磁共振声辐射力成像技术研究进展

磁共振声辐射力成像(MR-ARFI)将声辐射力与MRI技术相结合,作为一种新兴的高强度聚焦超声(HIFU)治疗监控技术,能够通过探测组织内的微小位移而间接反映组织弹性,具有安全、简便、无需其他激励装置等优点。本文对MR-ARFI的原理、相关序列及其在生物医学方面的应用进展进行综述。

氢气微泡的制备及其超声成像研究

氢气是一种新型、简单、安全的选择性抗氧化剂。但氢气的水溶性低、难以实时追踪和定点可控释放限制了其在生物医学上的应用。微泡具有造影、载气及定点可控释放的特性。文章将氢气与全氟丙烷通过一定比例混合制备了一种新型的载氢气微泡。体外、体内超声成像实验发现载氢气微泡在磷酸盐缓冲液以及在大鼠左心室和肝脏中均有很好的超声成像性能。该研究为进一步利用氢气微泡来实现超声定点释放和治疗奠定了实验基础。

超声声辐射力弹性成像中基于拉东变换的剪切波速度估计方法的改进研究

能够无创定量测量人体组织弹性模量的声辐射力脉冲超声弹性成像方法,已经逐渐成为进行肝硬化分期和乳腺癌良恶性判别等临床诊断的重要工具。但是,在临床实践中也发现,弹性模量测量的稳定性会受到测量深度和组织各向异性等多种因素的影响。因此,如何通过算法的改进提高声辐射力脉冲超声弹性成像测量结果的可靠性,一直是该领域所关注的重要课题之一。文章对现有的基于拉东变换的剪切波速度估计算法进行了多种方式的改进,并利用自主研发的声辐射力定量超声弹性成像系统所采集的超声射频数据,对几种方法得出的剪切波速度测量结果进行了比较。这些改进算法可以被分为两类:(I)在以"时间-侧向位置"为坐标的位移矩阵上进行拉东变换;(II)在以"时间-深度"为坐标的位移矩阵上进拉东变换。第一类算法试图找到在某一个特定深度上剪切波侧向传播的最佳拟合轨迹,而第二类算法则试图直接找到在整个测量深度范围内,剪切波波前通过每个侧向位置的准确时间点。文章在标准弹性仿体和离体猪肉组织样本上进行了测量实验,比较了在不同深度位置上重复测量结果的可靠性,以及这些算法的耗时情况。实验结果将有助于我们找到一种兼顾测量稳定性和计算速度的新型剪切波速度估计算法,并将其应用到声辐射力脉冲超声弹性成像中,提高其测量结果的可靠性和在临床应用中的价值。

基于空间冲激响应的圆形换能器辐射声场研究

基于空间冲激响应的稳态声压场理论,从选取距离函数出发,建立了单阵元圆形平面换能器声场中任一场点处的基于傅里叶变换的冲激响应声场模型,该模型适用于声场中的任意位置。并运用Matlab仿真了换能器的轴向与径向声压分布,且在圆形换能器冲激响应的声压分布实验系统上进行验证,实验结果与仿真得到的声压场具有很好的一致性。实验验证表明,仿真结果可准确反映圆形换能器的空间辐射声场分布。该方法计算快捷,对于优化圆形换能器设计参数及提高超声成像检测分辨率有重要参考意义。

高强度聚焦超声联合纳米颗粒在肿瘤治疗中的研究进展

高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound,HIFU）是一种很有前景的无创治疗肿瘤的方法,在MRI或诊断超声的成像技术引导下,可以对局部肿瘤进行定点消融[1]。既往很多临床试验对HIFU治疗的可行性和安全性进行了研究,HIFU疗法已应用于前列腺、乳腺、子宫等多个脏器的良恶性肿瘤治疗中[2]。

