微波致热超声成像原型系统

相对微波和超声成像系统, 微波致热超声扫描成像(MITAT, microwave-induced thermo-acoustic tomography)技术在对比度和分辨率方面具有明显优势, 因此该技术在生物组织成像领域受到了越来越多的关注. 介绍了一个完整的MITAT原型系统, 并利用该系统对埋入脂肪中的高含水量生物组织目标进行了一些基础性的实验. 在这些实验中, 通过由截面为毫米尺度的猪肌肉组织样条所产生的热超声波信号, 获得了同时具有高对比度和高分辨率的MITAT图像. 为了验证MITAT的优势, 一个商用的超声线阵成像系统也对同一实验目标进行了超声成像对比实验研究; 两种系统的成像结果表明所搭建的MITAT原型系统在对类肿瘤的高含水目标探测方面具有良好的性能.     

下一代医学成像技术展望

<正>从磁标记糖、烟雾传感手术刀以及高能质子束,加之国际团队的协作攻关,下一波的医学成像技术将为人们呈现更为清晰的人体图像。在21世纪的最初几年,医学影像学已有迅猛的进步。如今,医生可以在分子水平上观察病情、检查个体的心跳特征,和研究大脑工作的微小细节——所有这些工作在十年前是根本不可能的。"我们正在进入精密医学的时代,"美国国家生物医     

针孔SPECT成像完全三维图像重建的研究

依托自行研制的一台高分辨率小动物单光子发射型计算机体层成像系统(Micro- SPECT), 开发针孔SPECT成像的完全三维图像重建技术. 该研究包括: 针孔SPECT成像的投影算子推导及其在Radon空间的采样特性分析; 有效的系统几何参数校正方法; 适用于圆轨道和螺旋轨道扫描的三维图像重建算法及定量补偿方法的实现. 为验证开发的完全三维图像重建技术, 进行了相应的计算机模拟成像、模具成像及小鼠成像实验, 并对结果进行了讨论. 计算机模拟和模具及小鼠成像实验显示: 跟基于解析求逆理论的近似图像重建算法FDK相比, 基于统计理论的三维迭代图像重建算法结合有效的系统响应补偿方法, 能够显著地改善重建图像质量和提高系统成像分辨率; 螺旋轨道扫描的针孔SPECT成像技术可以有效地克服常规圆轨道扫描成像的局限性, 扩大成像系统的轴向视野, 提供相对完备的锥形束投影采样空间, 实现高分辨率的全身小动物SPECT成像. 实验结果表明我们开发的完全三维图像重建方法与技术是切实有效的, 达到了预期的目的, 可以较容易地推广应用于多针孔SPECT成像的三维图像重建.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

磁共振成像造影剂的研究进展

磁共振成像是20世纪80年代发展起来的一项先进医学影像诊断技术,目前已广泛用于临床诊断,其中30％以上的成像诊断用磁共振成像造影剂,介绍了磁共振成像造影剂的定义和分类,以及顺磁性影剂的一些研究进展,详细讨论了水溶性顺磁性造影剂的非离子化、靶向性和大分子化3个发展方向,提出了磁共振成像造影剂今后研究与开发中应注意的一些问题和发展趋势。     

欧洲人脑计划:志在先声夺人

<正>欧洲启动的大科学项目"人脑计划"主要是以模拟人类大脑功能之研究目的,不管它最终能否实现这一目标,这一计划都将为神经科学研究提供更多的帮助。从大型计算到成像技术,技术的日新月异使得我们可以想象,总有一天我们将了解人体最复杂的器官——大脑——是如何工作的。     

磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.     

