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.     

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.     

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.     

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．