不同狭窄度斑块的血流动力参数检测方法研究

为研究不同狭窄度斑块的血液动力学参数——应力相位角,利用高频超声成像系统采集不同狭窄度斑块的超声造影图像,并通过超声粒子图像测速算法和互相关算法计算得到这一参数。结果显示,30%狭窄度斑块的平均应力相位角为-162.88°;50%狭窄度斑块的平均应力相位角为-201.99°;70%狭窄度斑块的平均应力相位角为-222.89°。该研究表明,斑块狭窄程度越大,应力相位角的数值越负,壁面剪切力和周向应力越不同步。

基于VTK的三维医学图像虚拟切片提取

目前大多数医学影像设备,如CT、MRI、超声等所产生的图像序列往往必须沿着某一固定方向,但这通常不能满足临床上多方位、任意角度诊查的需要。针对该问题,提出了一种三维医学图像的任意角度虚拟切片提取方法。在Visual C++平台下,结合可视化工具包VTK,对DICOM格式的CT图像序列进行三维重建,通过设置虚拟切面的法向量和内点来对重建后的三维物体进行切割并获得虚拟切片信息,在切割的同时可以同步显示出虚拟切片图像。通过简单的鼠标操作可以生成任意角度、任意部位的虚拟切片图像,并能对切割平面及虚拟切片图像进行移动、缩放、旋转等实时交互操作,从而有效地弥补了医学影像设备在成像上的不足。

叶酸介导APTMS包被的超小超顺磁性氧化铁的制备及体外MR成像

目的探究叶酸介导的超小超顺磁性氧化铁(USPIO)对于人乳腺癌MCF-7细胞表面叶酸受体的靶向性及MR成像的可行性。方法①制备叶酸介导的耦联3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)的USPIO(FA-APTMS-US-PIO),通过TEM、FTIR等技术对其进行表征。②USPIO组、竞争抑制组(FA-APTMS-USPIO+叶酸)及叶酸介导的耦联APTMS的靶向组(FA-APTMS-USPIO)分别与MCF-7细胞孵育不同时间,通过普鲁士蓝染色观察不同组别铁颗粒的摄取情况。③对与纳米铁孵育后的细胞采用3.0TMR仪进行体外MR成像。④采用MTT法进行细胞活性检测。结果透射电镜照片显示FA-APTMS-USPIO外形较规则。普鲁士蓝染色观察,靶向组细胞摄取的氧化铁较多,可见大量蓝色沉淀。竞争抑制组与USPIO组细胞内蓝色颗粒较少。体外MRI结果显示,与MCF-7孵育的靶向组T2信号降低显著,竞争抑制组和USPIO组无明显变化。MTT实验显示,靶向组不同时间对细胞生存能力无显著影响。结论 FA-APT-MS-USPIO对MCF-7细胞有良好的靶向性,对早期诊断乳腺癌具有重大应用潜力。

基于面绘制与体绘制的CT可视化实现方法

医学图像三维可视化方法分为面绘制和体绘制。讨论了两种绘制方法的思想和优缺点,介绍了两种算法的机理和实现过程。采用Visualization Toolkit进行医学数据可视化,分析了三维可视化工具包的原理,在VC++6.0平台下,结合可视化工具包,分别基于移动立方体算法和光线投影算法对人体脚趾CT图像进行可视化,并给出了实现可视化的算法过程和三维可视化结果。

不同微泡浓度对NT-3基因转染神经干细胞的影响

目的探讨低频超声下体外介导神经营养因子3(NT-3)基因转染神经干细胞的适宜超声微泡浓度。方法体外培养神经干细胞,在24孔板中加入200μl不同浓度(分别为10%、20%和30%)微泡和20μl pEGFP-NT-3基因重组质粒(1μg/μl)混合静置30min。将500μl神经干细胞悬液(3×105/ml)加入微泡和质粒混合液中,固定声强1.5W/cm2,照射时间60s,占空比10%,用1MHz超声探头辐照。转染后流式细胞仪检测细胞绿色荧光蛋白表达情况,MTT法检测神经干细胞存活率。空白对照组为质粒与神经干细胞的混合物,不经超声辐照。结果微泡浓度为10%时,细胞存活率>80.00%,但细胞转染率只有(6.26±0.58)%;微泡浓度为30%时,细胞存活率<40.00%,同时转染率最低;而当微泡浓度为20%时,细胞存活率较高[(69.66±2.08)%],且细胞转染率最高[(14.39±1.79)%]。结论在一定超声辐照参数条件下,微泡浓度20%的细胞转染率较高,且对细胞损伤较小,可作为神经干细胞基因转染的适宜条件。