多功能纳米CT造影剂的研究进展

计算机断层扫描(CT)具有适用面广、价格相对低廉、高效性和高分辨率等特点,是使用最广泛的无创临床成像技术之一.尽管CT的分辨率远高于传统X射线和其他几种成像技术,但因为成像原理的限制,CT很难分辨软组织的微小变化.为增强软组织的对比度,提高疾病诊断的准确性,人们研制了多种CT造影剂.临床上最早使用的CT造影剂是小分子碘化物,但它们具有毒性和循环时间短的缺点限制了其进一步应用.开发纳米尺寸的造影剂能有效增加循环时间,降低造影剂副作用.除了含碘纳米粒子,基于重金属的纳米粒子,如金、钽、镧系、铋等均可作为高效的CT造影剂.这类新型纳米CT造影剂具有更好生物相容性和更长循环时间,在血管和肿瘤的可视化成像中有十分明显的优势.此外,将CT和其他成像技术,如磁共振成像和超声成像等联合使用,则可以实现优势互补,为临床诊断提供更精确、清晰的图像,为疾病的诊治提供更多个体化诊断信息.考虑到目前疾病诊治,尤其是癌症诊治方面存在的问题,整合了诊断和治疗功能的诊疗一体化制剂更适合临床应用.将CT成像和各种治疗方式结合在一起,即开发基于CT成像的多功能诊疗制剂,可以实现对疾病的实时成像和监控治疗.本文介绍了CT成像的基本原理和当前常用的几种CT造影元素,包括碘、金、铋、钽、镧系元素等,综述了目前多功能纳米CT造影剂的研究现状、发展趋势和面临的问题.     

基于双模态造影剂的超声影像与磁共振影像的配准

由于超声影像斑点噪声突出、分辨率低,超声影像和其他模态医学影像之间的配准融合是一个未完全解决的困难问题.本文提出了一种新的基于双模态造影剂的超声影像和磁共振影像之间的配准算法.利用双模态造影剂对体模进行超声和磁共振显影,在此基础上构建了超声图像与磁共振图像之间的空间变换模型.此算法模型既能够体现两幅图像之间的物理空间坐标变换,也能够体现两幅图像之间的强度(包括亮度和对比度)变化;运用多尺度金字塔算法对构建的空间变换模型进行求解,得到的解既能够满足两幅图像之间空间全局变换,也能够满足两幅图像之间的局部细节变化.实验结果表明:利用双模态造影剂并结合上述算法对超声影像和磁共振影像进行配准可以获得较好的配准效果.     

锰离子增强磁共振成像在大鼠嗅球神经传导及早期确定脑缺血中心研究中的应用

以二价锰离子(Mn²⁺)为示踪剂的磁共振成像是近年来发展起来的可在体、动态地追踪神经传导通路和研究大脑功能的一种脑成像新技术. 利用这项技术对静息状态下Mn²⁺在大鼠嗅球层状结构间的传递过程以及大鼠急性脑缺血模型中的钙离子(Ca²⁺)超载过程进行了研究, 得到了大鼠嗅球高空间分辨率的层状结构图像, 并测得静息状态下Mn²⁺在嗅球层状结构间的表观传递速率大约为0.2 mm/h. 急性大鼠脑缺血研究结果表明, 缺血早期存在Mn²⁺沉积区域的面积(代表缺血过程中存在Ca²⁺超载的区域)仅为扩散加权图像中的高信号区域面积的(55±15)%, 提示以Mn²⁺为示踪剂的磁共振成像比常用的扩散加权成像能更为准确地早期确定缺血中心区域.     

大脑也有“扫描仪”

最近,澳大利亚科学家使用一种大脑扫描成像的新技术,了解到人的大脑是怎样工作的,它可以知道一个人是不是在撒谎甚至是否有种族偏见。大脑扫描技术可以被用于医疗卫生事业,也可能会被滥用到广告、教育和其他领域,目前对于解读人的大脑存在着道德上的争议。大脑扫描成像研究将给未来的教育带来巨大的影响。但是,扩大大脑研究的使用范围也会带来对滥用这项技术的道德质疑,无论是用于教育还是广告目的。大多数的大脑研究都有医学性目的,例如提高对癫痫病、帕金森症、精神分裂症、痴呆、注意力短缺症、创伤后压力症和其他病症的了解和治疗。但是…     

