核磁共振檢測技術(shù)

1、1南南 昌昌 航航 空空 大大 學(xué)學(xué) 課課 程程 論論 文文 課程名稱課程名稱 無損檢測新技術(shù) 題題 目目 核磁共振成像檢測技術(shù) 作作 者者 劉海朝劉海朝 學(xué)學(xué) 號號 1008121310081213 所屬學(xué)院所屬學(xué)院 測試與光電工程學(xué)院 寫作時間寫作時間 2013 年 12 月 2目 錄一、核磁共振成像原理1二、核磁共振國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3三、核磁共振設(shè)備組成及運用7四、核磁共振的未來發(fā)展趨勢9 五、參考文獻(xiàn)133核磁共振檢測技術(shù)核磁共振檢測技術(shù) 一 、核磁共振原理核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，簡稱 NMRI） ，又稱自旋成像（spin im

2、aging） ，也稱磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱 MRI） ，臺灣又稱磁振造影，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance，簡稱 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，通過外加梯度磁場檢測所發(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，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。 將這種技術(shù)用于人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像，就產(chǎn)生出一種革命性的醫(yī)學(xué)診斷工具?？焖僮兓奶荻却艌龅膽?yīng)用，大大加快了核磁共振成像的速度，使該技術(shù)在臨床診斷、科學(xué)研究的應(yīng)用成為現(xiàn)實，極大地推動了醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的迅速發(fā)展

3、。物理原理核磁共振成像是隨著計算機技術(shù)、電子電路技術(shù)、超導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種生物磁學(xué)核自旋成像技術(shù)。它是利用磁場與射頻脈沖使人體組織內(nèi)進(jìn)動的氫核（即 H+）發(fā)生章動產(chǎn)生射頻信號，經(jīng)計算機處理而成像的。原子核在進(jìn)動中，吸收與原子核進(jìn)動頻率相同的射頻脈沖，即外加交變磁場的頻率等于拉莫頻率，原子核就發(fā)生共振吸收，去掉射頻脈沖之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以電磁波的形式發(fā)射出來，稱為共振發(fā)射。共振吸收和共振發(fā)射的過程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氫原子核，因為人體的約 70%是由水組成的，MRI 即依賴水中氫原子。當(dāng)把物體放置在磁場中，用適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄕ丈渌怪?/p>

4、共振，然后分析它釋放的電磁波，就可以得知構(gòu)成這一物體的原子核的位置和種類，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的精確立體圖像。通過一個磁共振成像掃描人類大腦獲得的一個連續(xù)切片的動畫，由頭頂開始，一直到基部。核磁共振成像是隨著電腦技術(shù)、電子電路技術(shù)、超導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種生物磁學(xué)核自旋成像技術(shù)。醫(yī)生考慮到患者對“核”的恐懼心理，故常將這門技術(shù)稱為磁共振成像。它是利用磁場與射頻脈沖使人體組織內(nèi)進(jìn)動的氫核（即 H+）發(fā)生章動產(chǎn)生射頻信號，經(jīng)電腦處理而成像的。 4原子核在進(jìn)動中，吸收與原子核進(jìn)動頻率相同的射頻脈沖，即外加交變磁場的頻率等于拉莫頻率，原子核就發(fā)生共振吸收，去掉射頻脈沖之后，原子核磁矩又把

5、所吸收的能量中的一部分以電磁波的形式發(fā)射出來，稱為共振發(fā)射。共振吸收和共振發(fā)射的過程叫做“核磁共振”。氫核-首選核種氫核是人體成像的首選核種：人體各種組織含有大量的水和碳?xì)浠衔?，所以氫核的核磁共振靈活度高，且氫核的磁旋比大，信號強，這是人們首選氫核作為人體成像元素的原因。NMR 信號強度與樣品中氫核密度有關(guān)，人體中各種組織間含水比例不同，即含氫核數(shù)的多少不同，則 NMR 信號強度有差異，利用這種差異作為特征量，把各種組織分開，這就是氫核密度的核磁共振圖像。人體不同組織之間、正常組織與該組織中的病變組織之間氫核密度、弛豫時間T1、T2 三個參數(shù)的差異，是 MRI 用于臨床診斷最主要的物理基礎(chǔ)。

