近日，物理学院李檀平副教授作为通讯作者在医学图像领域顶级期刊IEEE Transaction on Medical Imaging（中科院JCR一区，Top期刊，影响因子=11.037）发表了题为“Gradient-Based Pulsed Excitation and Relaxation Encoding in Magnetic Particle Imaging”的学术论文，创新提出了基于梯度脉冲激励磁场进行空间编码的磁纳米粒子成像技术，并以朗之万方程为出发点，研究了磁粒子的动力学及热力学特性。
本论文将梯度激励磁场引入到磁粒子成像（MPI）中实现空间编码，即将梯度脉冲磁场用于激励磁纳米粒子并产生弛豫衰减信号，且是通过沿着磁场自由线激励磁纳米粒子，再采用系统矩阵重建出FFL上的高分辨率一维图像。本论文中这种创新方法称为“弛豫编码”，该方法被认为是对MPI的“频率编码”和“相位编码”的补充，可有效提高图像分辨率，以满足临床病人扫描的需求。可有望应用于实现高分辨率的人体临床成像。
不同粒径的磁粒子具有不同的磁化率和弛豫时间常数。左图：Perimag和Synomag-D磁粒子在脉冲激励的平坦部分过程中显示出非零信号，后者信号明显高于前者。右图：Perimag和Synomag-D磁粒子的信号积分与激励场强呈非线性关系。
左图为在脉冲激励下，利用朗之万函数计算绝热信号，在脉冲激励的平坦部分，信号为零。采用德拜弛豫模型进行模拟仿真，由于弛豫效应，在平坦部分为拖尾信号。右图为弛豫衰减信号面积与脉冲激励场强呈非线性关系，可用于空间编码和高分辨率成像。
参与本项工作的还包括学校计算机科学与技术学院、生命科学技术学院，兰州大学、中科院自动化所等单位，该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。
据悉，磁粒子成像是一种全新的基于功能和断层影像技术检测磁性纳米粒子空间分布的示踪方法。磁粒子成像具有高灵敏度和无电离辐射的优点，在肿瘤分子影像上有很大的应用潜力。从2001年被首次提出，磁粒子成像的发展时间只有20多年，远远短于其他的生物医学成像方法。目前世界范围内只有小动物磁粒子成像扫描仪上市，而且成像分辨率尚未达到亚毫米的临床要求，磁粒子成像有很大的研究和发展空间。另一方面，2003年的诺贝尔医学奖授予了彼得·曼斯菲尔德爵士和保罗·劳特伯尔，奖励他们发现了在核磁共振成像（MRI）中引入梯度磁场进行空间编码来创建二维结构图像的可能性。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9837082
