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磁粒子成像,未来能否与磁共振平分天下?

作者:华体汇app下载 时间:2021-05-23 01:19
本文摘要:磁粒子光学(MagneticParticleImaging,MPI)是一种全新的定量功能性光学技术,其利用了流经血流中的纳米颗粒示踪剂的磁性质,需要分解动脉血东流和体积心脏运动的动态三维图像。2001年,德国汉堡飞利浦实验室科学家B.Gleich首次明确提出MPI的概念。2005年,B.Gleich和另一位科学家J.Weizenecker研制成功了首台MPI设备,其可行性论证于当年在《大自然》杂志上首次公开发表。

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磁粒子光学(MagneticParticleImaging,MPI)是一种全新的定量功能性光学技术,其利用了流经血流中的纳米颗粒示踪剂的磁性质,需要分解动脉血东流和体积心脏运动的动态三维图像。2001年,德国汉堡飞利浦实验室科学家B.Gleich首次明确提出MPI的概念。2005年,B.Gleich和另一位科学家J.Weizenecker研制成功了首台MPI设备,其可行性论证于当年在《大自然》杂志上首次公开发表。MPI可以必要检测到机体内任何时间和空间的纳米颗粒示踪剂,符合临床对安全性、较慢的三维血管造影技术的市场需求,协助研究人员从器官、细胞和分子层面了解了解病程。

MPI具备低空间分辨率和低时间分辨率的优点。由于光学不表明解剖学结构和背景的组织,不产生干扰信号,因此示踪剂产于图像具备高对比度。同时,MPI光学时不不存在电离辐射,也需要用于毒性示踪剂,因为MPI的示踪剂由超顺磁氧化铁(SPIO)做成,比起用作CT的碘和用作磁共振的钆,SPIO要安全性得多。▲图1各种影像临床技术对比图虽然全球目前只有用作小型动物的MPI设备上市,但MPI正处于较慢发展时期,与20世纪80年代早期MRI的发展阶段类似于。

这种新的光学方式对医学科研及临床工作者都具有极大的吸引力。本文讲解了MPI工作原理、MPI与MRI的区别以及MPI设备制造商。MPI工作原理MPI光学必须用于示踪剂,只有示踪剂不存在于光学区域才能产生信号。

常用的示踪剂是氧化铁磁性纳米粒子(Fe3O4),也称作超强顺磁性氧化铁(SuperParamagneticIronOxide,SPIO)纳米粒子。示踪剂SPIO的性质相当大程度上要求了MPI的图像质量。由于机体内长时间情况下会不存在示踪剂,因此MPI图像具备极好的对比度和高灵敏度,使我们需要看见活的有机体中细胞(细胞追踪)、血液(灌入)和其他功能系统(靶向、药物传送系统)中的示踪剂。

磁粒子光学利用磁力学独有的几何结构创立一个磁场自由区(FieldFreeRegion,FFR),类似于将两块磁铁放到一起时的情况。由敏感点掌控纳米颗粒的方向。这与MRI的物理原理截然不同,MRI的图像是由均匀分布的磁场产生的。

较慢移动FFR不会使得SPIO纳米颗粒的磁性方位再次发生旋转,从而在接管线圈中产生信号。因为我们一直告诉敏感点在哪里,所以我们可以将信号分配到未知方位,产生定量的MPI图像。MPI的性能、分辨率和灵敏度主要不受纳米颗粒的影响。

用于更佳的或特定的SPIO可以提升设备的分辨率和/或灵敏度。▲图2利用MPI设备,一条灵敏磁场权利线(FFL)在整个样品上光栅化,用作绘制纳米粒子的分布图。▲图3扫瞄后,分解三维断层图像,可在肝脏和脾脏中检测到MPI信号(冷铁色)。

MPIvs.MRI▲图4MRI的场强结构:用于很弱梯度(mT)和强劲场强(T)创立一个均匀分布的场来分解图像。▲图5MPI的场强结构:两个互相指向的强劲磁体产生一个磁场梯度,中心是FFR。

然后将FFR在样本中较慢移动,利用强劲梯度(T)和很弱场强(mT)来分解图像。


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