图1 MPI发展历程[1]

一、MPI的工作原理

　　MPI是一种基于磁性纳米颗粒（MNPs）与磁场相互作用的新型成像方式。与传统 MRI 使用均匀磁场不同，MPI利用振荡磁场和梯度磁场构建“无场点”或“无场线”。当磁性纳米颗粒被驱动磁场激发时，会产生磁化响应，并通过感应线圈接收此响应形成图像。MPI成像的关键在于，信号仅来源于外加的磁性颗粒，而非动物组织，因此可以获得清晰的影像[2]。

　　

图2 MPI基本结构和工作原理[2]

二、MPI的优势

　　1.无背景信号干扰：MPI只捕捉磁性纳米颗粒的信号，避免了由组织引起的背景干扰。这一特性使其特别适合用于血管造影、肿瘤诊断等需要高对比度的应用场景[3]。

　　2.深度穿透能力强：由于所使用的低频射频信号能穿透动物的不同组织，几乎不受衰减影响，因此MPI在深层组织成像中效果突出，如在骨骼和深部肿瘤成像上表现优越[4,5]。

　　3.成像信号线性定量：MPI成像信号与示踪剂浓度几乎呈线性关系。相比 MRI，MPI更能精准定量地反映出示踪剂的分布，这使其非常适合药物递送研究及个性化治疗的剂量规划[3]。

　　4.无电离辐射：相较于传统示踪剂(如18F-FDG和99mTc) 或成像方式(如CT、PET等)，MPI因成像过程中不涉及放射性物质避免了辐射问题，具有较高的安全性，且磁性纳米颗粒不易被肾小球滤过清除，可作为肾脏和血管成像的潜在示踪剂[6]。

　　

三、MPI在生物医学中的应用前景

　　1.心、脑血管成像

　　低背景信号干扰和高灵敏度，使得MPI适合心脑血管异常的检测，它可以精确显示血管中的血流情况以及检测血栓、动脉瘤等血管异常，为心血管疾病的诊断和监测提供了新的工具[7,8]。

　　2.癌症诊断与治疗

　　MPI能实时追踪磁性纳米颗粒在体内的分布，与肿瘤靶向技术相结合，可用于肿瘤的早期检测和治疗。通过对肿瘤血管化过程、肿瘤相关标志物、肿瘤微环境（TME）中富集程度的监测，可以实时反映肿瘤发生发展进程以及TME中免疫浸润情况[9]。另外，将磁性纳米颗粒作为药物载体，通过施加外部磁场引导药物到达肿瘤部位，不仅能提高治疗效果，还能通过MPI实现对药物递送的实时定量监控 [10]。

　　

图3 MPI用于体内肿瘤定位[2]

　　3.细胞跟踪与组织工程

　　MPI能高灵敏度跟踪并标记细胞运动轨迹，结合其深度穿透的特性，MPI适合用于干细胞和免疫细胞治疗中的实时监控，并能在组织工程和再生医学中的细胞示踪功能上发挥重要作用[11]。

　　

四、总结

　　总而言之，MPI作为一种无背景、深穿透、无辐射的影像技术，在血管成像、癌症诊疗、细胞追踪等方面展现出巨大潜力。然而MPI的大规模临床应用还需克服示踪剂优化、重建算法改进及临床验证等挑战。未来，随着MPI技术的不断发展，更多新型示踪剂和成像设备的研发将进一步推动这一技术在医疗领域的应用前景。

　　

参考文献：

　　[1] Yin L, Li W, Du Y, Wang K, Liu Z, Hui H, Tian J. Recent developments of the reconstruction in magnetic particle imaging. Vis Comput Ind Biomed Art. 2022 Oct 1;5(1):24.

　　[2] Xie X, Zhai J, Zhou X, Guo Z, Lo PC, Zhu G, Chan KWY, Yang M. Magnetic Particle Imaging: From Tracer Design to Biomedical Applications in Vasculature Abnormality. Adv Mater. 2024 Apr;36(17):e2306450.

　　[3] Yu EY, Bishop M, Zheng B, Ferguson RM, Khandhar AP, Kemp SJ, Krishnan KM, Goodwill PW, Conolly SM. Magnetic Particle Imaging: A Novel in Vivo Imaging Platform for Cancer Detection. Nano Lett. 2017 Mar 8;17(3):1648-1654.

　　[4] Yu EY, Chandrasekharan P, Berzon R, Tay ZW, Zhou XY, Khandhar AP, Ferguson RM, Kemp SJ, Zheng B, Goodwill PW, Wendland MF, Krishnan KM, Behr S, Carter J, Conolly SM. Magnetic Particle Imaging for Highly Sensitive, Quantitative, and Safe in Vivo Gut Bleed Detection in a Murine Model. ACS Nano. 2017 Dec 26;11(12):12067-12076.

　　[5] Zhou XY, Tay ZW, Chandrasekharan P, Yu EY, Hensley DW, Orendorff R, Jeffris KE, Mai D, Zheng B, Goodwill PW, Conolly SM. Magnetic particle imaging for radiation-free, sensitive and high-contrast vascular imaging and cell tracking. Curr Opin Chem Biol. 2018 Aug;45:131-138.

　　[6] Goodwill PW, Saritas EU, Croft LR, Kim TN, Krishnan KM, Schaffer DV, Conolly SM. X-space MPI: magnetic nanoparticles for safe medical imaging. Adv Mater. 2012 Jul 24;24(28):3870-7.

　　[7] Ludewig P, Graeser M, Forkert ND, Thieben F, Rández-Garbayo J, Rieckhoff J, Lessmann K, Förger F, Szwargulski P, Magnus T, Knopp T. Magnetic particle imaging for assessment of cerebral perfusion and ischemia. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2022 Jan;14(1):e1757.

　　[8] Vogel P, Ruckert MA, Kampf T, Herz S, Stang A, Wockel L, Bley TA, Dutz S, Behr VC. Superspeed Bolus Visualization for Vascular Magnetic Particle Imaging. IEEE Trans Med Imaging. 2020 Jun;39(6):2133-2139.

　　[9] Peng Z, Lu C, Shi G, et al. Sensitive and quantitative in vivo analysis of PD-L1 using magnetic particle imaging and imaging-guided immunotherapy. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2023;50(5):1291-1305.

　　[10] Fuller EG, Scheutz GM, Jimenez A, et al. Theranostic nanocarriers combining high drug loading and magnetic particle imaging. Int J Pharm. 2019;572:118796.

　　[11] Wang Q, Ma X, Liao H, Liang Z, Li F, Tian J, Ling D. Artificially Engineered Cubic Iron Oxide Nanoparticle as a High-Performance Magnetic Particle Imaging Tracer for Stem Cell Tracking. ACS Nano. 2020 Feb 25;14(2):2053-2062.