基于CEST机制的pH成像方法、原理和应用

化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST）技术作为一种新型的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）技术.它的原理为溶质池中被激发饱和的质子与游离水中未被饱和的质子间的化学交换,能够引起水质子磁共振信号的下降,从而获得组织内生物分子的相关信息.由于质子间的交换速率k_ex与组织微环境的pH值之间存在直接联系,因而可以通过溶质质子的CEST信号对活体组织进行pH成像.目前用于pH成像的溶质分子既包括内源性游离的蛋白质、多肽分子,还包括一系列的外源性小分子和金属螯合物.通过不同类型的比率法、内源性胺和酰胺浓度-独立检测（Amine and Amide Concentration-independent Detection,AACID）等成像方法,能够获得肾脏、中风脑组织以及肿瘤组织的pH图谱.本文详细总结了2000年以来利用CEST技术进行pH成像方面的研究进展,包括对比剂、成像方法和相关应用,展望了活体组织pH成像的发展趋势和应用前景.     

MRI与MRS在肥胖症研究中的应用进展

肥胖症已经成为严重威胁人类健康的主要慢性疾病之一,磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)技术的结合运用,对于评价脂肪组织分布和蓄积程度具有极大的优势.该文总结了近年来MRI与MRS技术在肥胖症研究中的应用进展,并讨论了MRI与MRS技术在肥胖症临床应用及科学研究中的价值.     

Low‐Magnetization Magnetic Microcapsules: A Synergistic Theranostic Platform for Remote Cancer Cells Therapy and Imaging

Multifunctional magnetic microcapsules (MMCs) for the combined cancer cells hyperthermia and chemotherapy in addition to MR imaging are successfully developed. A classical layer‐by‐layer technique of oppositely charged polyelectrolytes (poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly(4‐styrene sulfonate sodium) (PSS)) is used as it affords great controllability over the preparation together with enhanced loading of the chemotherapeutic drug (doxorubicin, DOX) in the microcapsules. Superparamagnetic iron oxide (SPIOs) nanoparticles are layered in the system to afford MMC1 (one SPIOs layer) and MMC2 (two SPIOs layers). Most interestingly, MMC1 and MMC2 show efficient hyperthermia cell death and controlled DOX release although their magnetic saturation value falls below 2.5 emu g^?1, which is lower than the 7–22 emu g^?1 reported to be the minimum value needed for biomedical applications. Moreover, MMCs are pH responsive where a pH 5.5 (often reported for cancer cells) combined with hyperthermia increases DOX release predictably. Both systems prove viable when used as T2 contrast agents for MR imaging in HeLa cells with high biocompatibility. Thus, MMCs hold a great promise to be used commercially as a theranostic platform as they are controllably prepared, reproducibly enhanced, and serve as drug delivery, hyperthermia, and MRI contrast agents at the same time.     

核磁共振成像系列实验教学探讨

超小型核磁共振成像仪已经应用在近代物理实验教学中,该仪器可以研究各种样品的脉冲核磁共振.本文从教学内容和教学方法上对核磁共振成像实验进行了探讨·     

一种结合并行成像和压缩感知的快速磁共振成像新方法

压缩感知（CS）技术和并行成像技术（主要是SENSE技术、GRAPPA技术等）都能通过减少k空间数据的采集量来加快磁共振成像速度,目前已有一些将两种方法相结合进一步加速磁共振成像速度的方法（例如CS-GRAPPA）.本文针对数据采集和重建这两方面对现有CS-GRAPPA方法进行了改进,采集方式上采用了局部等间隔采集模板以满足GRAPPA重建的要求,并对采集模板进行随机放置以满足CS重建的要求;数据重建时,根据自动校正数据估算GRAPPA算法中欠采行的重建误差,并利用误差的大小确定在CS算法中保真的程度.不同磁共振图像重建实验的结果表明：与现有方法相比,本文方法能够更好地保留原有图像细节并有效减少伪影.     

生物激活磁共振成像造影剂的研究进展

介绍了磁共振成像新一代造影剂--生物激活造影剂（亦称之为“酶激活”、“生物应答”或“智能型”造影剂）的研究进展.主要讲述了这类造影剂的设计原理、性能与作用. 它们主要分别对生物体内的酶、金属离子浓度、pH等敏感.     

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。     

矩阵梯度线圈研究现状与发展趋势

梯度和匀场线圈性能的好坏直接影响磁共振成像质量．常规线圈在成像过程中存在一些固有的不足,如产生的磁场形态单一、不灵活,需要的线圈种类较多,结构较复杂等．而新型矩阵梯度线圈可以较好地弥补这些缺点．本文首先介绍了矩阵梯度线圈的概念及其特性,然后根据结构和功能对其研究现状进行分类汇总,在此基础上对矩阵线圈未来的发展趋势进行分析．此外,本文还对矩阵梯度线圈的前期研究基础进行了介绍．     

一种以超分辨率理论为基础的磁共振眼球成像方法

磁共振成像（MRI）是一种无电离辐射的非介入性的眼内肿瘤检测方法,但分辨率和运动伪影是成像过程中不易克服的困难．以往的扫描方法或是不可避免的引入运动伪影,或是需要受试者做精确的配合,增加了成像的难度,给受试者带来不舒适的体验．本文提出了一种以超分辨率理论为基础的新的磁共振眼球成像方法,使用一种特制的眼球线圈,对眼部区域扫描一系列动态的图像,使得不同方向上的采集分辨率互补．最后经过预处理、配准、超分辨率重建等操作,得到高质量的磁共振眼球图像．实验结果表明,这种方法可以在不需要受试者做额外配合工作的情况下,得到更加清晰的磁共振眼球图像．     

