Research Record
磁粒子成像技术
Magnetic Particle Imaging
围绕磁粒子成像设备、磁粒子性能检测、扫描结构、重建算法及主动补偿系统开展研究。
Research on magnetic particle imaging systems, tracer characterization, scanning geometries, reconstruction, and active feedthrough compensation.
磁粒子成像技术原理
磁粒子成像系统（Magnetic Particle Imaging，MPI）是基于功能和断层影像技术检测磁性纳米颗粒空间分布的示踪方法。作为功能学成像，MPI在不使用放射性物质的同时提高了成像分辨率，是近20年来具有临床转化潜力的技术。
MPI技术使用临床认证的超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）作为示踪剂，具有以下优势：
- nM级灵敏度，可检测到100个细胞；
- μm级分辨率，目前最高100 μm；
- 高对比度，可进行绝对定量分析；
- 信号不随深度衰减，支持3D断层扫描；
- 可进行长达数个月的连续示踪成像。
目前，MPI已在多模态活体成像、肿瘤检测和免疫治疗、细胞治疗监测、血管灌注成像、炎症定量、传染病研究、精准磁热疗、靶向药物递送、纳米材料等领域取得进展。
MPI利用磁力学独特的几何结构创建一个磁场自由区（Field Free Region，FFR）。快速移动FFR会使SPIONs的磁性方位发生翻转，从而在接收线圈中产生电压信号，通过计算后获取图像。
MPS设备研制与应用
项目研制便携移动MPS设备，用于磁粒子性能测试分析，为MPI成像提供依据。该设备目前可稳定测试分析磁粒子响应信号，并为MPI设计提供理论依据。研究包括：
- 便携MPS结构设计；
- 基于设备求解磁粒子弛豫时间；
- 使用自研MPS检测分析磁粒子性能，指导磁粒子研发。
二维MPI成像设备研制
项目研制用于小动物成像的MPI设备，提升系统信噪比和稳定性，包括定制化电磁屏蔽柜、自研主动补偿一体化系统和一体化采集控制系统，并基于TSIR方法提升分辨率。
螺旋扫描MPI设备研制
围绕螺旋扫描MPI设备开展结构设计和仿体成像，完成3 mm直径单点仿体及双点仿体成像。
单边手持MPI设备
提出利用单边MPI磁场不均匀特点的偏置场谐波空间编码方法，不需要选择场即可成像。该方法对扫描对象尺寸没有限制，可实现二维、三维成像，设备结构紧凑、成本低。
MPI成像算法研究
基于垂直信号变换开展单谐波MPI分辨率提升，相较常规激励向信号重建，分辨率提升约2倍。
自适应补偿控制一体化系统
自适应有源补偿系统可在十秒内实现对馈通干扰信号的自动补偿，提升设备灵敏度。系统采用FPGA进行激励和接收同步开发以提升稳定性，测试结果显示信噪比可提高23.06 dB。
