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核磁共振

2021-07-16 12:27:56



核磁共振NMRNuclearMagneticResonance)是基于原子尺度的量子磁物理性质。具有奇数质子或中子的核子,具有内在的性质:核自旋,自旋角动量。核自旋产生磁矩。NMR观测原子的方法,是将样品置于外加强大的磁场下,现代的仪器通常采用低温超导磁铁。核自旋本身的磁场,在外加磁场下重新排列,大多数核自旋会处于低能态。我们额外施加电磁场来干涉低能态的核自旋转向高能态,再回到平衡态便会释放出射频,这就是NMR讯号。利用这样的过程,可以进行分子科学的研究,如分子结构、动态等。

核磁共振技术的历史

资料专题:核磁共振核磁共振技术的历史

核磁共振的原理

资料专题:核磁共振核磁共振的原理

核磁共振的应用

NMR技术

资料专题:核磁共振核磁共振的应用NMR技术

MRI技术

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水,不同的组织,水的含量也各不相同,如果能够探测到这些水的分布信息,就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像,核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布,进而探测人体内部结构的技术。

与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同,核磁共振成像技术改变的是外加磁场的强度,而非射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向会提供两个相互垂直的梯度磁场,这样在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化,每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场,这样,位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生反应,通过记录这一反应,并加以计算处理,可以获得水分子在空间中分布的信息,从而获得人体内部结构的图像。

核磁共振成像技术还可以与X射线断层成像技术(CT)结合为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。

核磁共振成像技术是一种非介入探测技术,相对于X-射线透视技术和放射造影技术,MRI对人体没有辐射影响,相对于超声探测技术,核磁共振成像更加清晰,能够显示更多细节,此外相对于其他成像技术,核磁共振成像不仅仅能够显示有形的实体病变,而且还能够对脑、心、肝等功能性反应进行精确的判定。在帕金森病、阿尔茨海默氏症、癌症等疾病的诊断方面,MRI技术都发挥了非常重要的作用。

由于原理的不同,CT对软组织成像的对比度不高,MRI对软组织成像的对比度大大高于CT。这使得MRI特别适用于脑组织成像。由MRI获取的图像,通过DSI技术,可以得到大脑神经网络的结构图谱,近年来,发表了一系列论文。

MRS技术

核磁共振探测是MRI技术在地质勘探领域的延伸,通过对地层中水分布信息的探测,可以确定某一地层下是否有地下水存在,地下水位的高度、含水层的含水量和孔隙率等地层结构信息。

目前核磁共振探测技术已经成为传统的钻探探测技术的补充手段,并且应用于滑坡等地质灾害的预防工作中,但是相对于传统的钻探探测,核磁共振探测设备购买、运行和维护费用非常高昂,这严重地限制了MRS技术在地质科学中的应用。

参见

  • 磁共振
  • 磁共振成像
  • 波谱学
  • 电子自旋共振

外部链接

参考文献

  • Hornak, Joseph P.The Basics of NMR
  • 张建中,孙存普 《磁共振教程》 中国科学技术大学出版社 1996