紧盯地球的“眼睛”

<正>成群的小卫星将提供地球大片实时图像——想象一下,通过谷歌地图或其他在线地图工具来放大几小时或几天前通过高分辨率卫星拍摄的地球图像——即一颗小型成像卫星捕捉到的地球上的任何变化,从农作物、森林、野生动物到城市扩张和自然灾害——这一切都将被定格在精确的时间范围之内。借助成群的小型成像卫星,位于加州旧金山的行星实验室公司计划发射28颗微卫星,每颗卫星大小如同一个烤面包机,重量约为5公斤,能够提     

核酸适配体功能化的脂质体负载上转换颗粒用于肿瘤靶向成像

核酸适配体是一类能够与靶标物高特异性地结合的寡核苷酸序列,可作用于金属离子、小分子化合物、蛋白质及细胞等.由于对靶标物具有高选择性,核酸适配体可赋予递送体系靶向特异性,同时增加递送药物及成像试剂在肿瘤组织内的富集,在分子诊断和体内靶向治疗等生物医学领域具有很大的应用潜能.本文基于聚丙烯酸(PAA)修饰的NaYF4:Yb/Er/Nd@NaYF4:Nd上转换纳米颗粒(UCNPs-PAA),将其封装于AS1411核酸适配体修饰的脂质体(Apt-Lip)中,构建了一种近红外(NIR)光激发的光学成像及靶向识别的UCNPs@Apt-Lip多功能纳米平台.透射电子显微镜、水合粒径、Zeta电势及共聚焦实验图表明成功制备了具有独特的核@空腔@壳构造的纳米体系.流式细胞仪和靶向细胞荧光共聚焦成像实验结果表明UCNPs@Apt-Lip材料对人乳腺癌细胞具有很强的靶向识别及荧光成像的能力.该多功能纳米平台具有上转换发光成像的可动核心,中空内腔和靶向壳层等独特性能,有望推动其在光催化纳米反应器、药物输送、肿瘤治疗等领域的发展.     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

实时功能磁共振成像及其应用

实时功能磁共振成像通过技术手段将数据分析所需的时间缩短到可与数据采集时间相比拟的程度,从而能在实验进程中将大脑皮层活动情况即刻反馈给受试者,构成一个闭合的神经反馈回路.近年来随着数据采集技术与图像重建算法的改进以及计算机运算能力的提高,实时功能磁共振成像技术日趋成熟并在诸多方面得到应用.凭借实时功能磁共振成像提供的神经反馈,受试者能够自主调节相关脑区的激活水平,与被调节脑区相关的认知过程或行为也会随之变化,这为认知神经科学提供了一种新的研究范式.实时功能磁共振成像还可以用作具备优良空间分辨率和全脑覆盖性的脑机接口,通过对大脑皮层激活模式的分析对脑状态进行判断和分类,从而实现仅依赖大脑活动的交互方式.另外,实时功能磁共振成像在临床上的潜在应用也得到了广泛关注,它为神经系统或精神类疾病的治疗与康复提供了新的途径,患者有望通过神经反馈调控异常的大脑激活状况从而缓解相应症状.本文旨在对实时功能磁共振成像的概念、关键技术及相关应用进行详细的介绍,并对其面临的问题和发展的前景进行讨论.     

靶向性Fe3O4@Au纳米粒子在光声/核磁双模成像中的应用

多模互补成像可以提高医学诊断精度. 多模探针是联合各个成像模式的桥梁, 这意味着发展多模式、多功能的纳米探针是非常必要的. 本文发展了一种具有靶向性的四氧化三铁核/金壳纳米粒子(Fe₃O₄@Au)作为核磁和光声双模成像的探针, 实验证明Fe₃O₄@Au纳米粒子具有超顺磁性, 可以增强T₂序列的核磁信号. 此外, 该探针同时具有光学吸收性质, 可以增强光声信号. 在其表面修饰Integrin a_vb₃单克隆抗体后, 该探针对U87-MG肿瘤细胞具有选择靶向性. 基于Fe₃O₄@Au纳米粒子的核磁/光声双模成像将在肿瘤诊断中发挥重大作用.     

