超极化Xenon 对慢阻肺的可视化加权成像

超极化气体3He 或者¹²⁹Xe 扩散加权成像已经被证明了能够有效检测慢性阻塞性肺部疾病(COPD)中肺部微结构的改变．相比于³He,¹²⁹Xe 更便宜而且更容易获得,但是¹²⁹Xe 成像中较低的信噪比致使¹²⁹Xe 的肺部表面扩散系数(ADC)的测量面临着许多困难．在该研究中,为了得到更高的图像信噪比,作者对气球模型,健康大鼠和COPD大鼠进行了单个b 值(14 cm2/s)的扩散加权超极化¹²⁹Xe 磁共振成像(MRI)．所有的COPD模型大鼠是通过烟熏和注射内毒素(LPS)进行诱导得到的．在7 T 磁共振成像仪上面获得了大鼠肺实质的超极化¹²⁹Xe ADC 值分布图．COPD 大鼠肺实质的¹²⁹Xe ADC 值是0.044 22±0.002 9 和0.042 34±0.002 3 cm2/s (Δ = 0.8/1.2 ms),远大于健康大鼠肺实质的¹²⁹Xe ADC 值0.037 7±0.002 3 和0.036 7±0.001 3 cm2/s．而且COPD 大鼠肺实质相关的¹²⁹Xe ADC 直方图也表现出了一定的展宽．这些结果说明了COPD 大鼠肺泡空腔的增大能够通过129Xe 在肺里面的ADC 增长和相关直方图的拓宽反应出来,从而证明了单个b 值的扩散加权MRI 方法可以有效地对COPD 大鼠进行检测．     

超极化~(129)Xe磁共振波谱和成像及在生物医学中的应用

文章简要介绍了磁共振波谱和成像的基本原理和对限制其灵敏度的挑战,详细阐述了为增强磁共振信号而制备超极化129Xe的物理机制,论述了129Xe在生物组织中的溶解性以及化学位移的特异性,综述了当前超极化129Xe在肺部、脑部成像领域的研究进展和在临床方面应用所取得的有代表性的研究成果,并讨论了基于超极化129Xe分子生物探针的超灵敏磁共振技术的研究前景,最后对超极化129Xe在生物医学领域的应用与发展作了展望.     

超极化气体肺部磁共振成像

磁共振成像(MRI)技术具有非侵入、无放射性的特点,在临床疾病诊断中具有独特的优势,但是肺部空腔的特殊结构使传统质子MRI无法对其直接成像.自旋交换光抽运(SEOP)方法可以使惰性气体原子的极化度增强4个量级以上,从而使肺部的气体MRI成为可能.该文介绍了超极化惰性气体肺部MRI的最新研究进展,包括超极化气体磁共振相关参数的测量方法、肺部通气结构成像、肺部气体交换功能成像,同时比较了常用于肺部MRI气体的优点和缺点.     

电刺激诱发大鼠慢性颞叶癫痫模型的磁共振成像和波谱特征的研究

应用磁共振成像(MRI)和质子定域波谱(¹H-MRS)对强直流电刺激大鼠基树突区诱发慢性颞叶癫痫模型进行研究. MRI实验表明： 随着强直流电刺激时间的延长,在T₂加权像(T₂-MRI)中,模型大鼠的海马区腹、中侧区单侧或双侧,呈现异常高信号,扩散加权像(DWI)信号呈低信号,质子密度像无明显改变,表明T₂值和表观扩散系数(ADC) 值较大的自由水比例增大. 磁共振波谱实验发现：模型大鼠T₂-MRI中信号异常区与其对侧区的¹H-MRS相比,NAA,PCr（包括Cr）和Cho的峰面积均无显著改变,表明在慢性颞叶癫痫模型早期¹H-MRS不能检测到神经元损伤或死亡.     

