核磁共振成像(簡(jiǎn)稱(chēng)NMRI),又稱(chēng)自旋成像,也稱(chēng)磁共振成像(簡(jiǎn)稱(chēng)MRI),臺(tái)灣又稱(chēng)磁振造影,香港又稱(chēng)磁力共振成像,是利用核磁共振(簡(jiǎn)稱(chēng)NMR)原理,依據(jù)所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減,通過(guò)外加梯度磁場(chǎng)檢測(cè)所發(fā)射出的電磁波,即可得知構(gòu)成這一物體原子核的位置和種類(lèi),據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。
磁共振成像是一種較新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù),國(guó)際上從一九八二年才正式用于臨床。它采用靜磁場(chǎng)和射頻磁場(chǎng)使人體組織成像,在成像過(guò)程中,既不用電子離輻射、也不用造影劑就可獲得高對(duì)比度的清晰圖像。它能夠從人體分子內(nèi)部反映出人體器官失常和早期病變。它在很多地方優(yōu)于X線(xiàn)CT。雖然X-CT解決了人體影像重疊問(wèn)題,但由于提供的圖像仍是組織對(duì)X射線(xiàn)吸收的空間分布圖像,不能夠提供人體器官的生理狀態(tài)信息。當(dāng)病變組織與周?chē)=M織的吸收系數(shù)相同時(shí),就無(wú)法提供有價(jià)值的信息。只有當(dāng)病變發(fā)展到改變了器官形態(tài)、位置和自身增大到給人以異常感覺(jué)時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。磁共振成像裝置除了具備X線(xiàn)CT的解剖類(lèi)型特點(diǎn)即獲得無(wú)重疊的質(zhì)子密度體層圖像之外,還可借助核磁共振原理精確地測(cè)出原子核弛豫時(shí)間T1和T2,能將人體組織中有關(guān)化學(xué)結(jié)構(gòu)的信息反映出來(lái)。這些信息通過(guò)計(jì)算機(jī)重建的圖像是成分圖像(化學(xué)結(jié)構(gòu)像),它有能力將同樣密度的不同組織和同一組織的不同化學(xué)結(jié)構(gòu)通過(guò)影像顯示表征出來(lái)。這就便于區(qū)分腦中的灰質(zhì)與白質(zhì),對(duì)組織壞死、惡性疾患和退化性疾病的早期診斷效果有極大的優(yōu)越性,其軟組織的對(duì)比度也更為精確。
原子核自旋,有角動(dòng)量。由于核帶電荷,它們的自旋就產(chǎn)生磁矩。當(dāng)原子核置于靜磁場(chǎng)中,本來(lái)是隨機(jī)取向的雙極磁體受磁場(chǎng)力的作用,與磁場(chǎng)作同一取向。以質(zhì)子即氫的主要同位素為例,它只能有兩種基本狀態(tài):取向“平行”和“反向平行”,他們分別對(duì)應(yīng)于低能和高能狀態(tài)。精確分析證明,自旋并不完全與磁場(chǎng)趨向一致,而是傾斜一個(gè)角度θ。這樣,雙極磁體開(kāi)始環(huán)繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)的頻率取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度。也與原子核類(lèi)型有關(guān)。它們之間的關(guān)系滿(mǎn)足拉莫爾關(guān)系:ω0=γB0,即進(jìn)動(dòng)角頻率ω0是磁場(chǎng)強(qiáng)度B0與磁旋比γ的積。γ是每種核素的一個(gè)基本物理常數(shù)。氫的主要同位素,質(zhì)子,在人體中豐度大,而且它的磁矩便于檢測(cè),因此最適合從它得到核磁共振圖像。
在純金屬銅中,核磁矩自發(fā)有序溫度約為10-7K,在T>10-4K時(shí),核磁化強(qiáng)度M隨溫度的變化遵從居里定律`x=frac{C}{T}=frac{bb{M}}{bb{H}_0}`,式中H0是外加磁場(chǎng),可見(jiàn)只要測(cè)出M后即可定出溫度T,從圖中顯示來(lái)看,設(shè)外場(chǎng)H0在z軸方向,磁化強(qiáng)度M與其同向,如果在y軸方向加一脈沖磁場(chǎng)Hy則合磁場(chǎng)為Hr=H0 Hy,此時(shí)M就繞著Hr進(jìn)動(dòng),假設(shè)M進(jìn)動(dòng)到與z軸成θ角時(shí),脈沖場(chǎng)退出,則M將繞H0進(jìn)動(dòng),其在xy平面的投影Msinθ會(huì)在置于x軸方向上的接收線(xiàn)圈中感應(yīng)出正弦電壓,由于核自旋之間的相互作用,θ角將逐漸減小,感應(yīng)電壓呈現(xiàn)出幅度衰減的正弦波形式,其初始幅度$V=frac{4piebb{H}_0^2rAetaNsintheta}{T}times10^{-18}$伏,其中A為接收線(xiàn)圈截面積,N為接收線(xiàn)圈匝數(shù),η是待測(cè)溫體與線(xiàn)圈間磁耦合情況的填充因子,r是核的旋磁比。但關(guān)系式的分子部分全是常數(shù),所以可以通過(guò)一個(gè)溫度固定點(diǎn)而被確定,它是mK級(jí)的溫度計(jì)。
最后推薦一款應(yīng)用在核磁共振檢查中溫度監(jiān)控的光纖傳感器,由工采網(wǎng)從國(guó)外引進(jìn)的光纖溫度傳感器 - THR-NS-1084A,基于產(chǎn)品設(shè)計(jì),該款溫度探針能夠滿(mǎn)足全世界范圍內(nèi)在過(guò)熱和熱療領(lǐng)域活躍的科學(xué)家及研發(fā)者所需的可操作性和可靠性。具有溫度分辨率、探針尺寸小、重復(fù)性?xún)?yōu)異、易于插入、長(zhǎng)期穩(wěn)定等等優(yōu)點(diǎn)。
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