空心硅酸锰纳米材料是一种新型无机材料, 其形貌主要包括空心纳米球、纳米颗粒、核壳结构等。其中空心硅酸锰纳米材料具有高比表面积、大孔容、可调的孔尺寸等特性, 同时具有良好的生物相容性和可降解性, 已被应用于生物、医药等领域。综述了空心硅酸锰及其复合纳米材料的合成方法, 主要包括水热法和沉淀法, 并对所合成的材料形貌和尺寸进行了总结, 介绍了其在癌症诊断、癌症治疗以及癌症的联合诊疗等方面的应用, 对今后硅酸锰纳米材料的研究重点和发展方向进行了展望。

利用Nd3+与Yb3+之间的能量传递, 设计了808 nm激发下具有近红外光致发光的GdF3∶Nd3+,Yb3+@NaGdF4磁性纳米探针。通过合成参数调控, 研究了反应时间和前驱物浓度对GdF3∶Nd3+,Yb3+材料形貌的影响。GdF3∶Nd3+,Yb3+在808 nm激发下在近红外(NIR)第一/第二窗口具有较宽的发射峰(970~1 070 nm), 共掺杂体系实现了Yb3+和Nd3+双发光中心发光, 有效提高了近红外区间的发光性能, 同时克服了用980 nm激发的荧光成像引起生物组织过热的缺点。表面包覆NaGdF4惰性壳可以进一步提高GdF3∶Nd3+,Yb3+的近红外发光强度, 研究了不同厚度NaGdF4惰性壳对GdF3∶Nd3+,Yb3+发光增强的影响。由于Gd3+具有的顺磁特性, GdF3∶Nd3+,Yb3+@NaGdF4显示出顺磁性能, 磁化值为0.45 A·m2/kg, 适合作为磁共振成像(MRI)T1探针。GdF3∶Nd3+,Yb3+@NaGdF4纳米颗粒在NIR荧光成像和MRI领域具有广阔的应用前景。

磁共振成像具有出色的软组织对比度，在很多诊断中具有其他方式不可比拟的优势，是现代临床医学的重要观测手段之一。但磁共振成像扫描时间较长，严重制约了诊断效率，按照一定加速倍率通过部分扫描得到欠采样的K空间数据是减少扫描时间的重要途径。现有方法仅单独对K域或图像域进行重建，或者通过串行连接的图像域和K域卷积对两域进行交替处理，未能实现双域信息的融合，导致重建性能较差。为了实现对高加速倍率欠采样K空间数据的高质量重建，提出了一种同时处理图像域和K域数据的双域并行编解码结构。所提方法使用两个并行的编解码网络分别重建欠采样图像域和K域数据，并将K域分支的特征通过傅里叶逆变换融合到图像域，从而显著提高重建质量。实验结果表明，对于不同加速倍率的前采样数据，所提方法都优于其他基于U-Net的图像重建方法。所提方法有望成为一种高性能的高加速倍率磁共振欠采样数据重建方法，可应用于临床磁共振重建。

局部k空间邻域模型是最近提出的一种k空间低秩约束重构模型,其利用图像的线性位移不变性将图像的k空间数据映射到高维矩阵中,可以解决图像重构的问题。在并行磁共振成像重构的过程中,使用欠采样技术来提高成像速度会导致重构图像的质量下降,为此提出一种基于交替方向乘子法求解的L_p范数联合全变分正则项局部k空间邻域建模算法,将所提算法与其他算法在人体的脑部和膝盖数据集上进行实验。实验结果表明,相比于其他算法,所提算法能够减少重构图像的伪影,更好地保留重构图像的边缘轮廓信息,重构效果更好。