低场MRI系统中线扫描扩散张量成像方法的研究

磁共振扩散张量成像(DTI)是在扩散加权成像(DWI)基础上发展起来的一种新型技术,可以无创伤显示脑白质纤维,诊断脑白质病变. 但是由于各种原因,DTI一般只在超导高场磁共振成像(MRI)仪器上进行,这就限制了这一重要诊断手段临床应用的广泛性. 本文在低场磁共振成像系统上应用线扫描实现了扩散张量成像,并测量了健康志愿者大脑内主要解剖结构的表观扩散系数(ADC)和各项异性分数(FA),得到的数据与高场仪器上的相关数据比较是吻合的. 因此临床上使用在低场强上得到的DTI图像评价脑白质是可行的,而且通常在临床上这也是足够的.     

小动物高分辨扩散加权成像在临床 MRI 上的实现

在临床用MRI系统上对小动物扩散加权成像一般采用回波平面成像序列,但是回波平面成像易受偏共振效应的影响,得到的图像伪影大、几何变形严重、图像分辨率低,无法探究微小的生物组织结构. 该文报道了在临床用3 T MRI系统上采用自旋回波序列实现了高分辨扩散加权成像. 为减少运动伪影,序列中整合了导航回波矫正技术. 对脑缺血模型大鼠脑部的扫描结果显示,自旋回波扩散加权序列获得的图像基本没有发生形变,并且具有较高的分辨率和较好的信噪比.     

超极化129Xe自动收集-升华装置研究

因其较高的核自旋极化度所提供的探测灵敏度，超极化¹²⁹Xe气体已被成功应用于动物和人体磁共振成像（MRI）.但是，在超极化¹²⁹Xe的收集-升华过程中，多种因素会导致¹²⁹Xe核自旋弛豫，进而限制其应用范围.本文通过理论模型分析和实验测量，验证了温度、磁场、螺旋冷阱材质等对冷冻恢复过程中超极化¹²⁹Xe弛豫的影响；同时，测量了自动收集-升华装置的稳定性.研究结果表明，升华方式和冷阱材质对¹²⁹Xe极化度损耗的影响显著；自制收集-升华装置的自动化程度高、长时间稳定，¹²⁹Xe极化度的恢复率可达到85.6% ± 4.7%.本研究非常有助于提升超极化¹²⁹Xe在动物和人体MRI中的使用效率.     

铷-氙气室原子磁力仪系统磁场测量能力的标定

本文针对微弱磁场精密测量问题,在自主研制的铷-氙气室原子磁力仪系统上,探讨了两种磁场测量的方式,分别实现了对交流磁场与静磁场的测量,并对它们的磁场测量能力进行了实验标定.交流磁场测量原理是基于测量外磁场对~(87)Rb原子极化的影响,实验标定结果为在2100 Hz频率范围内磁场测量的灵敏度约为1.5 pT/Hz~(1/2),带宽约为2.8 kHz;静磁场测量原理是基于测量铷-氙气室内超极化~(129)Xe的拉莫进动频率,实验上首先测得超极化~(129)Xe的横向、纵向弛豫时间分别约为20.6和21.5 s,然后通过标定给出静磁场测量精度约为9.4 pT,测量范围超过50μT.相比无自旋交换弛豫原子磁力仪,该磁力仪在同一体系内实现了交流磁场与静磁场的测量,且交流磁场测量具有更大的带宽,静磁场测量可在地磁场下正常工作,将有望应用于地磁测量、基础物理等方面的研究.     

超极化气体氙-129的低场NMR测量

在自旋交换光泵过程中,多种参数可能会影响到最终可获得的超极化气体氙-129核自旋极化度.通过低场(0.002 T)核磁共振(NMR)系统研究了连续流动工作模式的自旋交换光泵过程,当混合工作气体流量为0.3 SLPM和0.5 SLPM时,实验测量得到最佳光泵泡工作温度;对于同位素富集和自然丰度的氙-129气体,核自旋极化度的建立时间分别为15 min和22 min.由于混合工作气体的压力以及组分会导致铷原子吸收线的频移和展宽,并且影响到其线型,实验通过低场NMR系统测量确定了用于自旋交换光泵的最佳激光工作波长.低场NMR测量为获得具有高核自旋极化度的超极化气体氙-129,并且能够用于人体肺部MRI研究提供了实验依据.     

