开放式磁性纳米粒子断层成像线型旋转零磁场设计

磁性纳米粒子成像(MPI)是近年来兴起的一种医学成像方法,具有无电离辐射、毫秒级检测速度、亚毫米级成像精度的优势,其中线型零磁场扫描可实现被测物内部磁性纳米粒子分布的图像,在高精度成像、快速检测及动态监测方面具有重要的研究意义。针对磁性纳米粒子成像存在的系统检测孔径和检测精度问题,该文设计了一种开放式磁性纳米粒子断层线成像方法。开放式的系统结构扩大系统检测孔径,提出磁场线圈的电气驱动完成断层成像中零场线全周旋转,实现系统精准扫描。仿真计算和实验分析结果表明,该文设计的系统结构形成高度为200mm侧面开放的检测孔径,提出的电气驱动旋转零场线的方法形成的旋转角度误差小于0.0259°,用于扫描的线型零磁场宽度不超过0.95mm,单次扫描时间为3.6ms。因此,该文设计的开放式磁性纳米粒子断层成像系统可以有效扩大检测孔径,同时实现亚毫米级精度成像及毫秒级检测速度。

磁性纳米粒子在磁共振成像和药物载体中的应用研究进展

磁性纳米粒子在生物医学领域具有良好的应用前景,综述了相关的研究成果,介绍了磁性纳米粒子的制备方法和作为磁共振成像对比剂以及药物载体的应用。在磁共振成像中,磁性纳米粒子具有靶向特异性并且能够提高成像的对比度,使人们能更好地了解病变组织的微观结构。在药物载体方面,磁性纳米粒子可以实现对疾病的靶向治疗,提高局部治疗的效果,在脑部神经系统和肿瘤细胞等方面具有重要作用。除此之外,本文还指出磁性纳米粒子当前存在的挑战和未来发展方向,为后续进一步的科学研究和临床应用提供参考。

超顺磁性氧化铁纳米粒子在脑磁共振成像中的应用

超顺磁性氧化铁纳米粒子的磁性及生物相容性,使其在生物医学多个领域的应用研究都逐渐发展起来。本文介绍磁共振成像(MRI)及脑功能磁共振成像(fMRI)基本原理。列举不同性能的磁性氧化铁粒子作为磁共振成像对比剂在脑科学应用中的研究进展。表面结合单克隆抗体、蛋白质、多肽、核苷酸分子或其它特殊聚合物的磁性氧化铁粒子具有吸收特异性(靶向性),结合MRI可实现对脑部病变前期改变、药物输运及治疗的监测,对细胞、生物分子包括mRNA的成像及探测。经葡聚糖或聚乙二醇修饰的超顺磁性氧化铁纳米粒子血液半衰期较长,可作为对比剂用于脑fMRI成像。控制氧化铁纳米粒子的粒度及表面修饰物的物理化学性质、提高饱和磁化强度、借以接枝以各种靶向性的物质、开发具有荧光-磁性等多种性能的复合纳米粒子及掌握纳米粒子与生物分子、细胞、及生物组织之间的相互作用,则需要更深入的研究。

靶向多肽修饰的磁性纳米粒子在肿瘤成像中的应用

磁性纳米粒子在磁共振肿瘤成像中的应用已经得到广泛关注,相关研究也取得了各种突破性进展。与早期的被动模式相比,近年来发展的主动靶向性磁共振分子影像技术对靶器官具有高度的选择性和特异性,因此能提供更接近病理的相关信息,有更广阔的应用前景。围绕磁性氧化铁纳米粒子的肿瘤靶向成像应用,着重介绍靶向多肽修饰的磁性氧化铁纳米粒子的制备及其在疾病诊断应用,尤其是在肿瘤早期影像诊断方面的研究进展。

磁性纳米粒子肿瘤分子成像研究及进展

分子影像学是指在活体状态下,应用影像学方法对人或动物体内细胞及分子水平的生物学过程进行成像、定性和定量研究的一门学科[1]。肿瘤分子影像学的目标是检测癌前病变和微小肿瘤,发现癌前病变生物学特性,预测病变临床过程和评价疗效[2]。在光学、核医学、超声、CT及MRI等影像技术中,MRI空间分辨力最高,可达到25～100μm。

