基于磁声效应的电特性成像方法具有无创、高对比度和高空间分辨率等优势，在疾病的早期诊断领域具有应用潜力。介绍了感应式磁声层析成像（MAT-MI）、注入电流式磁声层析成像（MAT-CI）和磁声电层析成像（MAET）3种主要磁声多物理场耦合成像方法的成像原理和应用进展，并对其未来发展前景进行了展望。

介绍了基于磁声耦合效应的磁声层析成像(magneto-acoustic tomography,MAT)和磁声电层析成像(magneto-acousto-electrical tomography,MAET)2类电导率成像方法的正问题与逆问题的理论基础,综述了不同成像策略的电导率重建方法的研究进展,分析了基于磁声耦合效应的电导率重建方法在声源模型构建、重建算法和成像速度等方面存在的问题,并展望了未来的发展方向.

背景:经颅磁声电刺激是一种基于磁声耦合电效应的无创、高精度脑神经聚焦刺激方法,可调节神经节律振荡活动,从而影响大脑的运动、认知等功能.目的:探究经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响.方法:①动物实验:采用随机数字表法将24只Wistar大鼠随机分为4组,每组6只:正常对照组不进行任何干预;正常刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激(空间峰值脉冲平均强度为13.33 W/cm2,基波频率为0.4 MHz,基波周期数为1 000,脉冲重复频率为200 Hz);模型对照组、模型刺激组通过腹腔注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶建立帕金森病模型,造模成功后,模型对照组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电假刺激,模型刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激,每天刺激时长2.0 min,刺激结束停留8-10 min后,采集大鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号并同时记录行为学正确率,对比分析各组局部场电位信号能量的时频分布情况和行为差异,当大鼠正确率连续3 d高于80%后停止刺激实验和T迷宫实验.②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激下皮质-基底神经节回路模型,分别改变超声发射周期(5,10,20 ms)、超声发射占空比(30%,50%,90%)和感应电流密度(20,50,100 μA/cm2),比较不同刺激参数下健康与帕金森病大鼠beta振荡的功率谱密度值.结果与结论:①动物实验:正常对照组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P＜0.001),正常刺激组大鼠的空间学习能力强于正常对照组(P＜0.05),模型刺激组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P＜0.01);正常对照组beta振荡能量分布较为集中,正常刺激组较正常对照组beta振荡信号能量有所降低,模型对照组与模型刺激组beta振荡能量广泛分布且能量值显著高于正常对照组、正常刺激组,并且模型刺激组beta振荡信号能量明显低于模型对照组;②建模仿真实验:不加刺激时,健康大鼠beta频段功率谱密度峰值(30 dB)显著低于帕金森病大鼠(55 dB);施加经颅磁声电刺激后,两组大鼠beta频段功率谱密度值普遍降低;beta频段功率谱密度峰值与超声发射周期呈正相关、与感应电流密度呈负相关,当超声发射占空比为50%时功率谱密度峰值最低;③结果表明:经颅磁声电刺激可抑制健康与帕金森病大鼠的beta振荡,进而改善大鼠的运动功能与决策认知功能.

目的:尝试配制一种应用于直肠/阴道腔内的短T 2效应MR I对比剂,旨在提高阴道和直肠MRI质量.方法:将右旋糖酐铁溶液与超声耦合剂按不同比例混合,配制成含铁浓度分别为0.125、0.375、0.625、1.250、1.875、2.500、3.125和3.750 mg/g共8种浓度的对比剂(实验组),以纯超声耦合剂和纯右旋糖酐铁溶液作为2个对照组.将3组混和均匀的物质分别注入不同的试管中进行3.0T MRI检查,扫描序列包括FSE T1 WI、FRFSE T2 WI和T2-mapping,其中T2-mapping序列重复扫描50次.测量8支试管的T2值.比较实验组不同铁浓度对比剂的T2值,筛选出最佳短T2效应的含铁浓度.结果:纯超声耦合剂和纯右旋糖酐铁溶液的T2值分别为(773.90±5.04)和(83.00±3.40)ms.实验组中8种含铁浓度的对比剂的T2值依次为(931.04±19.44)、(867.4±18.89)、(832.98±19.40)、(622.88±7.74)、(88.68±4.15)、(62.80±9.23)、(26.82±4.30)和(18.24±3.68)ms,各组间差异有统计学意义(F=53644.11,P<0.001).随着对比剂铁含量的增高,在T2 WI上的信号呈下降趋势;当铁含量为3.125 mg/g时,信号强度与无信号背景接近,同时其在T1 WI上的信号强度与纯超声耦合剂相当.结论:铁浓度为3.125 mg/g的右旋糖酐铁溶液与超声耦合剂的混合剂可作为直肠和阴道腔内较合适的短T2效应对比剂.

磁性纳米粒子作为药物载体能够与肿瘤特异性结合,具有靶向治疗的潜力.探索用于检测磁性纳米粒子分布的无创成像方法具有重要意义.本文基于磁性纳米粒子在脉冲磁场激励下产生超声波的机制,推导含有磁性纳米粒子浓度信息的声压波动方程.利用有限元法和解析解得到一致的瞬态脉冲磁场.建立三维模型用于电磁场和声场耦合计算,仿真结果验证了检测点处的声压波形能够反映磁性纳米粒子区域在生物组织中的位置信息.利用超声换能器采集的声压数据,实现磁性纳米粒子的B型扫描成像.目标区域位置的最大误差为1.56％,通过比较图像中边界信号的幅值可以区分不同浓度的纳米粒子区域.本文研究表明B型扫描成像能够快速、准确地获取目标区域的尺寸和位置信息,有望用于靶向治疗中磁性纳米粒子的检测.