鼠、家兔、猴等中小型动物；

3.标配心电，呼吸，体温监护，可选血氧、血压、呼末CO2等监护功能；

4.监测范围广，心率范围最高可达900BPM，呼吸率范围最高可达300BPM；

5.可提供心电及呼吸门控信号，最大限度的去除成像中生理运动伪影问题；

6.与市场上所有核磁系统良好兼容——兼容各种场强，已开发与GE、飞利浦、西门子、布鲁克等核磁的兼容模块，无缝衔接；

7.模块化设计，安装简便，可用性强，升级、维护便利；

计算机软件可呈现多种数据波形、生理数据、趋势以及门控选通脉冲，门控方式、延迟时间、持续时间等可由计算机软件直接控制。

除此之外，SAII还提供核磁环境动物体温维持设备、脉搏血氧监护、呼末CO2监护等设备，保障动物在长时间核磁成像过程中生命安全，提高其存活率。

参考图片

相关配套产品：

辅助呼吸及检测系统

现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中。科研实验中，动物呼吸机的使用可以在实验中有效保障实验动物的寿命，既可以有效减少牺牲的实验动物数量，也可以保证实验成功率，使实验动物的贡献更有价值。核磁成像实验中，由于MRI设备的特殊性，很大限制了传统呼吸机在核磁方面的应用，以至于实验人员在成像阶段无法很好掌控动物呼吸状态，导致动物死亡。

CWE MRI-1磁共振兼容呼吸机是一款真正核磁兼容的小动物呼吸机，传统呼吸机用于MR环境时，往往通过将动物呼吸管路延长（长达数米）通过波导孔抵达核磁间进行辅助呼吸，此种方式由于呼吸管路过长，在辅助呼吸时不仅有较长的时间滞差，并且由于气体的压缩使潮气量控制不准确，影响实验结果。而MRI-1呼吸机采用与主机电磁阀同步运行的外置气动阀门，不仅将时间更好的同步化，并且大大缩短了呼吸管路，从而精确控制动物潮气量和呼吸频率。

MRI-1除用于MR环境外，其也可选配外置电磁呼吸阀门用于常规实验环境，并且可以扩展中型动物和多通道设备，或连接第三方设备对呼吸机进行程序性控制，真正达到了“3R”标准——Repeatability（重复性）、Reducing（减少）、Refinement（优化）。

产品特点

1.专为大小鼠、豚鼠等小型实验动物辅助呼吸设计；

2.先进数字控制和传感器技术，可重复性高，可进行长时间通气，安全性高；

3.恒容、恒压、叹息多种辅助呼吸模式，客户可根据实验进行最优化选择；

4.手动或自动叹息模式可选，保证通气量的同时降低肺部损伤；

5.各种呼吸参数显示屏清晰显示无需用户手动读数或计算；

6.无需使用高压气源，可兼容麻醉机形成呼吸麻醉系统；

7.可扩展中小型动物（最大5kg）或升级多通道呼吸机，实现一机多用；

8.可通过USB或数据端口连接软件或第三方设备，实现程序化控制。

多种气动阀门适用多种动物

除MRI-1核磁呼吸机外，CWE公司还提供数款常规小动物呼吸机设备以及可用于核磁条件的动物呼气末CO2监护设备。

SAR-1000呼吸机及microCapStar呼末CO2监护仪（可用于MRI）

生命体征监护系统

磁共振成像由于兼具功能成像和结构成像两方面的特点，近几年在科研领域越来越受到科研工作者的喜爱。实验动物核磁成像过程中，经常由于实验时间长，过长的麻醉时间、失温、缺氧等导致动物死亡，并且生理状态不稳定也会影响核磁成像数据结果。

MouseOx Plus脉搏血氧仪是由美国Starr公司专为大小鼠、新生鼠设计的无创脉氧监护设备，采用高灵敏度光敏传感器快速识别啮齿动物脉搏引起度光吸收度微小差异，通过精密的算法和补正计算，在监测血氧饱和度的同时，还能获得脉搏频率、呼吸频率、脉搏幅度、呼吸幅度、活动度等多项生理参数。MouseOx Plus可通过选配MR兼容传感器，最高可在高达19T磁场环境下对动物进行较为全面的生理监护。

MouseOx Plus是一款非常强大的无创监护系统，关于该设备详情，可参阅：MouseOx® Plus脉搏血氧仪，实时精准连续的无创血氧监测方案！

麻醉和体温维持

除以上设备外，玉研仪器还提供核磁兼容型小动物麻醉机和水浴保温系统，适用于各类核磁环境，在核磁共振成像过程中有效控制动物麻醉深度和维持动物良好体温状态，不发生任何位移，不影响核磁设备运转及成像，共同创造良好的动物核磁成像实验环境。

