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大家應(yīng)該都知道，近些年醫(yī)院多了一種“拍片子”的方式，叫做核磁共振，價(jià)格比以前的X光貴了好幾倍。這個(gè)核磁共振到底是什么原理呢？今天咱們就來(lái)深入的了解一下這只世界上最敏銳的“眼睛”——核磁共振儀。  核磁共振室核磁共振，全稱核磁共振成像技術(shù)（英文縮寫為MRI），是繼X射線、CT之后醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一重大進(jìn)步。 早在1930年，美國(guó)物理學(xué)家伊西多·艾薩克·拉比就發(fā)現(xiàn)在磁場(chǎng)中的原子核會(huì)沿磁場(chǎng)方向呈正向或反向有序平行排列，而施加無(wú)線電波之后，原子核的自旋方向會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。  伊西多·艾薩克·拉比這是人類首次發(fā)現(xiàn)原子核、磁場(chǎng)、電磁波射頻場(chǎng)之間的相互作用，拉比也因此于1944年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。  1944年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主1973年，美國(guó)科學(xué)家保羅·勞特布爾引進(jìn)梯度磁場(chǎng)技術(shù)，并逐點(diǎn)誘發(fā)無(wú)線電波，最終獲得了世界上第一幅二維的人類大腦核磁共振圖像。  人類大腦核磁共振圖像隨后英國(guó)科學(xué)家彼得·曼斯菲爾德進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)了這種技術(shù)，并發(fā)現(xiàn)不均勻磁場(chǎng)的快速變化可以更快地繪制物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。他還證明可以用數(shù)學(xué)方法分析獲得的數(shù)據(jù)，為利用計(jì)算機(jī)快速繪制圖像奠定了基礎(chǔ)。  彼得·曼斯菲爾德在以上二人成果的基礎(chǔ)上，世界上第一臺(tái)醫(yī)用核磁共振成像儀于1980年問(wèn)世。因在人類健康領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，二人共同獲得了2003年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。  彼得·曼斯菲爾德和保羅·勞特布爾那么核磁共振是如何發(fā)生的呢？ 大家都知道物質(zhì)是由分子組成的，分子又由原子組成，原子又包括原子核、電子。  原子結(jié)構(gòu)圖近代量子學(xué)發(fā)現(xiàn)，原子核、電子和地球一樣，也存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。  電子圍繞原子核高速運(yùn)動(dòng)根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圍繞一個(gè)定點(diǎn)或軸線旋轉(zhuǎn)的物體都具有角動(dòng)量，并遵循角動(dòng)量守恒定律。自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動(dòng)的原子核也同樣擁有角動(dòng)量。  角動(dòng)量原子核的自旋角動(dòng)量具體數(shù)值由其自旋量子數(shù)決定。在量子力學(xué)中，任何體系的角動(dòng)量都是量子化的，質(zhì)子是自旋為1/2的粒子。具體原因我實(shí)在表達(dá)不好，量子力學(xué)太難了···總之原子核在自轉(zhuǎn)，像其他自轉(zhuǎn)的物體，比如陀螺，一樣擁有角動(dòng)量，但這個(gè)角動(dòng)量太小了，要用微觀世界的量子力學(xué)計(jì)算。  原子核自旋方向上期文章中我們了解了電生磁原理，由于原子核攜帶正電荷，當(dāng)原子核自旋時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁矩（可以理解為磁場(chǎng)），這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動(dòng)量成正比。  磁矩的計(jì)算將原子核置于外加磁場(chǎng)中，若原子核磁矩與外加磁場(chǎng)方向不同，則原子核磁矩會(huì)繞外磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，就好像旋轉(zhuǎn)的陀螺被外力給推歪了。 原子核在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)這時(shí)，我們?cè)傧蛟诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的原子核發(fā)射電磁波，在射頻脈沖作用下原子核就會(huì)發(fā)生能級(jí)躍遷。 能級(jí)躍遷射頻脈沖突然消失后，原子核的能級(jí)會(huì)恢復(fù)到之前的狀態(tài)。這時(shí)，原子核就會(huì)以光（電磁波）的形式釋放出一道逐漸衰減的能量。我們常說(shuō)的核輻射就是這個(gè)原理。 原子核輻射整個(gè)過(guò)程用一個(gè)形象的例子比喻一下就是：原子核好比靜止的琴弦，電磁波就好像我們的手指，我們用手指撥動(dòng)一下琴弦，就像電磁波照射了一下在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的原子核后很快消失，這個(gè)時(shí)候琴弦會(huì)振動(dòng)發(fā)出一陣逐漸減弱的響聲，就類似原子核釋放出的逐漸衰減的能量。 琴弦震動(dòng)慢動(dòng)作視頻這股被釋放出的能量即可作為信號(hào)被探測(cè)到，但信號(hào)是衰減的，導(dǎo)致探測(cè)到的信號(hào)也是衰減的，這種信號(hào)被稱為自由感應(yīng)衰減（FID）信號(hào)。 由感應(yīng)衰減（FID）信號(hào)這種信號(hào)并沒(méi)有實(shí)際意義，但過(guò)傅利葉變換，F(xiàn)ID信號(hào)可以被轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸饬x的光譜，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)再進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算處理，最終結(jié)果打印出來(lái)就成為了肉眼可見(jiàn)的核磁共振光片。 傅利葉變換核磁共振光片臨床醫(yī)學(xué)檢查中使用的核磁振儀的原理便是如此。將人體置于磁場(chǎng)中，用無(wú)線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)含量最多的物質(zhì)——水的氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號(hào)，并將吸收的能量釋放出來(lái)。探測(cè)器接收信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理獲得圖像。 病人做核磁檢查通過(guò)整篇文章的敘述，相信大家也消除了另外一個(gè)疑惑：拍核磁有輻射嗎？ 很顯然，沒(méi)有。因?yàn)樵摲椒ㄖ皇菧y(cè)量人體自身身體中的氫原子核共振產(chǎn)生的電磁波，而不是像X光一樣通過(guò)核物質(zhì)輻射射線來(lái)穿透身體組織。核磁共振成像技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠在對(duì)身體沒(méi)有損害的前提下，快速地獲得患者身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高精確度立體圖像。 X光機(jī)其實(shí)，為了避免人們把這種技術(shù)誤解為核技術(shù)，科學(xué)家早已把核磁共振成像技術(shù)的“核”字去掉，稱為其為“磁共振成像技術(shù)”，英文縮寫即MRI。 但大家已經(jīng)叫習(xí)慣了，生活中仍然將其稱為拍核磁。 拍核磁 |
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