6、當(dāng)施加一射頻脈沖信號時，氫核能態(tài)發(fā)生變化，射頻過后，氫核返回初始能態(tài)，共振產(chǎn)生的電磁波便發(fā)射出來。原子核振動的微小差別可以被精確地檢測到，經(jīng)過進(jìn)一步的計算機處理，即可能獲得反應(yīng)組織化學(xué)結(jié)構(gòu)組成的三維圖像，從中我們可以獲得包括組織中水分差異以及水分子運動的信息。這樣，病理變化就能被記錄下來。人體 2/3 的重量為水分，如此高的比例正是磁共振成像技術(shù)能被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷的基礎(chǔ)。人體內(nèi)器官和組織中的水分并不相同，很多疾病的病理過程會導(dǎo)致水分形態(tài)的變化，即可由磁共振圖像反應(yīng)出來。MRI 所獲得的圖像非常清晰精細(xì)，大大提高了醫(yī)生的診斷效率，避免了剖胸或剖腹探查診斷的手術(shù)。由于 MRI 不使用對人體有害

7、的 X 射線和易引起過敏反應(yīng)的造影劑，因此對人體沒有損害。MRI 可對人體各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客觀更具體地顯示人體內(nèi)的解剖組織及相鄰關(guān)系，對病灶能更好地進(jìn)行定位定性。對全身各系統(tǒng)疾病的診斷，尤其是早期腫瘤的診斷有很大的價值。數(shù)學(xué)運算原子核帶正電并有自旋運動，其自旋運動必將產(chǎn)生磁矩，稱為核磁矩。研究表明，核磁矩 與原子核的自旋角動量 S 成正比，即 5式中 為比例系數(shù)，稱為原子核的旋磁比。在外磁場中，原子核自旋角動量的空間取向是量子化的，它在外磁場方向上的投影值可表示為： m 為核自旋量子數(shù)。依據(jù)核磁矩與自旋角動量的關(guān)系，核磁矩在外磁場中的取向也是量子化的，它在磁場方向上的

8、投影值為： 對于不同的核，m 分別取整數(shù)或半整數(shù)。在外磁場中，具有磁矩的原子核具有相應(yīng)的能量，其數(shù)值可表示為：式中 B 為磁感應(yīng)強度?？梢?，原子核在外磁場中的能量也是量子化的。由于磁矩和磁場的相互作用，自旋能量分裂成一系列分立的能級，相鄰的兩個能級之差 E = hB。用頻率適當(dāng)?shù)碾姶泡椛湔丈湓雍?，如果電磁輻射光子能?h恰好為兩相鄰核能級之差 E，則原子核就會吸收這個光子，發(fā)生核磁共振的頻率條件是： 式中 為頻率， 為角頻率。對于確定的核，旋磁比 可被精確地測定?？梢?，通過測定核磁共振時輻射場的頻率 ，就能確定磁感應(yīng)強度；反之，若已知磁感應(yīng)強度，即可確定核的共振頻率。 二 、核磁共振國內(nèi)外研

9、究現(xiàn)狀諾貝爾獲獎?wù)叩呢暙I(xiàn)：2003 年 10 月 6 日，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院宣布，2003 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予美國化學(xué)家-zh-tw:保羅勞特伯;zh-cn:保羅勞特布爾-（Paul C. Lauterbur）和英國物理學(xué)家彼得曼斯菲爾德（Peter Mansfield） ，以表彰他們在醫(yī)學(xué)診斷和研究領(lǐng)域內(nèi)所使用的核磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域的突破性成就。 -zh-tw:勞特伯;zh-cn:勞特布爾-的貢獻(xiàn)是，在主磁場內(nèi)附加一個不均勻的磁場，把梯度引入磁場中，從而創(chuàng)造了一種可視的用其他技術(shù)手段卻看不到的物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的二維結(jié)構(gòu)圖像。他描述了怎樣把梯度磁體添加到主磁體中，然后能看到沉浸在重水中的