胶束型磁共振成像分子探针的设计与应用

飞速发展的分子影像学在肿瘤的早期诊断及检测中发挥着越来越重要的作用.磁共振成像(MRI)是分子影像学的重要分支，具有其他成像技术不可比拟的优越性和广阔的发展前景.它不需要放射性示踪剂，没有电离辐射，具有高的空间、时间分辨率和组织对比度.近年来，新型磁共振分子探针及成像序列取得了一系列进展，包括环境响应型分子探针、¹⁹F成像、¹²⁹Xe超极化成像以及化学交换饱和转移成像等，进一步拓展了MRI的应用范围.研究和开发靶向性好、弛豫效率高且安全性好的新型多模态MRI造影剂，进一步提高灵敏度是MRI领域的一项重要课题，例如将胶束的特性与一些MRI新方法结合，寻找合适的胶束体系，以提高MRI分子探针的灵敏度；或者引入多模态分子探针，弥补磁共振方法的不足.本文综述了胶束型MRI分子探针核心技术的研究进展与应用，并指出分子影像技术在生物医学工程研究和临床诊断中的重要性.     

糖尿病大鼠视神经病变方向性扩散加权MRI表现

利用扩散加权磁共振成像技术研究了链脲佐菌素（STZ）诱导大鼠糖尿病4周时视神经的病理改变. 测量平行和垂直于视神经方向上的水质子的表观扩散系数,分别用ADC_∥和ADC_⊥来表示. 初步结果显示模型组左右侧视神经ADC_∥没有出现一致的改变,而ADC_⊥都有下降的趋势,但没有达到统计显著性. 该结果提示STZ诱导4周后扩散成像测量参数ADC_⊥的改变可能反映了糖尿病引起的视神经轴突损伤.     

一种肝脏类生物相容性氨基酸共聚物磁共振成像造影剂（英文）

一种新型的以天门冬氨酸-苯丙氨酸共聚物为载体的大分子生物相容性材料(AP-EDA-DOTA-Gd)被制备出来作为磁共振成像造影剂.首先合成了天门冬氨酸-苯丙氨酸共聚物,之后利用乙二胺将1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)连接到共聚物上,最后将钆离子通过配位的作用方式连接到DOTA上,最终得到大分子AP-EDA-DOTA-Gd.体外溶血性试验表明AP-EDA-DOTA-Gd具有较好的血液相容性.在p H=5.5的组织蛋白酶B的磷酸缓冲液中,AP-EDA-DOTA-Gd能够降解.APEDA-DOTA-Gd的体外弛豫效率(15.95 mmol–1·L·s–1)为目前临床应用的Gd-DOTA(5.59mmol–1·L·s–1)的2.9倍.大鼠肝脏成像实验结果表明,AP-EDA-DOTA-Gd对于肝组织的成像增强对比度为63.5±6.1%远高于Gd-DOTA(24.2±2.9%).     

NMR实验参数对IBP-血浆相互作用个性化差异研究的影响

药物与血浆蛋白相互作用强弱是影响药物分布代谢与药效的关键因素之一. 本研究小组已报道用扩散加权谱、弛豫加权谱结合主成分分析（PCA）方法研究布洛芬（IBP）与血浆蛋白相互作用的个体差异性. 该文则研究核磁共振实验参数的设置对血浆与药物相互作用个体差异性研究的影响. 以对照血浆样品组与加入布洛芬血浆组为模型,改变扩散时间、梯度强度、回波时间这3种实验参数,采集了27套不同实验设置的扩散加权谱与10套不同回波时间的弛豫加权谱. 结果表明,扩散时间为0.1 s~0.14 s且梯度强度为1.52×10^-3 T/cm~1.90×10^-3 T/cm时采集的扩散加权谱或回波时间为70 ms~110 ms时采集的弛豫加权谱更适合用来研究血浆与布洛芬相互作用的个性化差异.     