磁共振成像技术可捕获瞬间即逝的思想

最近美国明尼苏达大学和AT&T贝尔实验室用磁共振成像(MRI)技术得到了精确度小于5毫米的大脑活动图像。其方法是把受试者暴露于闪光灯与黑暗更替的环境中,同时每10秒扫描大脑一次。他们将8个连续静态扫描与动态扫描相比较,以显示大脑是如何变化的。在2%背景波动的对照下,6个志愿者发出的视皮质信号平均改变了8%。磁共振成像技术与其他技术不同的是,它不用放射性同位素。工     

动态点击

英国研制成功新型微波成像系统英国科学家日前开发出一种全新的微波成像系统。专家认为,这一系统有望在将来取代X光成像技术,为医疗服务行业提供一种效率更高、危害性更低的诊断方法。除此之外,该项研究成果还可应用于安全和工业生产等领域,例如探测隐藏的武器、地雷和爆炸物等。英国诺森伯兰大学工程技术学院的大卫·史密斯博士正在开发的这种新型微波成像系统,通过测量物体两维的“密度模式”,进而生成物体的三维图像,也就是人们所熟知的“全息图像”。利用该技术,医务工作者能够以更低的成本更快地获得检测结果。未来的电脑:有机电脑早…     

含维生素B6的新型肝胆靶向性磁共振成像造影剂研究

以二乙三胺五乙酸合钆(Ⅲ)(GdDTPA)和1,4,7,10-四氮杂环十二烷1,4,7,10-四乙酸合钆(Ⅲ)(GdDOTA)及其衍生物为代表的磁共振成像(MRI)造影剂,已在临床广泛使用.提高造影剂肝胆选择性的主要措施是用亲脂性基因对造影剂分子进行化学修饰,如GdDTPA-EOB和GdBOTPA等.1988年Rocklage和Quay设计了含辅酶磷酸吡哆醛的Mn(Ⅱ)螯合物造影剂MnDPDP[DPDP=N,N’-二吡哆基-乙二胺-N,N’-二乙酸-二(5-磷酸酯)].MnD-PDP由于可被肝细胞膜传输系统识别而具有良好的肝胆系统靶向性.但MnDPDP的合成收率很低(～20%),且磷酸吡哆醛价格十分昂贵,限制了其应用.本文用维生素B_6簇化合物吡哆胺及其衍生物和多氨多羧酸的活性衍生物合成了一系列分子骨架上携带维生素B_6的螯合剂及其Gd(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)等顺磁性金属离子的螫合物,研究表明它们具有良好的弛豫性能,可望成为新一代肝胆靶向性MRI造影剂.     

化学发光探针介导的声动力学肿瘤成像研究

提出一种化学发光探针介导的声动力学肿瘤成像方法. 声敏剂选择性地在肿瘤组织中分布后, 通过超声的敏化作用在肿瘤组织中产生活性氧自由基; 利用活性氧自由基选择性化学发光试剂直接实时地把声敏化过程中的活性氧自由基转化为光子辐射出来, 然后利用光学检测技术进行肿瘤的在体成像. 在体外实验中, 利用可在体使用的化学发光探针FCLA, 对两种声敏剂ATX-70和HpD声动力学反应过程中活性氧自由基的产生进行了直接的实时检测. 在移植了人体肿瘤的裸鼠实验中, 利用这种方法获得了非常清晰的在体诊断图像. 此方法可望在肿瘤的早期临床诊断中得到应用.