10、裝有普通水的試管的交叉截面。除此之外沒有其他圖像技術(shù)可以在普通水和重水之間區(qū)分圖像。通過引進(jìn)梯度磁場，6可以逐點改變核磁共振電磁波頻率，通過對發(fā)射出的電磁波的分析，可以確定其信號來源。 曼斯菲爾德進(jìn)一步發(fā)展了有關(guān)在穩(wěn)定磁場中使用附加的梯度磁場理論，推動了其實際應(yīng)用。他發(fā)現(xiàn)磁共振信號的數(shù)學(xué)分析方法，為該方法從理論走向應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。這使得 10 年后磁共振成像成為臨床診斷的一種現(xiàn)實可行的方法。他利用磁場中的梯度更為精確地顯示共振中的差異。他證明，如何有效而迅速地分析探測到的信號，并且把它們轉(zhuǎn)化成圖像。曼斯菲爾德還提出了極快速的梯度變化可以獲得瞬間即逝的圖像，即-zh-tw:面回訊成像;zh-cn

11、:平面回波掃描成像-（echo-planar imaging, EPI）技術(shù)，成為 20 世紀(jì) 90 年代開始蓬勃興起的功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）研究的主要手段。 雷蒙德達(dá)馬蒂安的“用于癌組織檢測的設(shè)備和方法”值得一提的是，2003 年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者們在超導(dǎo)體和超流體理論上做出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，為獲得 2003 年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的兩位科學(xué)家開發(fā)核磁共振掃描儀提供了理論基礎(chǔ)，為核磁共振成像技術(shù)鋪平了道路。由于他們的理論工作，核磁共振成像技術(shù)才取得了突破，使人體內(nèi)部器官高清晰度的圖像成為可能。 此外，在 2003 年 10 月 10 日的紐約時報和華盛頓郵

12、報上，同時出現(xiàn)了佛納（Fonar）公司的一則整版廣告：“雷蒙德達(dá)馬蒂安（Raymond Damadian） ，應(yīng)當(dāng)與彼得曼斯菲爾德和保羅勞特布爾分享 2003 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。沒有他，就沒有核磁共振成像技術(shù)。 ”指責(zé)諾貝爾獎委員會“篡改歷史”而引起廣泛爭議。事實上，對 MRI 的發(fā)明權(quán)歸屬問題已爭論了許多年，而且爭得頗為激烈。而在學(xué)界看來，達(dá)馬蒂安更多是一個生意人，而不是科學(xué)家。以下為 MRI 在有關(guān)方面的應(yīng)用（一） 、MRI 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用氫核是人體成像的首選核種：人體各種組織含有大量的水和碳?xì)浠衔铮詺浜说暮舜殴舱耢`活度高、信號強，這是人們首選氫核作為人體成像元素的原因。NMR

13、 信號強度與樣品中氫核密度有關(guān)，人體中各種組織間含水比例不同，即含氫核數(shù)的多少不同，則 NMR 信號強度有差異，利用這種差異作為特征量，把各種組織分開，這就是氫核密度的核磁共振圖像。人體不同組織之間、7正常組織與該組織中的病變組織之間氫核密度、弛豫時間 T1、T2 三個參數(shù)的差異，是 MRI 用于臨床診斷最主要的物理基礎(chǔ)。當(dāng)施加一射頻脈沖信號時，氫核能態(tài)發(fā)生變化，射頻過后，氫核返回初始能態(tài)，共振產(chǎn)生的電磁波便發(fā)射出來。原子核振動的微小差別可以被精確地檢測到，經(jīng)過進(jìn)一步的計算機處理，即可能獲得反應(yīng)組織化學(xué)結(jié)構(gòu)組成的三維圖像，從中我們可以獲得包括組織中水分差異以及水分子運動的信息。這樣，病理變化就

14、能被記錄下來。人體 2/3 的重量為水分，如此高的比例正是磁共振成像技術(shù)能被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷的基礎(chǔ)。人體內(nèi)器官和組織中的水分并不相同，很多疾病的病理過程會導(dǎo)致水分形態(tài)的變化，即可由磁共振圖像反應(yīng)出來。MRI 所獲得的圖像非常清晰精細(xì)，大大提高了醫(yī)生的診斷效率，避免了剖胸或剖腹探查診斷的手術(shù)。由于 MRI 不使用對人體有害的 X 射線和易引起過敏反應(yīng)的造影劑，因此對人體沒有損害。MRI 可對人體各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客觀更具體地顯示人體內(nèi)的解剖組織及相鄰關(guān)系，對病灶能更好地進(jìn)行定位定性。對全身各系統(tǒng)疾病的診斷，尤其是早期腫瘤的診斷有很大的價值。其優(yōu)點為：與 1901 年獲得