温敏性磁共振成像造影剂的研究进展

磁共振成像（MRI）技术可实现对温度的非侵入式检测．温敏性MRI造影剂能够对温度变化做出响应,进而导致与其结合的水质子的弛豫速率、信号强度或化学位移等磁共振参数发生显著改变,已作为将温度信号转化为磁共振信号的传感器广泛应用于MRI测温技术中．本文介绍了温敏性MRI造影剂的种类、原理、研究现状及其应用前景．     

基于Eclipse图形建模框架的图形化脉冲序列设计软件的实现

采用Eclipse图形建模框架（Graphical Modeling Framework,GMF）技术构建了一个图形化磁共振脉冲序列设计软件．软件具备所见即所得的特点,用户使用拖放方式所画出的脉冲序列与教科书和参考文献上的脉冲序列几乎一样．软件支持核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）波谱和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）的脉冲序列设计,同时提供实验参数管理模块,实现脉冲序列基础上的NMR实验设计和执行预览．得益于GMF完善的模型-视图-控制器模式和强大的代码生成能力,软件开发周期大幅度缩短、扩展能力大幅度提高．     

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.     

一种开放式磁共振成像主磁体的设计方法

本文提出了一种开放式磁共振成像(MRI)超导磁体的设计方法.在对磁体模型进行简化的基础上获得初始的电流分布,然后将线圈截面的优化问题转化成一个非线性最小二乘问题,通过求解最小二乘问题得到实际的线圈截面参数.文章最后给出了一个设计算例.     

基于局部位移校正的磁共振图像相干平均

多次扫描相干平均是提高磁共振图像信噪比的常用方法,但如果在多次扫描过程中病人发生自主或不自主的运动,使得图像中的组织发生位移,简单相干平均图像会导致图像模糊.本文受非局域均值算法的启发,提出了一种基于局部位移校正的相干平均方法.该算法通过比较多次采集的图像中组织结构的局部相似性,找出图像间的局部位移,利用该信息修正位移后进行加权平均,从而达到提高图像信噪比的目的.我们用模型及真实的肝脏弥散数据进行了实验.实验结果表明,对于不同次采样间存在运动的磁共振图像,该算法可有效地提高信噪比并保持结构边缘;其结果优于简单的相干平均,去噪效果也优于经典的非局域均值算法.     

多通道磁共振成像仪控制台数据传输模块设计

当前临床高场磁共振成像（MRI）系统要求成像仪控制台支持16个甚至32个接收通道,可以频繁和高速地进行数据传输并支持快速成像．基于此要求,本文研发了一个基于PowerPC处理器的数据传输模块,将其集成于自行研发的MRI成像仪控制台中,用于成像过程中控制台与计算机之间数据的高速传输．该模块以飞思卡尔公司的高性能PowerPC处理器—MPC8270为核心,运行嵌入式Linux操作系统．处理器与用户计算机之间通过百兆以太网连接,使用局部总线连接控制台的序列运行模块和数据采集模块（数量可扩展）．处理器响应数据采集模块发来的中断请求以快速读取和上传数据．本设计通过驱动程序的设计以保障响应的速度与可靠性．成像实验表明此设计方案能够满足多个接收通道数据快速获取与传输的需求．     

压缩感知同步扫描重建及其采样方案的研究

压缩感知(compressed sensing,CS)-磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术使用随机欠采样的k空间数据来重建图像,大大提高了成像速度.但典型的CS重建很费时,这也是CS-MRI临床应用的主要障碍之一.针对这一问题,该文提出了在扫描时同步进行CS图像重建的方案.在同步重建的过程中,可以实时显示重建图像的结果,用户可以根据图像质量来决定何时终止扫描,这样可以在节约扫描和重建时间的同时,更好地控制图像质量.由于预先无法确定最终的采样率,因此传统的变密度随机采样方法并不完全适用.该文设计了适用于同步重建过程的采样模式生成方案,同时提出了分段采样方法,把采样过程分为两个阶段,不同阶段使用不同的概率密度函数(probability density function,PDF)确定待采样的相位编码行.模拟实验的结果表明,与使用单一密度函数的采样方案相比,分段采样方案能够在整个同步扫描重建过程中始终获得更好的图像.     

核磁共振成像教学实验

利用超小型核磁共振成像仪，完成了核磁共振空间编码成像的一系列实验．研究了超小型核磁共振成像仪的性能，并对2种观赏植物、动物骨骼、蛔虫、蚯蚓等生物样品进行了核磁共振成像以及T1加权和氢核密度加权成像．     

用于压缩感知磁共振成像的分割字典学习算法

字典学习算法可以根据数据本身的特点构建稀疏域中的基,从而使数据的表示更加稀疏.该文在传统的字典学习算法基础上提出了分割字典学习算法,由于部分磁共振图像组织结构简单、可以进行图像分割,因此可根据此特点来优化字典中基函数的构建,使磁共振图像的表达更为稀疏,从而获得更高的重建图像质量.该文利用模拟数据和真实数据进行了重建实验,结果表明与传统的字典学习算法相比,分割字典学习算法能进一步改善重建图像质量.     

基于动态有机钆纳米颗粒的T1-T2双模态MRI造影剂

本文设计、合成并测试了一种新型的基于有机钆纳米颗粒的磁共振成像（MRI）造影剂.以1, 2-氨基硫醇与氰基的缩合反应为基础,成功合成了粒径在8~23 nm范围内的有机钆纳米颗粒.该有机钆纳米颗粒作为磁共振造影剂时,随着时间的推移,其纵向弛豫率逐渐减弱,横向弛豫率先增强后逐渐减弱,这与钆纳米颗粒粒径增大有关.有机钆纳米颗粒同时存在随时间变化的纵向弛豫和横向弛豫,表明它有望成为一种先进的T₁-T₂双模态MRI造影剂.