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磁粒子成像（Magnetic Particle Imaging，MPI）是一種全新的定量功能性成像技術，其利用了注入血流中的納米顆粒示蹤劑的磁性質，能夠生成動脈血流和體積心臟運動的實時三維圖像。

2001年，德國漢堡飛利浦實驗室科學家B． Gleich首次提出MPI的概念。

2005年，B． Gleich和另一位科學家 J． Weizenecker研制成功了首臺MPI設備，其可行性論證于當年在《自然》雜志上首次發表。

MPI可以直接檢測到機體內任何時間和空間的納米顆粒示蹤劑，滿足臨床對安全、快速的三維血管造影技術的需求，幫助研究人員從器官、細胞和分子層面深入認識病程。

MPI具有高空間分辨率和高時間分辨率的優點。由于成像不顯示解剖結構和背景組織，不產生干擾信號，因此示蹤劑分布圖像具有高對比度。同時，MPI 成像時不存在電離輻射，也無需使用毒性示蹤劑，因為MPI的示蹤劑由超順磁氧化鐵（SPIO）制成，相比用于CT的碘和用于磁共振的釓，SPIO要安全得多。

▲ 圖1 各種影像診斷技術對比圖

雖然全球目前只有用于小型動物的MPI設備上市，但MPI正處于快速發展時期，與20世紀80年代早期MRI的發展階段類似。這種新的成像方式對醫學科研及臨床工作者都有著巨大的吸引力。

本文介紹了MPI工作原理、MPI與MRI的區別以及MPI設備制造商。

MPI工作原理

MPI成像需要使用示蹤劑，只有示蹤劑存在于成像區域才能產生信號。常用的示蹤劑是氧化鐵磁性納米粒子（Fe3O4），也稱為超順磁性氧化鐵（SuperParamagnetic Iron Oxide，SPIO）納米粒子。示蹤劑SPIO的性質很大程度上決定了MPI的圖像質量。

由于機體內正常情況下不會存在示蹤劑，因此MPI圖像具有極佳的對比度和高靈敏度，使我們能夠看到活的有機體中細胞（細胞跟蹤）、血液（灌注）和其他功能系統（靶向、藥物傳遞系統）中的示蹤劑。

磁粒子成像利用磁力學獨特的幾何結構創建一個磁場自由區（Field Free Region，FFR），類似于將兩塊磁鐵放在一起時的情況。由敏感點控制納米顆粒的方向。這與MRI的物理原理截然不同，MRI的圖像是由均勻的磁場產生的。

快速移動FFR會使得SPIO納米顆粒的磁性方位發生翻轉，從而在接收線圈中產生信號。因為我們始終知道敏感點在哪里，所以我們可以將信號分配到已知位置，產生定量的MPI圖像。

MPI的性能、分辨率和靈敏度主要受納米顆粒的影響。使用更好的或特定的SPIO可以提高設備的分辨率和／或靈敏度。

▲圖2 利用MPI設備，一條靈敏磁場自由線（FFL）在整個樣品上光柵化，用于繪制納米粒子的分布圖。

▲圖3 掃描后，生成三維斷層圖像，可在肝臟和脾臟中檢測到MPI信號（熱鐵色）。

MPI vs． MRI

▲ 圖4 MRI的場強結構：使用弱梯度（mT）和強場強（T）創建一個均勻的場來生成圖像。

▲ 圖5 MPI的場強結構：兩個相互指向的強磁體產生一個磁場梯度，中心是FFR。然后將FFR在樣本中快速移動，利用強梯度（T）和弱場強（mT）來生成圖像。