快重离子辐照引起Ni/SiO2界面原子混合及相变研究

在室温下用308 MeV的Xe离子和853 MeV的Pb离子辐照Ni/SiO2样品, 用卢瑟福背散射和X射线衍射技术对样品进行了分析。 通过分析Ni/SiO2样品中元素成分分布和结构随离子辐照剂量和电子能损的变化, 探索了离子辐照在Ni/SiO2样品中引起的界面原子混合与结构相变现象。 实验结果显示, Xe和Pb离子辐照均能引起明显的Ni原子向SiO2基体的扩散并导致界面附近Ni, Si和O原子的混合。 实验观测到低剂量Xe离子辐照可产生NiSi2相, 而高剂量Xe离子辐照则导致了Ni3Si和NiO相的形成。 根据热峰模型, Ni原子的扩散和新相的形成可能由沿离子入射路径强电子激发引起的瞬间热峰过程驱动。Ni/SiO2 interface were irradiated at room temperature with 308 MeV Xe ions to 1×1012, 5×1012 Xe/cm2 and 853 MeV Pb ions to 5×1011 Pb/cm2, respectively. These samples were analyzed using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and X ray diffraction spectroscopy (XRD), from which the intermixing and phase change were investigated. The obtained results show that both Xe and Pb ions could induce diffusion of Ni atoms to SiO2 substrates and result in intermixing of Ni with SiO2. Furthermore, 1.0×1012 Xe/cm2 irradiation induced the formation of NiSi2 and 5.0×1012 Xe/cm2 irradiation created Ni3Si and NiO phases. The diffusion of Ni atoms and the formation of new phase may be driven by a transient thermal spike process induced by the intense electronic energy loss along the incident ion path.     

相位加权的矢量全聚焦超声阵列成像方法研究

常规矢量全聚焦成像仅利用检测信号的幅值信息,其成像质量受噪声、栅瓣和旁瓣等的影响大。综合利用检测信号的幅值和相位信息,本文提出两种相位加权的矢量全聚焦成像方法。首先,对全矩阵数据的相位信息进行分析,提取出两种相位特征参数:相位一致因子(Phase Coherence Factor:PCF)和极性一致因子(Sign Coherence Factor:SCF);然后,将全阵列划分为若干子阵列,分别利用两种相位特征参数对各个子阵列的成像幅值进行加权,求取加权幅值特征向量;最后,对所有子阵列的加权特征向量进行合成,得到两种加权的矢量全聚焦成像,并从中提取出裂纹方向及尺寸等特征信息。将三种矢量全聚焦成像方法应用于不同缺陷检测仿真及实验验证,结果表明,3种方法均可以实现缺陷方向识别与长度定量测量;但相位加权矢量全聚焦成像效果明显优于常规矢量全聚焦成像结果,其成像信噪比及分辨率更高,缺陷角度及长度测量结果更准确。本文研究工作为缺陷无损评价提供了可行的技术手段。      

Cs(6D_J)+(H_2,H_e)的反应与非反应碰撞能量转移

在样品池条件下,利用原子荧光光谱方法,测量了Cs(6DJ)与H2,He碰撞中的反应与非反应能量转移截面.利用脉冲激光886nm线双光子激发Cs(6S)到Cs(6D3/2)态,原子荧光中除含有6D3/2→6P的直接荧光外,还含有6D5/2→6P的转移荧光.利用三能级模型的速率方程分析,在不同的He和H2密度下,分别测垦直接荧光与转移荧光的时间积分荧光强度比,得到了6D3/2与H2和He碰撞的精细结构转移截面分别为σ=(55±13)×10-16和(16±4)×10-16 cm2,同时确定了6D5/2与H2和He的碰撞猝灭速率系数.6D5/2态与H2的碰撞猝灭速率系数比6D5/2与He的大,它是反应与非反应速率系数之和,利用实验数据确定非反应速率系数为6.3×10-10 cm3·s-1,得到6D5/2与H2的反应截面为(2.0±0.8)×10-16 cm2.利用不同H2(或He)密度下6D5/2→6P3/2时间积分荧光强度,得到6D3/2与H2反应截面为(4.0±1.6)×10-16 cm2,6D3/2与H2反应的活性大于6D5/2.     