15、諾貝爾物理學(xué)獎的普通 X 射線或 1979 年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎的計算機層析成像（computerized tomography?, CT）相比，磁共振成像的最大優(yōu)點是它是目前少有的對人體沒有任何傷害的安全、快速、準(zhǔn)確的臨床診斷方法。如今全球每年至少有 6000 萬病例利用核磁共振成像技術(shù)進(jìn)行檢查。具體說來有以下幾點：1.對軟組織有極好的分辨力。對膀胱、直腸、子宮、陰道、骨、關(guān)節(jié)、8肌肉等部位的檢查優(yōu)于 CT； 2.各種參數(shù)都可以用來成像，多個成像參數(shù)能提供豐富的診斷信息，這使得醫(yī)療診斷和對人體內(nèi)代謝和功能的研究方便、有效。例如肝炎和肝硬化的T1 值變大，而肝癌的 T1 值更大，作 T1 加權(quán)圖

16、像，可區(qū)別肝部良性腫瘤與惡性腫瘤； 3.通過調(diào)節(jié)磁場可自由選擇所需剖面。能得到其它成像技術(shù)所不能接近或難以接近部位的圖像。對于椎間盤和脊髓，可作矢狀面、冠狀面、橫斷面成像，可以看到神經(jīng)根、脊髓和神經(jīng)節(jié)等。不像 CT 只能獲取與人體長軸垂直的橫斷面； 4.對人體沒有電離輻射損傷；5.原則上所有自旋不為零的核元素都可以用以成像，例如氫（H） 、碳（C） 、氮（N 和 N） 、磷（P）等。5 缺點1） 、和 CT 一樣，MRI 也是解剖性影像診斷，很多病變單憑核磁共振檢查仍難以確診，不像內(nèi)窺鏡可同時獲得影像和病理兩方面的診斷； 2） 、對肺部的檢查不優(yōu)于 X 射線或 CT 檢查，對肝臟、胰腺、腎上腺

17、、前列腺的檢查不比 CT 優(yōu)越，但費用要高昂得多； 3）.對胃腸道的病變不如內(nèi)窺鏡檢查； 4）.掃描時間長，空間分辨力不夠理想； 5）.由于強磁場的原因，MRI 對諸如體內(nèi)有磁金屬或起搏器的特殊病人卻不能適用。6）MRI 系統(tǒng)的傷害MRI 系統(tǒng)可能對人體造成傷害的因素主要包括以下方面：強靜磁場在有鐵磁性物質(zhì)存在的情況下，不論是埋植在患者體內(nèi)還是在磁場范圍內(nèi)，都可能是危險因素；隨時間變化的梯度場可在受試者體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生電場而興奮神經(jīng)或肌肉。外周神經(jīng)興奮是梯度場安全的上限指標(biāo)。在足夠強度下，可以產(chǎn)生外周神經(jīng)興奮（如刺痛或叩擊感） ，9甚至引起心臟興奮或心室振顫；射頻場致熱效應(yīng)在 MRI 聚焦或測量過

18、程中所用到的大角度射頻場發(fā)射，其電磁能量在患者組織內(nèi)轉(zhuǎn)化成熱能，使組織溫度升高。RF 的致熱效應(yīng)需要進(jìn)一步探討，臨床掃描儀對于射頻能量有所謂“特定吸收率”（specific absorption rate, SAR）的限制；噪聲MRI 運行過程中產(chǎn)生的各種噪聲，可能使某些患者的聽力受到損傷； 造影劑的毒副作用：目前使用的造影劑主要為含釓的化合物，副作用發(fā)生率在 2%-4%。（二） 、MRI 在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用MRI 在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用沒有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域那么廣泛，主要是因為技術(shù)上的難題及成像材料上的困難，目前主要應(yīng)用于以下幾個方面： 在高分子化學(xué)領(lǐng)域，如碳纖維增強環(huán)氧樹脂的研究、固態(tài)反應(yīng)的空間有向性研究、

