金刚石颗粒中高对比度双模态光学与13C磁共振成像

多通道成像——即通过一种以上成像模态同时获取物体图像的能力——已在从天文学到医学的诸多领域开辟了有趣的新视角。可见光学与磁共振成像（MRI）在分辨率、速度和穿透深度方面具有互补优势，因此二者的结合颇具吸引力。在本文中，我们朝着将光学与磁共振成像结合于一类由金刚石构成的生物相容性颗粒材料迈出了第一步。这些颗粒具有高密度的量子缺陷（氮空位中心），在光学激发下于可见光波段明亮荧光，同时也并发地实现电子自旋极化。这使得晶格13C核发生超极化，令颗粒在常规MRI中的亮度高出三个数量级以上。双模态光学与磁共振成像可立即带来分辨率与信噪比的改善，尤其在散射环境中。我们展示了无背景成像的额外益处，证明在光学与磁共振域分别实现2倍和5倍的锁相抑制。最终极限在每个域中可接近多达两个数量级。最后，利用光学与磁共振成像同时探测傅里叶互易域（实空间与k空间）的能力，我们阐明了在两种共轭空间中采用混合亚采样以极大加速双图像获取的能力，在实际相关的稀疏成像场景中可加速多达两个数量级。与此同时，光学功率按相同因子降低。我们的工作为靶向金刚石纳米颗粒的同时光学与低场磁共振成像提供了有趣的可能性。