载介孔二氧化硅纳米囊脂质体增强高强度聚焦超声对肿瘤细胞的杀伤力

目的制备载介孔二氧化硅纳米囊脂质体(MSN-LIPO),评价MSN-LIPO增强高强度聚焦超声(HIFU)对体外培养的肿瘤细胞的杀伤力。材料与方法采用薄膜水化法制备MSN-LIPO,用纳米粒度、电位分析仪和透射电子显微镜检测MSN-LIPO的基本表征;用CCK-8试验评估脂质浓度分别为0、0.1、0.2、0.5、1.0 mg/ml MSN-LIPO对U87 MG细胞的毒性;将FITC标记的MSN-LIPO与U87 MG细胞分别孵育0 min、15 min、30 min、1 h、2 h,使用共聚焦激光显微镜验证U87 MG细胞对不同分组MSN-LIPO的摄取;分别设立对照组、MSN-LIPO组、HIFU组和HIFU+MSN-LIPO组,通过流式细胞仪评价不同分组对U87 MG细胞的杀伤作用。结果制备的MSN-LIPO粒径大小约为(128.60±2.11)nm,Zeta电位约为(-22.90±0.77)m V;不同浓度组MSN-LIPO对U87 MG细胞无显著毒性作用,组间差异无统计学意义(F=1.56,P>0.05);U87 MG恶性胶质瘤细胞能够成功摄取MSNLIPO,不同时间分组组间差异有统计学意义(F=675.81,P<0.05);不同治疗分组对U87 MG细胞具有不同程度的杀伤作用,组间差异有统计学意义(F=713.52,P<0.05)。结论本研究制备的MSN-LIPO具有良好的生物相容性,可以协同增强HIFU对肿瘤细胞的杀伤力,具有潜在的临床应用价值。

磁性超声微泡的制备及基本性质检测

目的探讨磁性超声微泡(MAMBs)的制备方法并检测其基本性质。方法自制生物素化超声微泡,通过亲和素-生物素系统将超磁性纳米微粒连接于超声微泡表面,制备MAMBs。采用颗粒计数分析仪检测生物素化超声微泡及MAMBs的粒径及粒径分布。采用倒置系统显微镜观察MAMBs的形态及分散性。采用超声实时显影生物素化超声微泡及MAMBs,并于5min内观察其运动情况。外置永磁铁5min,超声实时观察MAMBs显影变化。结果生物素化超声微泡及MAMBs平均粒径分别约(1.11±0.21)μm和(3.70±0.89)μm。显微镜下观察MAMBs形态规则,分布均匀,无黏附聚集。外置永磁铁前,生物素化超声微泡及MAMBs均表现为增强回声,并呈自下而上的上浮状态。外置永磁铁后,MAMBs向永磁铁方向做自上而下的定向移动并聚集。结论 MAMBs形态规则,分布较均匀,具有显著的超声显影效果,可被外置永磁铁吸附做定向移动和定位聚集,可能为超声诊疗中增加局部微泡浓度奠定了实验基础。