19、聚合物中溶劑擴散的研究、聚合物硫化及彈性體的均勻性研究等； 在金屬陶瓷中，通過對多孔結(jié)構(gòu)的研究來檢測陶瓷制品中存在的砂眼； 在火箭燃料中，用于探測固體燃料中的缺陷以及填充物、增塑劑和推進(jìn)劑的分布情況； 在石油化學(xué)方面，主要側(cè)重于研究流體在巖石中的分布狀態(tài)和流通性以及對油藏描述與強化采油機理的研究。（三）磁共振成像的其他進(jìn)展核磁共振分析技術(shù)是通過核磁共振譜線特征參數(shù)（如譜線寬度、譜線輪廓形狀、譜線面積、譜線位置等）的測定來分析物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。它可以不破壞被測樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種完全無損的檢測方法。同時，它具有非常高的分辨本領(lǐng)和精確度，而且可以用于測量的核也比較多，所有這些都優(yōu)于其它測量方

20、法。因此，核磁共振技術(shù)在物理、化學(xué)、醫(yī)療、石油化工、考古等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。 三核磁共振設(shè)備組成及作用10系統(tǒng)組成現(xiàn)代臨床高場（3.0T）MRI 掃描器 NMR 實驗裝置采用調(diào)節(jié)頻率的方法來達(dá)到核磁共振。由線圈向樣品發(fā)射電磁波，調(diào)制振蕩器的作用是使射頻電磁波的頻率在樣品共振頻率附近連續(xù)變化。當(dāng)頻率正好與核磁共振頻率吻合時，射頻振蕩器的輸出就會出現(xiàn)一個吸收峰，這可以在示波器上顯示出來，同時由頻率計即刻讀出這時的共振頻率值。核磁共振譜儀是專門用于觀測核磁共振的儀器，主要由磁鐵、探頭和譜儀三大部分組成。磁鐵的功用是產(chǎn)生一個恒定的磁場；探頭置于磁極之間，用于探測核磁共振信號；譜儀是將共振信號放大處

21、理并顯示和記錄下來。MRI 系統(tǒng)的組成現(xiàn)代臨床高場(3.0T)MRI 掃描器11磁鐵系統(tǒng)靜磁場：又稱主磁場。當(dāng)前臨床所用超導(dǎo)磁鐵，磁場強度有 0.5 到 4.0T(特斯拉)，常見的為 1.5T 和 3.0T；動物實驗用的小型 MRI 則有 4.7T、7.0T 與 9.4T 等多種主磁場強度。另有勻磁線圈（shim coil）協(xié)助達(dá)到磁場的高均勻度。 梯度場：用來產(chǎn)生并控制磁場中的梯度，以實現(xiàn) NMR 信號的空間編碼。這個系統(tǒng)有三組線圈，產(chǎn)生 x、y、z 三個方向的梯度場，線圈組的磁場疊加起來，可得到任意方向的梯度場。 射頻系統(tǒng)射頻（RF）發(fā)生器：產(chǎn)生短而強的射頻場，以脈沖方式加到樣品上，使樣品

22、中的氫核產(chǎn)生 NMR 現(xiàn)象。 射頻（RF）接收器：接收 NMR 信號，放大后進(jìn)入圖像處理系統(tǒng)。計算機圖像重建系統(tǒng)由射頻接收器送來的信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)信號，根據(jù)與觀察層面各體素的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)計算機處理，得出層面圖像數(shù)據(jù)，再經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換器，加到圖像顯示器上，按 NMR 的大小，用不同的灰度等級顯示出欲觀察層面的圖像。MRI 的基本方法1.選片梯度場 Gz 2.相編碼和頻率編碼 3.圖像重建四 、核磁共振的未來發(fā)展趨勢 快速掃描技術(shù)的研究與應(yīng)用，將使經(jīng)典 MRI 成像方法掃描病人的時間由幾分鐘、十幾分鐘縮短至幾毫秒，使因器官運動對圖像造成的影響忽略不計；MRI 血流成像，

