水分子跨细胞膜交换的磁共振测量技术研究进展

李昭青，韩益华，王泽君，白瑞良

物理学报.2025, 74 (11): 118702

doi: 10.7498/aps.74.20250325

摘要：水分子跨细胞膜交换是维持细胞稳态和功能的重要过程，是肿瘤增殖、预后以及细胞状态的潜在生物学标志物。利用磁共振方法测量水分子跨细胞膜的交换速率可追溯到20世纪60年代，研究者在血红细胞悬液样本中测量细胞内水分子的停留时间。之后，人们发现了生物组织中磁共振信号的多指数特征，并发现水分子跨膜交换过程有可能是解释该特征的因素之一，利用磁共振方法测量水分子跨细胞膜交换过程的研究至此拉开序幕。经过几十年的发展，磁共振领域目前对水分子跨细胞膜交换测量的技术大致可以分为两类：一种基于弛豫时间，另一种基于扩散。本文将梳理相关磁共振技术的发展历程，对代表性技术的测量原理、数学/生物物理模型、不同技术的测量结果及验证进行介绍。最后对不同方法的应用场景和优缺点进行讨论，并对该领域的发展进行展望。

固态核磁共振量子控制及其应用

赵立强，李宇晨，尹浩川，张晟昱，吴泽，彭新华

物理学报.2025, 74 (7): 077402

doi: 10.7498/aps.74.20241709

摘要：作为一种物质表征的重要技术手段，固态核磁共振已经在物理学、材料科学、化学、生物学等多个学科领域得到广泛的应用。近年来，得益于固态核磁共振体系中丰富的多体相互作用和多样的脉冲控制手段，该技术逐渐在前沿的量子科技中展现出重要的研究价值和应用潜力。本文系统性地介绍了固态核磁共振体系的研究对象和理论基础，包括该系统中重要的核自旋相互作用机理及其哈密顿量形式，列举了动力学解耦、魔角旋转等典型的固态核自旋动力学调控手段。此外，我们重点展示了近年来在固态核磁共振量子控制方面取得的前沿进展，包括核自旋极化增强技术、弗洛凯哈密顿量的调控技术等。最后，我们结合一些重要的研究工作阐述了固态核磁共振量子控制技术在量子模拟领域中的应用。

超高场磁共振成像的现状和展望

覃柏霖，高家红

物理学报.2025, 74 (7): 078701

doi: 10.7498/aps.74.20241759

摘要：超高场磁共振成像(ultra-high field magnetic resonance imaging，UHF-MRI)是主磁场强度为7 T及以上磁共振成像的统称。与传统磁共振成像相比，UHF-MRI具有更高的信噪比和对比度。因此，在临床医学及神经科学等领域，该技术的运用能够显著提高信号的探测灵敏度和图像的空间分辨率，从而提供更丰富的生理病理信息。目前，UHF-MRI在大脑功能和代谢成像两个方面发挥了重要的作用。在脑功能研究方面，高分辨率的皮层功能柱和分层成像有助于揭示神经信息流的方向；在脑代谢研究中，氢核与多核的波谱及成像技术提供了更精确的代谢信息，有望在功能性和代谢性疾病的病理研究中取得重要突破。本文介绍了UHF-MRI的发展历史和理论基础，梳理了其关键优势及在脑功能和代谢成像应用研究中的现状，总结了当前面临的挑战，并提出了未来重点研究方向。

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