磁性纳米粒子的磁声谐波成像研究

磁性纳米粒子(MNPs)具有良好的磁响应、生物相容性和降解性等优点,在早期肿瘤诊疗中得到了广泛应用.本文基于MNPs在交变磁场激励下的磁声谐波响应,利用锥形磁芯的汇聚作用,开展了基于MNPs的磁声谐波成像研究.首先构建锥形磁芯的电磁激励模型,产生了具有大磁场强度/梯度分布的磁场区域,并基于MNPs的磁矩、机械振动和声传播研究了有效磁场区域内粒子的声辐射特性,推导了磁声谐波响应声压公式,实现了基于磁声谐波声压的二维扫描成像;然后研究了非理想锥尖条件下平顶高度对有效磁场区域半径、声压以及穿透深度的影响,结果表明非理想锥尖可以提高磁声谐波响应和穿透深度,但会一定程度降低谐波成像分辨率;最后利用环形坡莫合金的磁屏蔽效应来减小有效磁场区域,提高MNPs谐波成像的分辨率和对比度,在生物组织的浅表成像中展现良好的应用价值.

磁性纳米粒子在肝细胞癌磁共振成像及靶向治疗方面的研究进展

超顺磁性纳米粒子作为新型材料在临床领域应用广泛,如医学成像及诊断、药物靶向治疗、磁热疗等。它不仅可以在肝细胞癌(HCC)的早期作出特异性诊断,更是一种理想的靶向药物纳米载体。介绍了磁性纳米粒子作为靶向药物载体的性质特点、磁共振成像原理、靶向HCC的作用机制等,重点介绍了磁性纳米粒子的表面修饰及功能化,及其在主动靶向药物输送系统中的应用。认为磁性纳米粒子的应用必将在HCC的诊治中发挥更大的作用。

具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法

为提升磁性纳米粒子三维成像和重构速度,降低三维重构对采样投影数据完备性要求,针对含噪声投影数据三维重构优化问题,本文提出了一种具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法(noise-robust 3D sparse sampling magnetic particle imaging,3D NRSS-MPI).该算法通过求解一个由MPI投影成像正向模型l2范数和稀疏正则约束建立的凸优化问题实现3D MPI图像重构.模型不受MPI扫描轨迹限制,为不断发展的MPI新技术提供了普适性的基础模型;建立的三维全变分稀疏算子(3D total variation sparse operator, 3D TV Sparse Operator)利用MPI先验信息提升含噪MPI投影数据三维重构的鲁棒性,且可以进行无矩阵运算,大幅提升了运算效率.通过点源和冠状血管模型成像实验表明,在1/4欠采样下,本文3D NRSS-MPI方法可以有效消除重构图像星状伪影,获取较高的图像信噪比,同时冠状动脉重建结构相似性超过0.701,可以准确地对欠采样、有噪声的MPI数据进行快速而稳健的重建,有效缩短了4倍成像和重构时间.

基于小波稀疏的磁性纳米粒子成像算法研究

目的为了实现磁性纳米粒子成像(magnetic particle imaging,MPI)中粒子浓度空间分布的快速精准成像,针对系统矩阵成像方法所构建矩阵方程的求解问题,本文提出一种基于小波稀疏的MPI算法。方法首先通过仿真从基于零场线的开放式MPI电磁系统中获得MPI信号构建矩阵方程;然后在经典代数重建算法(algebraic reconstruction technique,ART)每次迭代后均采用小波变换提取图像中粒子分布边缘的非平稳特征,结合阈值算子稀疏运算去除图像中的干扰信号,实现粒子浓度空间分布成像;最后用峰值信噪比参数(peak signal-to-noise ratio,PSNR)对不同噪声下的成像结果进行分析。结果当系统信噪比为30 dB、20 dB、10 dB时,基于小波稀疏的MPI算法在快速收敛的前提下,所成图像的PSNR参数相较经典代数重建算法分别提升了67.83%、18.66%、8.05%。结论在低噪声水平下,基于小波稀疏的MPI算法可在短时间内实现粒子分布状况的高质量成像。

磁性纳米粒子成像高灵敏度正交接收系统

本文通过有限元分析设计高灵敏度磁性纳米粒子成像正交接收系统,提升MPI信号检测灵敏度和磁场匀质性,用于预临床小动物级MPI成像。设计的正交接收线圈组新增加x向接收线圈,并且在z向优化了成像视野面积与接收灵敏度,在预临床小动物级MPI成像平台中经过仿真验证、制备、调试、校验,完成了模型成像和小动物成像实验,结果表明本文方法有效提升了图像质量和图像对比度.