23、利用流空效應(yīng)使 MRI 圖像上把血管的形態(tài)鮮明地呈現(xiàn)出來，使測量血管中血液的流向和流速成為可能；MRI 波譜分析可利用高磁場實現(xiàn)人體局部組織的波譜分析技術(shù)，從而增加幫助診斷的信息；腦功能成像，利用高磁場共振成像研究腦的功能及其發(fā)生機制是腦科學(xué)中最重要的課題。有理由相信，MRI 將發(fā)展成為思維閱讀器。 12 1990 年，AT&T 貝爾實驗室的 Seiji Ogawa 在報告中稱，他在對動物進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)去氧血色素被放到磁場中時，會提高附近的磁場強度，而攜氧血色素則不會。Ogawa 在研究報告中展示了帶有很多去氧血色素的區(qū)域會將血液器皿周圍的磁場略微扭曲，并在一個核磁共振的圖像中揭示了這

24、些扭曲的圖像。其它的研究人員也開始研究人類身體中的類似現(xiàn)象。例如 1992 年，一些研究人員，包括 Ogawa，馬薩諸塞州中心醫(yī)院的 John W. Belliveau 和威斯康星醫(yī)學(xué)院的Peter Bandettini 公布了對人體大腦對使用功能性核磁共振成像技術(shù)產(chǎn)生的感官刺激的反應(yīng)的研究結(jié)果。在其它應(yīng)用領(lǐng)域，功能性核磁共振成像技術(shù)目前可以幫助指導(dǎo)非腦部敏感區(qū)外科手術(shù)，檢查中風(fēng)癥狀以及解釋大腦的工作原理。到今天，由 Rabi 開始的研究已經(jīng)發(fā)展成為價值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。核磁共振成像掃描和波譜學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測成像領(lǐng)域。同時，作為在過去幾年中最新的一項技術(shù)以及最強大的設(shè)備，功能性核磁共振

25、成像技術(shù)的速度和精確度也獲得了極大的提高。上述這些成果如果沒有 Rabi 第一次檢測到核磁共振現(xiàn)象及之后近 40 年的基礎(chǔ)研究是不可能成功的。這段時間內(nèi)的發(fā)現(xiàn)同包括對研究原子和分子的磁特性感興趣、試圖發(fā)現(xiàn)他們?nèi)绾位ハ嘧饔貌⒂煤舜殴舱窭碚摻忉屧雍头肿拥幕窘Y(jié)構(gòu)的物理學(xué)家和化學(xué)家們的努力密不可分。正如 Prucell 的第二個研究生 Geroge Pake 所說的那樣：“沒有這些基礎(chǔ)研究，核磁共振成像技術(shù)根本無從想象。 ” 功能性核磁共振成像 (fMRI)技術(shù)可以顯示大腦各個區(qū)域內(nèi)靜脈毛細(xì)血管中血液氧合狀態(tài)所起的磁共振信號的微小變化 。fMRI 作為無損和動態(tài)的探測技術(shù) ,已日益成為觀察大腦活動

26、 ,進(jìn)而揭示腦和思維關(guān)系的一種重要方法 。 現(xiàn)代核磁共振成像（MRI）掃描儀的設(shè)計已發(fā)生了革命性的變化，這都得益于現(xiàn)代 IC 設(shè)計的一系列發(fā)展和進(jìn)步。MRI 等醫(yī)療成像設(shè)備雖產(chǎn)生一定的影響，但并不是 IC 發(fā)展的主要驅(qū)動因素。相反，它們是無線基礎(chǔ)設(shè)施等行業(yè)持續(xù)發(fā)展的受益者。這種技術(shù)進(jìn)步不僅提供 MRI 各種子系統(tǒng)改善性能的機會，同時也使子系統(tǒng)設(shè)計得以簡化。 全球 MRI 市場在 20012008 年間以年均高于 6.6%的速度增長。這類設(shè)備市場快速增長的主要原因是 MRI 成像技術(shù)的發(fā)展，如 3 特斯拉 MRI 面世，以及13MRI 在多種疾病診斷中的推廣應(yīng)用。然而，因 MRI 設(shè)備使用成本較