靶向BST2微泡造影剂的制备及其与肿瘤细胞的体外结合能力

目的制备骨髓基质抗原蛋白(BST2)靶向微泡造影剂,观察其与小鼠前列腺癌细胞(RM-1)和小鼠乳腺癌细胞(4T1)的体外结合能力,探讨BST2作为前列腺癌潜在靶点的可行性。方法通过免疫荧光染色和蛋白质印迹法对BST2在两种细胞中的表达进行对比分析。采用生物素-亲和素桥连技术制备BST2靶向脂质微泡,普通光镜下观察BST2靶向微泡造影剂,并采用Accu Sizer 780A粒度仪进行表征,以非靶向微泡作为对照,比较其与RM-1和4T1两种肿瘤细胞系的结合特性及结合率。结果 BST2在RM-1细胞中的表达高于在4T1细胞中的表达;BST2靶向微泡与RM-1细胞的黏附率明显高于其与4T1细胞的黏附率,并远远高于非靶向微泡的黏附率。结论 BST2靶向微泡造影剂可与RM-1细胞特异性结合,有望作为前列腺癌的特异性超声分子探针用于前列腺癌的靶向分子成像。

MRI定量分析颈动脉粥样硬化斑块脂质坏死核:与手术病理对照

目的探讨MRI定量分析颈动脉斑块内脂质坏死核心(LRNC)的准确性。方法对19例颈动脉内膜剥脱术(CEA)患者术前行MR颈动脉检查,于MRI图像和病理组织学切片上分别测量LRNC的大小,计算其所占总管壁面积的百分比,分析两者的相关性。结果共151个MRI图像层面与患者的病理组织学区域相匹配,MRI与组织学测得LRNC占总管壁面积的百分比分别为(20.64±9.03)%和(18.65±9.49)%,两者具有中-高度相关性(r=0.69,P<0.001)。结论MRI可定量测量颈动脉斑块内LRNC,有助于预测斑块的稳定性。

分段读出平面回波序列在高强度聚焦超声焦点快速定位中的应用

磁共振声辐射力成像作为一种新兴的高强度聚焦超声监控技术,能够通过检测组织内的微米级位移实现高强度聚焦超声焦点定位。文章提出将分段读出自旋平面回波序列应用于磁共振声辐射力成像检测。通过与目前常用的单次激发平面回波序列及二维自旋回波序列对比发现,该序列在有效缩短检测时间的同时不易引起图像畸变。位移定量结果显示,分段读出自旋平面回波序列检测到的位移大小与另两种方法有较高的一致性,并具有良好的重复性。此外,单次激发平面回波序列可以同时提供具有良好图像质量的垂直于声传播方向的冠状面位移图及平行于声传播方向的矢状面位移图,有助于把握高强度聚焦超声焦域的三维结构。

基于碳纳米管X射线源的静态扫描系统设计

相比传统热阴极X射线源而言,碳纳米管X射线源具有结构紧凑、高时间分辨率、可编程式发射等优势,因此可以采用电子式的扫描方式取代传统扫描方式,提高采集图像的时间分辨率,减少运动伪影,降低辐射剂量。文章针对该新型X射线源静态扫描系统进行软硬件平台设计。其中,硬件平台集成了多光束X射线源及其驱动电路、高压发生器、复合真空计和数字平板探测器;下位机软件采用Quartus II开发平台,Verilog硬件描述语言,实现多路脉冲及触发信号的产生;上位机软件平台采用Lab VIEW图形化编程工具,实现多台仪器的集成控制,完成多光束X射线源静态扫描、高压控制、真空度监测和图像采集功能。本系统设计通过实验验证,可实现多光束碳纳米管X射线源脉冲式静态扫描成像,为碳纳米管静态CT的研制提供了实验和测试平台。

基于含缺陷声子晶体孔板共振模式的可调局域声场设计

可调控的局域声场在开发新型滤波器、传感器和声操控微器件等方面具有潜在应用前景。文章数值模拟研究了一种二维正方排列含缺陷孔声子晶体孔板表面的局域声场。计算结果表明,选择不同的共振频率可以调控含缺陷声子晶体孔板表面的声场形态。这是因为缺陷孔与周期孔的Fabry-Perot共振频率不一致,导致含缺陷声子晶体孔板表面的耦合场有多种形态。该工作所设计的缺陷态声子晶体孔板,可为声场与微粒的精细相互作用研究提供声学载台。