超顺磁性氧化铁纳米粒子的制备及性能检测

目的:制备超顺磁性磁共振对比剂四氧化三铁纳米颗粒,并检测其物理和磁学性质,以探讨作为反义基因载体的可能性。方法:共沉淀一步法制备葡聚糖包被的四氧化三铁纳米颗粒,采用X射线粉末衍射法分析其结构,用透射电镜及原子力显微镜测量其大小及分布,用振动样品磁强计检测磁化率等参数。结果:所得样品核心为四氧化三铁晶体,核心粒径为5nm左右,包被葡聚糖后整体颗粒直径为20～35nm,驰豫率为0.155×106(/mol.s),质量饱和磁场强度为69.42162emu/g Fe。结论:制备的样品具有粒径小,分散性好,超顺磁性等优点,符合作为磁共振对比剂的要求,可以作为磁共振成像反义基因载体。

荧光磁性纳米粒子与PSA单链抗体复合探针对前列腺癌的靶向显像和治疗

目的:研究荧光磁性纳米粒子与前列腺癌特异性抗原(prostate cancer specific antigen,PSA)单链抗体片段结合的复合纳米探针作为前列腺癌核磁共振靶向显像剂与治疗剂的可行性。方法:荧光磁性纳米粒子(FMCNPs)与前列腺癌特异性单链抗体片段(ScFv)桥联制备成复合纳米探针(FMCNPs-ScFv),应用高分辨电镜、荧光光谱仪与磁强度计进行鉴定。将FMCNPs-ScFv与前列腺癌LNCaP细胞共培养,观察其进入癌细胞的靶向性;采用MTT法评价复合纳米探针的细胞毒性。建立裸鼠前列腺癌细胞移植模型,进行免疫组化和病理学鉴定;荷前列腺癌裸鼠尾静脉注射复合纳米探针,采用荧光成像系统观察纳米探针在裸鼠体内的分布消除过程;利用核磁共振观察复合纳米探针肿瘤靶向显像效果;给予体外磁场照射(100W功率)30min,观察肿瘤体积的变化。结果:成功制备复合纳米探针FMCNPs-ScFv;细胞培养实验显示复合纳米探针能够进入前列腺癌细胞质;在显像浓度范围内复合纳米探针细胞毒性很低,不影响细胞增殖。成功制备裸鼠前列腺癌模型。荧光成像系统显示复合纳米探针快速地在裸鼠各重要器官分布,并逐渐集中于肿瘤部位;核磁共振显示纳米探针在24h内能够清晰显示前列腺癌图像;体外磁场照射4d后,注射复合纳米探针的裸鼠肿瘤组织生长显著慢于对照裸鼠的肿瘤组织(P<0.05)。结论:制备的复合纳米探针FMCNPs-ScFv能有效地靶向前列腺癌组织,可用于前列腺癌的核磁共振成像,也能用于体外磁场作用下的肿瘤治疗。

超顺磁性纳米粒子在肿瘤诊断与治疗中的应用

超顺磁性纳米粒子由于具有在生物体内的特异性分布以及在外加磁场下可控运动的特点,已被应用于肿瘤细胞的富集、分离、药物的磁靶向以及疾病的诊断和治疗等诸多方面。本文对超顺磁性纳米粒子在磁共振成像、肿瘤细胞分离、磁导向药物以及肿瘤的磁流体过热治疗方面的应用作一综述。

超顺磁性氧化铁纳米粒子在肝癌诊断与治疗中的研究进展

超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)作为MR负性对比剂被广泛认知,通过对其进行表面修饰,可明显提高其生物相容性与作用效果。利用外加磁场及交变电流,SPION还可具有靶向传递和磁热疗的作用。本文旨在对SPION在肝癌诊断和治疗方面的研究进展进行综述。

水溶性CoFe_2O_4磁性纳米粒子的制备和磁性研究

采用溶剂热法,分别以FeCl3.6H2O和CoCl2.4H2O为铁源和钴源,二甘醇和二乙醇胺为溶剂和配位剂,制备了水溶性CoFe2O4纳米粒子。采用TEM、XRD、FTIR光谱、热重-差热分析等技术对所得纳米粒子进行表征,并研究了材料的磁学性质。结果表明,这种铁酸钴纳米粒子具有超顺磁性,饱和磁化强度Ms达53.2emu/g,其横向弛豫系数为r2为36.54 Fe mM-1s-1,纵向弛豫系数为r1为1.68 Fe mM-1s-1,可以作为T2加权磁共振成像对比剂。