27、高，以及全球金融危機對醫(yī)療器械行業(yè)的影響，GlobalData 研究機構(gòu)預(yù)計，全球 MRI 設(shè)備市場增速將略有下降，年均增速為 6.1%左右。 專業(yè)人士分析認(rèn)為，目前 MRI 技術(shù)的主要趨勢是從 1.5 特斯拉向 3 特斯拉的高場強轉(zhuǎn)變。特斯拉場強的 MRI 能以更短的時間掃描出分辨率更高的圖像。它還能為各類病人(如幽閉恐懼癥患者)提供個性化掃描成像方案，從而提高M(jìn)RI 成像系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。另外，3 特斯拉 MRI 成像技術(shù)的發(fā)展還將推動肌肉、骨骼、神經(jīng)和乳腺的成像研究。但是，3 特斯拉 MRI 成像系統(tǒng)也存在一些固有的缺點，如輻射吸收率(SAR)增加。因 1.5 特斯拉和 3 特斯拉 MRI

28、 成像系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點不同，所以它們的使用群體也不一樣。規(guī)模較小的醫(yī)院和檢測中心，從成本與工作時間上考慮，會更多地選擇 1.5 特斯拉的 MRI 系統(tǒng);而規(guī)模較大的醫(yī)院和檢測中心，因具備雄厚資金和充足的技術(shù)人員，會選擇配置 3 特斯拉MRI 系統(tǒng).另據(jù)了解，飛利浦公司推出了可將 1.5 特斯拉 MRI 成像系統(tǒng)升級到 3特斯拉 MRI 成像系統(tǒng)的工作模式。這種新模式不僅可大大降低醫(yī)療機構(gòu)的安裝成本，同時也會縮短技術(shù)人員的學(xué)習(xí)曲線。 由物理學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家組成的國際科研小姐在核磁共振成像研究領(lǐng)域取得重大的突破，使得大腦掃描速度在現(xiàn)有水平上提高七倍之多。研究論文發(fā)表在12 月 20 日公共科學(xué)圖書

29、館綜合 （PLoS ONE）上。在論文中，一名伯克利加州大學(xué)的物理學(xué)家和來自明尼蘇達(dá)大學(xué)及牛津大學(xué)的同僚們描述技術(shù)改進(jìn)可以讓全影 3D 腦掃描在不到半秒的時間內(nèi)完成，而不是一般所需要的 2 到 3 秒。 首席作者物理學(xué)家大衛(wèi)范伯格（David Feinberg）是伯克利加州大學(xué)海倫威爾斯神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)研究所副教授，他說：“當(dāng)?shù)谝淮斡迷摷夹g(shù)時，真是快得難以置信，就好像從螺旋槳飛機到噴氣式飛機的轉(zhuǎn)變。這是質(zhì)的飛躍。 ” 對于神經(jīng)科學(xué)，快速掃描尤為關(guān)鍵，它可以捕捉到大腦內(nèi)的動態(tài)行為。 范伯格說：“當(dāng)利用功能核磁共振成像（fMRI）對大腦進(jìn)行研究時，填充滿整個 3D 大腦圖像大約需要 30 到 60 幅

30、的圖像重復(fù)數(shù)百次才能完成，就像組成電影的無數(shù)幀，而功能核磁共振成像是一部 3D 電影，通過多路技術(shù)可更高速的獲取圖像，一個高頻幀在很短的時間里可獲得更多的信息。圣路易斯華盛14頓大學(xué)放射醫(yī)學(xué)、神經(jīng)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、生物工程學(xué)及心理學(xué)教授馬克雷切爾（Marc Raichle）博士補充說：“大腦是一個活動目標(biāo)，因此對這一活動性目標(biāo)取樣越精確，對大腦動態(tài)活動了解就越透徹。 ” 美國和加拿大科學(xué)家分別采用新型核磁共振成像（MRI）技術(shù)觀測到人體內(nèi)的分子變化，從而大大提高了 MRI 掃描的速度和精度，可在未來用于更快地檢測癌癥等疾病。研究發(fā)表在最新一期科學(xué)雜志上。 兩國科學(xué)家使用的 MRI 技術(shù)都通過操控