三种氘标记的葡萄糖在大鼠脑胶质瘤细胞中的代谢特征对比

磁共振氘(²H)成像是近年来涌现出的一种能在活体水平下实现特定代谢通路可视化的分子代谢成像方法,在癌症检测等重大疾病方面具有极好的临床应用前景．本文分析了三种不同氘标记葡萄糖——[6,6’-²H₂]-葡萄糖、[2,3,4,6,6’-²H₅]-葡萄糖和[1,2,3,4,5,6,6’-²H₇]-葡萄糖在脑胶质瘤细胞中的代谢特征差异．将大鼠脑胶质瘤C6细胞与三种氘标记的葡萄糖一起孵育,收集不同时刻细胞培养基样品,采用核磁共振波谱仪对样品进行核磁共振氘谱采集,获取不同时间三种氘标记葡萄糖的消耗量以及下游代谢产物水和乳酸的产量,从而得出三种氘标记葡萄糖探针在肿瘤细胞中的消耗速度以及代谢物的生成速度等动态代谢特征．结果显示在细胞实验中三种氘标记葡萄糖均能够显示出肿瘤细胞的代谢特征,且葡萄糖的消耗速度并无显著性差异,氘标记水和氘标记乳酸的产量也符合理论估算．因此本文认为低成本的氘标记葡萄糖探针[2,3,4,6,6’-²H     

磁共振波谱与成像技术

文章简要介绍了核磁共振的基本原理,详细阐述了液体核磁共振在蛋白质结构、功能和动力学等方面的研究进展,论述了增强固体核磁共振分辨率的方法及其应用,讲述了磁共振成像的原理并综述了不同磁共振成像方法的应用研究进展,并对核磁共振的发展作了展望。     

超极化129Xe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.     

一种脑代谢研究的有效方法——高分辨率磁共振波谱分析

介绍了一种脑代谢研究的有效方法.成年大鼠脑经漏斗法液氮冷冻,制备脑组织高氯酸提取物并冷冻干燥,所得固体溶于D2O后用¹H和³¹P磁共振波谱(MRS)检测.结果表明：脑高氯酸提取物的磁共振波谱有着极好的分辨率,³¹P MRS可以分辨出ATP、ADP、磷酸肌酸(PCr)、无机磷以及多种磷酯和糖磷;¹H MRS可以分辨出乳酸(Lac)、N-乙酰天冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)、GABA、肌醇(Ino)、琥珀酸(Suc)以及多种氨基酸.各波峰积分后得到各种物质的相对含量,而这些代谢中间产物的相对含量变化可以反应脑内的代谢状况和脑受损伤情况.     

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.     

迅速崛起的影像诊断术——磁共振成像

磁共振成像是根据生物体磁性核（氢核）在磁场中的表现特性成像的高新技术，它诞生后立即被用于医学诊断，在许多疾病的诊治中发挥了不可取代的作用，本文主要介绍磁共振成像影像诊断学的发展历史，及其它蕴含的创新思维历程，给科技工作者将产生有益的启示。     

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.     

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.     

单分子定位超分辨显微成像技术研究进展及展望(特邀综述)

随着新型荧光探针、先进激光、高灵敏光电探测器等相关领域的不断发展,突破衍射极限的超分辨光学显微技术为现代生物医学研究提供了新的有力工具,其中的单分子定位技术利用荧光分子的光开关效应,实现了亚细胞结构的纳米精度超分辨成像.本文介绍了单分子定位超分辨显微技术的基本原理与实现,例举了其在细胞生物学、组织生物学以及神经科学等方面的应用,讨论了该技术目前的发展趋势及可能的改进方向,为相关领域科学研究提供参考.超分辨光学显微技术的不断创新将推动生命科学的新发展.     

磁共振波谱及成像技术在纳米尺度物质生物效应研究中的应用

纳米尺度物质的生物效应研究是近年来在纳米科技发展过程中派生出来的一个崭新的、发展很快的且多学科高度交叉的领域，需要把纳米科学、物理学、化学以及生物医学等多学科的研究手段结合起来，进行综合研究．核磁共振波谱与成像，作为一种原位、无损、动态、实时、多信息的检测手段，在此领域的研究中将发挥不可或缺的重要作用．文章分3个方面简要介绍核磁共振波谱与成像技术在纳米尺度物质生物效应研究中的应用：（1）纳米尺度物质在生物组织及个体内的检测与分析；（2）纳米尺度物质与生物大分子相互作用的核磁共振波谱研究；（3）纳米尺度物质生物效应的核磁共振代谢组学研究．     

磁共振波谱及成像技术在纳米尺度物质生物效应研究中的应用

纳米尺度物质的生物效应研究是近年来在纳米科技发展过程中派生出来的一个崭新的、发展很快的且多学科高度交叉的领域,需要把纳米科学、物理学、化学以及生物医学等多学科的研究手段结合起来,进行综合研究.核磁共振波谱与成像,作为一种原位、无损、动态、实时、多信息的检测手段,在此领域的研究中将发挥不可或缺的重要作用.文章分3个方面简要介绍核磁共振波谱与成像技术在纳米尺度物质生物效应研究中的应用：(1)纳米尺度物质在生物组织及个体内的检测与分析;(2)纳米尺度物质与生物大分子相互作用的核磁共振波谱研究;(3)纳米尺度物质生物效应的核磁共振代谢组学研究.     