门控监护系统相关文献

1. Ahn, Ji Hoon et al. “Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid.” Nature vol. 572,7767 (2019): 62-66. doi:10.1038/s41586-019-1419-5

2. Ye, Qing et al. “Longitudinal tracking of recipient macrophages in a rat chronic cardiac allograft rejection model with noninvasive magnetic resonance imaging using micrometer-sized paramagnetic iron oxide particles.” Circulation vol. 118,2 (2008): 149-56. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.107.746354

3. Kim, Bongjoong et al. “Rapid custom prototyping of soft poroelastic biosensor for simultaneous epicardial recording and imaging.” Nature communications vol. 12,1 3710. 17 Jun. 2021, doi:10.1038/s41467-021-23959-3

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5. Li, Minshu et al. “Astrocyte-derived interleukin-15 exacerbates ischemic brain injury via propagation of cellular immunity.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America vol. 114,3 (2017): E396-E405. doi:10.1073/pnas.1612930114

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7. Zhang, Yajie et al. “PLGA protein nanocarriers with tailor-made fluorescence/MRI/PET imaging modalities.” Nanoscale vol. 12,8 (2020): 4988-5002. doi:10.1039/c9nr10620k

8. Vaskova, Evgeniya et al. “Sacubitril/Valsartan Improves Cardiac Function and Decreases Myocardial Fibrosis Via Downregulation of Exosomal miR-181a in a Rodent Chronic Myocardial Infarction Model.” Journal of the American Heart Association vol. 9,13 (2020): e015640. doi:10.1161/JAHA.119.015640

9. Durak, Aysegul et al. “A SGLT2 inhibitor dapagliflozin suppresses prolonged ventricular-repolarization through augmentation of mitochondrial function in insulin-resistant metabolic syndrome rats.” Cardiovascular diabetology vol. 17,1 144. 17 Nov. 2018, doi:10.1186/s12933-018-0790-0

10. Komarov, Denis A et al. “In Vivo Extracellular pH Mapping of Tumors Using Electron Paramagnetic Resonance.” Analytical chemistry vol. 90,23 (2018): 13938-13945. doi:10.1021/acs.analchem.8b03328

11. Kordt, Marcel et al. “Multimodal Imaging Techniques to Evaluate the Anticancer Effect of Cold Atmospheric Pressure Plasma.” Cancers vol. 13,10 2483. 19 May. 2021, doi:10.3390/cancers13102483

12. De Feo, Riccardo et al. “Automated joint skull-stripping and segmentation with Multi-Task U-Net in large mouse brain MRI databases.” NeuroImage vol. 229 (2021): 117734. doi:10.1016/j.neuroimage.2021.117734

部分用户单位

清华大学医学影像中心

中科院生物物理所

四川大学华西医学院

中科大医学影像中心

复旦大学附属肿瘤医院

南京鼓楼医院

上海东方医院

上海科技大学

中科院昆明动物研究所

中科院神经所

上海交大医学院

随着临床前活体成像系统通过核磁成像硬件和软件的技术改进而成熟，对有效、可靠和精心设计的动物成像方案的需求已经突显出来。在过去的十年里，科研人员在理解动物处理如何影响数据质量和吞吐量方面取得了进展。这推动了对各种技术的出现，这些技术通过解决动物成像扫描的整个过程来支持更有效和更可重复性的动物核磁成像。

目前的趋势将继续推动核磁共振应用从解剖学上的关注转向更多地实现功能、生理和分子终点。并将基于MRI的实验方案应用于药物药理学定量评估方面，以及药物安全性和毒理学评估等。这一趋势将更加要求实验人员对动物的处理、生理和健康给予更多的关注。

玉研仪器通过整合小动物呼吸麻醉、体温维持以及生理监护与门控等系统，为全国各大医学影像中心、药物评价中心、科研高校等研究机构提供完整的、可定制化的卓越小动物核磁成像解决方案，致力于推进中国影像学蓬勃发展增添坚实力量。

关于玉研

上海玉研科学仪器有限公司是专业为动物实验、动物研究领域提供科学仪器和技术服务的公司。我们着力引进国外的先进科学仪器和实践经验，选择使用广泛、应用成熟、性能先进的实验仪器和实验方法，为国内实验室建设、研究课题进展提供科学、合理的解决方案。

上海玉研仪器科学有限公司十多年来坚持自主研发，掌握核心技术，为国内外研究者带来技术创新福音。更多产品信息，欢迎来电咨询021-35183767

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