全脑区的自动分割对于大脑疾病的诊断和治疗具有重要的临床意义。为了提高分割准确率,提出了一种多项式展开配准的多图谱分割算法。利用线性多项式展开模型, 结合仿射变换和非刚体变换将待分割的目标图像与图谱图像进行逐一的配准来获取位移场; 利用归一化互信息计算二者的相似度, 筛选出与目标图像相似度较高的图谱, 并对图谱的标记图像进行位移场映射, 得到粗分割结果; 采用全局加权投票法将粗分割结果进行融合, 得到最终的细分割结果。选取了35例来自MICCAI 2012 Multi-Atlas Labeling挑战和10例来自上海交通大学医学院附属第九人民医院的磁共振T1加权图像对该方法进行验证, 最终全脑区的DSC值分别为0.7585和0.7351。实验结果表明, 算法具有较高的大脑分割精确度和鲁棒性, 有望辅助临床进行大脑相关疾病的诊断和治疗。

基于目前脑胶质瘤在低分级胶质瘤和高分级胶质瘤上分类不准确的问题, 提出了基于3D CNN特征提取的磁共振成像脑胶质瘤分类方法。在3D CNN模型中加入Batch Normalizing层和Dropout层, 降低了过度拟合并加速了网络收敛速度; 使用N4ITK和数据增强后的数据进行训练, 进一步降低了过度拟合, 提升了模型分类效果; 构建特征融合层, 实现自动分类。实验结果表明, 算法在BraTS 2018数据集中的分类效果具有明显优势, 分类准确率高达91.67%, 明显高于AlexNet、VGG和ResNet三大主流网络模型, 算法具有较好的鲁棒性和泛化性, 对脑胶质瘤的分类和诊断具有临床应用潜力。

The invention of magnetic resonance imaging (MRI) in the 1970s opened up a vital field for biomedical imaging. With the progress of technology and the deepening of interest in the life sciences, ultra-high field MRI is now rapidly developing. This paper presents an introduction to the history and current status of MRI, as well as the key technologies of ultra-high MRI.

设计了一种可用于超高场磁共振成像(MRI)的负磁导率超材料磁感应透镜(MIL), 可以有效提高MRI的信噪比.MIL是由6×6个加载电容的金属开口谐振环组成的二维周期结构, 并将其加工在一层0.6 mm 厚度的FR-4介质基板上.将MIL放置于射频线圈和样品之间, 能够实现等效的磁表面等离激元效应.MIL单元电磁场分布、散射参数和等效磁导率的仿真结果表明：所设计的MIL在拉莫尔进动频率297.2 MHz产生负的磁导率, 并能增强由射频线圈产生的射频场的倏逝波分量.两个不同的标准表面射频线圈的MRI扫描实验表明, 小水膜仿体在施加MIL后可以将矢状面图像信噪比提高约200%, 大水膜仿体在施加MIL后可以将冠状面图像信噪比提高约58%.仿真和MRI图像结果均表明了所设计的MIL具有聚焦表面射频线圈磁场强度的能力, 有益于提高MRI的信噪比、空间分辨率和探测深度.

现有核磁共振设备面对主磁场不均匀多是采取贴磁片等补偿磁场不均匀等硬件方法，但这给成像带来图像伪影，图像模糊等不良影响。针对磁共振成像中磁场不均匀的问题，提出了一种主磁场不均匀下的分数域磁共振成像方法。首先选择待成像活体组织的某一层，在该层上选择若干个点，测量该层面上的磁场强度大小，在磁共振成像原理的基础上，建立成像区域磁场强度分布模型，然后建立磁场的多项式模型，按照测量的磁场中是否存在明显的二阶分量可以将该多项式模型分为二阶多项式模型和高阶多项式模型；之后，将这两个模型分别代入磁共振的自由感应衰减(FID)信号中，对于二阶模型可以用分数阶傅里叶变换工具进行求解成像物体某一层上的自旋密度函数，对于高阶模型需要通过求解代数方程的方法得到成像物体某一层面上的自旋密度函数，这样便建立了主磁场任意不均匀下的磁共振信号模型。实验结果表明，该方法达到与均匀主磁场下近似同样的效果。