基于影像的形态学特征与胶质母细胞瘤特征分子表达的相关性研究

本文探讨了磁共振成像（MRI）形态学指标与胶质母细胞瘤（GBM）特征分子表达率的相关性,为GBM的临床评估、个性化治疗方案的选择及预后评价提供了影像学参考依据.首先回顾性分析了我院60例经手术病理证实的GBM的MRI数据,测量计算出肿瘤区最长径（TLD）、水肿区最长径（ELD）、强化与肿瘤长径比例（CTE/TLD）3个形态学指标.同时,进行免疫组化染色,得到GBM的表皮生长因子受体（EGFR）、异柠檬酸脱氢酶-1（IDH-1）、抑癌基因TP53、磷酸酶-张力蛋白（PTEN）和神经丝轻链（NEFL）特征性变化,根据染色程度与瘤细胞阳性细胞的比率的乘积进行评分.然后,对TLD、ELD和CTE/TLD与上述分子表达分别进行Pearson相关分析和多元logistic回归分析.结果标明TLD与EGFR、PTEN表达呈正相关（r=0.796、r=0.533）,与IDH-1表达呈负相关（r=-0.672）.CTE/TLD与EGFR、PTEN表达呈正相关（r=0.622、r=0.638）,与IDH-1表达呈负相关（r=-0.493）.ELD与5个特征分子的表达均无显著相关性.因此,基于MRI的肿瘤形态学分析能够在一定程度上反应肿瘤特征分子的差异,对GBM的分子分级和预后判断可提供直观的影像学参考依据.本文结果显示常规MRI测量肿瘤形态学指标有可能成为一种较为简便直观的胶质瘤分级与预后评估手段.     

磁共振成像K空间信号的数理模型——以自旋回波序列为例

K空间是磁共振成像信号空间编码的基础,准确理解K空间信号的表达式是掌握磁共振成像原理的关键和难点.本研究以常见的自旋回波脉冲序列为例,结合梯度磁场的空间编码过程,详细地推导了K空间信号的表达式.在信号采集环节,我们利用一个简单的物理磁化模型,简化了法拉第电磁感应定律下的信号表达式.在数学处理上,我们从微元分析出发,逐步推导出K空间数据的二维积分表达式,详细地展示了推导过程中的相关细节和依据.本模型推导过程中有效地将一系列磁共振概念和理论联系起来,可以帮助对磁共振成像理论感兴趣的研究者深入系统地认知K空间的概念和相关理论.     

1.5 T关节磁共振成像超导磁体的设计、制作与测试

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是当今世界上最先进的医学影像技术之一,现阶段MRI技术正朝着成像质量更清晰、功能更强大、效率更高、个体化更强的趋势发展.与全身MRI设备相比,专科型MRI设备具有体积小、重量轻、成本低、病人舒适度高、成像质量高、功能更强等优点.但是关节专用超导MRI系统需要长度方向上被严格限制的超导磁体在160 mm直径球域(diameter sphere volume,DSV)内产生高均匀度的磁场.本文综合考虑了超导线用量、中心磁感应强度和成像区磁场不均匀度等因素,使用0-1规划和遗传算法相结合的方法设计了一种非屏蔽型1.5 T关节MRI超导磁体,该磁体的室温孔径为280 mm,总长度为520 mm,液氦量为30 L,载流区最大磁场为5.48 T,5高斯线范围为径向3.2 m、轴向2.6 m,160 mm DSV的磁场不均匀度设计值为22 ppm,考虑加工误差及冷缩因素,磁体加工完成并经过被动匀场后的预估值为60 ppm.经过绕制、固化、组装、焊接等工序,该磁体已制作完成.经过3次锻炼后成功励磁到1.5 T,经过被动匀场后160 mm DSV的磁场不均匀度达到50 ppm,各项指标均达到设计目标.     

钆掺杂的类普鲁士蓝空心配位聚合物作为多模式成像探针及药物载体的研究

本文通过溶剂热法制备了具有多模式成像能力的钆掺杂的类普鲁士蓝空心配位聚合物,并包覆二氧化硅层以进一步应用. 磁共振成像实验表明纳米粒子表现出相当好的双模式磁共振成像能力. 此外,在各种波长的激光束下纳米粒子也会发出多色荧光. 由于其空心多孔结构,该聚合物具有1166 mg/g的高载药(阿霉素)能力和83.29%的药物封装效率,这使其成为潜在的药物载体平台. 特别在二氧化硅包覆之后,生物相容性也都得到了增强.     