A capture-gated fast neutron detection method

To address the problem of the shortage of neutron detectors used in radiation portal monitors(RPMs),caused by the ~3He supply crisis, research on a cadmium-based capture-gated fast neutron detector is presented in this paper. The detector is composed of many 1 cm × 1 cm × 20 cm plastic scintillator cuboids covered by 0.1 mm thick film of cadmium. The detector uses cadmium to absorb thermal neutrons and produce capture γ-rays to indicate the detection of neutrons, and uses plastic scintillator to moderate neutrons and register γ-rays. This design removes the volume competing relationship in traditional ~3He counter-based fast neutron detectors, which hinders enhancement of the neutron detection efficiency. Detection efficiency of 21.66% ± 1.22% has been achieved with a 40.4 cm × 40.4cm × 20 cm overall detector volume. This detector can measure both neutrons and γ-rays simultaneously. A small detector(20.2 cm × 20.2 cm × 20 cm) demonstrated a 3.3 % false alarm rate for a ~(252)Cf source with a neutron yield of 1841 n/s from 50 cm away within 15 s measurement time. It also demonstrated a very low(0.06%) false alarm rate for a 3.21 × 10~5 Bq ~(137)Cs source. This detector offers a potential single-detector replacement for both neutron and the γ-ray detectors in RPM systems.     

Rb(5PJ)与He,N2的碰撞精细结构混合和猝灭

在气体样品池条件下,研究了Rb(5PJ) (He,N2)碰撞能量转移过程.用调频半导体激光器激发Rb原子至Rb(5P3/2)态,在不同的He或N2气压下,测量了直接5P3/2→5S1/2荧光和转移5P1/2→5S1/2荧光.对于Rb(5PJ)与He的碰撞,只发生精细结构转移(略去碰撞猝灭效应),电子态能量仅能转移为He原子的平动能.在与N2的碰撞中,向分子振转态的转移是重要的.本实验中,Rb的密度为4.5×1011 cm-3,由辐射陷获理论得到5P1/2→5S1/2的有效辐射率为2.47×107 s-1.利用速率方程分析,可以得到碰撞转移速率系数,对于He,5P3/2→5S1/2转移速率系数kHe21=2.61×10 12 cm3·s.对于N2,测量5PJ He和5PJ N2两种情况下直接荧光与敏化荧光的相对强度比,利用最小二乘法确定5Pa/2→5S1/2转移速率系数kN212=2.36×10-11 cm3·s,5PJ态猝灭速率系数kN2=1.44×10-11 cm3·s-1.由实验结果证实了Cs-N2主要是直线式碰撞传能机制,与其他实验结果进行了比较.     

瞬态自旋光栅系统的建设及其在自旋输运研究中的应用

简要介绍了瞬态光栅系统原理及光路的建设,包括瞬态光栅的产生与探测.采用了外差探测法（heterodyne detection）,大大提高了信噪比.利用瞬态自旋光栅系统,研究了(110)方向生长的本征GaAs/AlGaAs单量子阱中自旋输运特性,测得室温下电子自旋的扩散常数D_s=551 cm/s. 关键词： 瞬态自旋光栅 自旋扩散 自旋输运 自旋弛豫     

基于优化后流动敏感黑血序列的豆纹动脉3 T磁共振成像

豆纹动脉是大脑内部的重要动脉,其阻塞往往会导致腔隙性脑梗死.现在在临床上主要利用数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography,DSA)技术实现豆纹动脉成像,然而DSA的有创性是其重要的限制因素.有研究表明,在高场磁共振系统(7 T)下,时间飞跃法(Time-Of-Flight,TOF)已经能够得到较好的豆纹动脉影像,但是在临床使用的1.5 T或3 T磁共振系统下,由于豆纹动脉的管腔直径非常小(大约为0.3~0.7 mm)、血流速度比较慢,对其成像仍然是个挑战.该文主要研究了在3 T磁共振系统下使用流动敏感黑血(Flow-Sensitive Black-Blood,FSBB)序列对豆纹动脉进行成像的方法,并对该成像序列中流动敏感梯度的设计进行了优化,使其在扫描时间和图像分辨率、对比度、信噪比等方面都能够基本满足临床使用的要求.