比较两种方法修饰的免疫磁性纳米探针在小鼠体内肿瘤磁共振成像中的作用

目的评价两种免疫磁性纳米探针(Anti-Sp17-Silane@MNPs和Anti-Sp17-CS@MNPs)对小鼠体内肿瘤MRI的靶向效果。方法分别将硅烷和壳聚糖修饰的磁性纳米粒与抗Sp17单克隆抗体交联,形成两种免疫磁性纳米探针(An-ti-Sp17-Silane@MNPs和Anti-Sp17-CS@MNPs),对荷瘤裸鼠注射后进行MR扫描,并解剖实验鼠,取器官组织(肺、肝和肿瘤)进行普鲁士蓝染色,观察铁粒子聚集情况。结果两种探针注射2 h后,肿瘤感兴趣区均可见T2信号明显降低,Anti-Sp17-CS@MNPs组降低更为显著。组织学检查见Anti-Sp17-Silane@MNPs注射组在肺、肝均有明显铁粒子聚集,而Anti-Sp17-CS@MNPs注射组各个器官组织铁粒子非特异聚集明显减少。结论 MRI中,对于小鼠体内肿瘤,Anti-Sp17-CS@MNPs探针比Anti-Sp17-Silane@MNPs特异性更好。

荧光磁性纳米粒子体外标记骨髓间充质干细胞研究

目的:探索高效体外示踪骨髓间充质干细胞体系的方法。方法:采用贴壁培养法分离、纯化大鼠骨髓间充质干细胞,用流式细胞仪检测骨髓间充质干细胞CD29、CD90和CD45表达情况,用诱导剂诱导干细胞检测骨髓间充质干细胞的分化能力,采用普鲁士蓝染色,用激光共聚焦显微镜、磁共振成像仪观察荧光磁性纳米粒子标记的干细胞体外成像效果。结果:流式细胞仪检测CD29、CD90和CD45阳性表达率分别为84.69%、90.28%和0.72%;碱性磷酸酶染色和油红O染色结果均表明骨髓间充质干细胞成功分化为成骨细胞和脂肪细胞;普鲁士蓝染色、激光共聚焦显微镜成像和磁共振成像表明荧光磁性纳米粒子标记的骨髓间充质干细胞具有很好的成像效果。结论:荧光磁性纳米粒子作为示踪剂可以在体外标记骨髓间充质干细胞,为干细胞研究提供新思路。

超顺磁性氧化铁纳米粒子标记羊骨髓间充质干细胞的体外实验研究

目的:探究超顺磁性氧化铁纳米粒子体外标记羊骨髓间充质干细胞的最佳方案,进行磁共振扫描,观察与三维打印组织工程骨支架复合培养的效果。方法:取超顺磁性氧化铁纳米粒子与多聚左旋赖氨酸的复合物标记第3代羊骨髓间充干细胞,将两者(各mg/L)按配比分为4组,A组:25:0.75、B组:50:1.5、C组:100:3和D组:200:6,分别在4h、24h和48h检测细胞标记阳性率、存活率和增殖活力,选最佳方案组进行磁共振成像、观察细胞内外粒子分布并与支架复合培养。结果:A组、B组细胞标记24h和48h普鲁士蓝染色阳性率最高,均达100%,细胞外未见纳米粒子聚集块形成;A组细胞标记4h、24h细胞存活率最高,与对照组差异无统计学意义;4组纳米粒子标记不同时间均未影响细胞增殖活力;在3.0T磁共振成像下至少可检测到A组5×103个细胞;纳米粒子分布于胞浆内、可与支架有效粘附。结论:超顺磁性氧化铁纳米粒子与多聚左旋赖氨酸配比为25:0.75(mg/L)时,标记第3代羊骨髓间充质干细胞24h为最佳方案,可粘附于三维打印组织工程骨支架表面。

磁性氧化铁纳米粒子在生物医学应用中的研究进展

磁共振（MRI））造影剂（CA）是指进入机体后,主要通过缩短成像时间、提高成像对比度和清晰度,而使器官或组织与其周围组织的图像产生差别。目前主要有两类MRI的CA受到关注：一类是顺磁性分子探针,以钆离子（Gd^（3＋））为基础的研究较为广泛,主要缩短组织的横向弛豫时间,增加组织在T1加权像上的信号强度;另一类以氧化铁为基础的超顺磁性分子探针,