基于多肽-脂质纳米载体的肿瘤光学分子成像

本刊讯纳米技术和光学分子成像在癌症的早期诊断与治疗中发挥着重要的作用。基于癌症发生的特点与遗传改变的差异,设计性能优良的多功能纳米载体和靶向给药新策略,是实现癌症个体化治疗的必由之路。     

光谱及成像技术在果蔬损伤检测研究中的应用现状与展望

果蔬在收获、运输、贮藏、分拣、包装和销售过程中均会遭受不同程度的挤压、碰撞或摩擦,从而造成果蔬损伤,如挤伤、开裂、擦伤等外部损伤,同时,在生长过程中会产生黑心、水心、褐腐、霉心等内部损伤。果蔬损伤初期特征不明显,外观与正常果实基本无异,然而随着时间的推移,损伤组织恶化扩散,最终导致整个果实腐烂变质,又进而接触感染其他果实,造成周边甚至整箱果蔬病变,对果蔬产业造成巨大的经济损失。果蔬采后损伤检测方法多种多样,其中人工检测最为简单常用,但是该方法不仅耗时耗力,容易造成错判和漏判现象,而且无法实现肉眼不可见的皮下或内部损伤检测。近年来,随着计算机技术的快速发展,越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬损伤检测,其中最为常用的当属光谱和成像技术。光谱成像技术通常结合图像处理、光谱分析、化学计量学方法、统计分析等手段,利用损伤果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测,具有无损、快速等优点,能解决人工检测耗时耗力且准确率低的问题。在此主要概述了8种光谱及成像技术（近红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、高光谱成像、空间频域成像、核磁成像、X射线成像和热成像）在果蔬损伤检测的最新研究进展,包括检测原理及其技术特点,总结分析了各技术在果蔬损伤检测方面的应用情况,并展望未来发展趋势,以期为果蔬损伤无损检测提供借鉴与参考。     

热纤梭菌中心代谢产物的归属及初步代谢组分析

热纤梭菌(Clostridium thermocellum)是一种能够高效利用木质纤维素的嗜热厌氧革兰氏阳性菌,是目前利用整合生物加工技术生产纤维素乙醇的最重要的候选菌株之一.代谢物组可以反映细胞和环境因子相互作用,是系统生物学的重要组成部分.目前,尚无使用核磁共振(NMR)方法对热纤梭菌的代谢组进行研究的报道,而对热纤梭菌代谢物的归属是进行代谢组研究的基础.该文通过1H NMR和2D NMR技术,对热纤梭菌的中心代谢产物进行了归属.在归属过程中,发现了若干特殊的重要代谢产物,包括纤维糊精、磷酸烯醇式丙酮酸、赤藓糖-4-磷酸等.这些代谢物对热纤梭菌的胞内代谢具有特殊的意义.利用已归属的代谢物,对热纤梭菌的野生型和乙醇耐受菌株进行初步的代谢组分析表明,热纤梭菌乙醇耐受性的获得,可能与纤维二糖主动合成纤维糊精途径、非氧化磷酸戊糖途径的增强及糖酵解路径的抑制密切相关.     

磁共振成像谱仪B0信号的高精度发生与测试

设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的磁共振成像（MRI）谱仪B₀信号的高精度发生方法,并对产生的B₀信号经高速采集卡采集之后进行测试和验证.FPGA从外部读取波形数据和参数,分别存储在双端口随机存取存储器（RAM）和参数寄存器中,根据预补偿算法实现B₀信号的发生,并通过对时间参数和幅度参数的控制,产生不同的B₀信号,时间分辨率为1 μs.对谱仪的B₀输出进行采集,再进行最小二乘拟合,以验证B₀信号发生的准确性.经实验证实,该设计可以产生正确、可控的高精度B₀信号.     

基于AI+MRI的影像诊断的样本增广与批量标注方法

训练样本是所有领域人工智能（AI）研发的关键因素.目前,基于人工智能+磁共振成像（AI+MRI）的影像诊断存在着训练样本的有效标注数量和类型无法满足研发需求的瓶颈问题.本文利用临床MRI设备对志愿者或阳性病例进行正常或重点病灶区的定量扫描,获取高分辨率各向同性的纵向弛豫时间（T₁）、横向弛豫时间（T₂）、质子密度（Pd）和表观扩散系数（ADC）等物理信息的多维数据矩阵,作为原始数据.开发虚拟MRI技术平台,对原始数据（相当于数字人体样本）进行虚拟扫描,实现不同序列不同参数下的多种类磁共振图像输出.选择感兴趣组织具有最好边界区分度的图像种类,经有经验的影像医生对其进行手动勾画并轨迹跟踪形成三维MASK标注矩阵,作为其他种类图像的图像勾画标注模板,从而实现低成本、高效率的MRI样本增广和批量标注.该平台以临床少量阳性病例作为输入,进行样本增广和标注,极大地减少AI对实际扫描样本的要求,降低了影像医生的精力和时间投入,极大地节省了成本,并输出了数量足够的磁共振图像,为基于AI+MRI的影像诊断研发提供低成本的训练数据解决方案.