原標題:核磁共振是什麼?危害有哪些?
核磁共振是磁矩不為零的原子核,在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂,共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支,其共振頻率在射頻波段,相應的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。下面趕緊和家庭醫生在線小編一起來了解一下具體的情況吧。
核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging?,簡稱NMRI?),又稱自旋成像(spin imaging?),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,依據所釋放的能量在物質內部不同結構環境中不同的衰減,通過外加梯度磁場檢測所發射出的電磁波,即可得知構成這一物體原子核的位置和種類,據此可以繪製成物體內部的結構圖像。
將這種技術用於人體內部結構的成像,就產生出一種革命性的醫學診斷工具。快速變化的梯度磁場的應用,大大加快了核磁共振成像的速度,使該技術在臨床診斷、科學研究的應用成為現實,極大地推動了醫學、神經生理學和認知神經科學的迅速發展。
物理原理
核磁共振成像是隨著計算機技術、電子電路技術、超導體技術的發展而迅速發展起來的一種生物磁學核自旋成像技術。它是利用磁場與射頻脈衝使人體組織內進動的氫核(即H+)發生章動產生射頻信號,經計算機處理而成像的。原子核在進動中,吸收與原子核進動頻率相同的射頻脈衝,即外加交變磁場的頻率等於拉莫頻率,原子核就發生共振吸收,去掉射頻脈衝之後,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射出來,稱為共振發射。共振吸收和共振發射的過程叫做「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。當把物體放置在磁場中,用適當的電磁波照射它,使之共振,然後分析它釋放的電磁波,就可以得知構成這一物體的原子核的位置和種類,據此可以繪製成物體內部的精確立體圖像。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、電子電路技術、超導體技術的發展而迅速發展起來的一種生物磁學核自旋成像技術。醫生考慮到患者對「核」的恐懼心理,故常將這門技術稱為磁共振成像。它是利用磁場與射頻脈衝使人體組織內進動的氫核(即H+)發生章動產生射頻信號,經電腦處理而成像的。
原子核在進動中,吸收與原子核進動頻率相同的射頻脈衝,即外加交變磁場的頻率等於拉莫頻率,原子核就發生共振吸收,去掉射頻脈衝之後,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射出來,稱為共振發射。共振吸收和共振發射的過程叫做「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氫化合物,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,人體中各種組織間含水比例不同,即含氫核數的多少不同,則NMR信號強度有差異,利用這種差異作為特徵量,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、T2三個參數的差異,是MRI用於臨床診斷最主要的物理基礎。
當施加一射頻脈衝信號時,氫核能態發生變化,射頻過後,氫核返回初始能態,共振產生的電磁波便發射出來。原子核振動的微小差別可以被精確地檢測到,經過進一步的計算機處理,即可能獲得反應組織化學結構組成的三維圖像,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能被廣泛應用於醫學診斷的基礎。人體內器官和組織中的水分並不相同,很多疾病的病理過程會導致水分形態的變化,即可由磁共振圖像反應出來。
MRI所獲得的圖像非常清晰精細,大大提高了醫生的診斷效率,避免了剖胸或剖腹探查診斷的手術。由於MRI不使用對人體有害的X射線和易引起過敏反應的造影劑,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的解剖組織及相鄰關係,對病灶能更好地進行定位定性。對全身各系統疾病的診斷,尤其是早期腫瘤的診斷有很大的價值。
核磁共振儀
連續波核磁共振波譜儀CW-NMR
如今使用的核磁共振儀有連續波(continal wave,CW)及脈衝傅立葉(PFT)變換兩種形式。連續波核磁共振儀主要由磁鐵、射頻發射器、檢測器、放大器及記錄儀等組成(見下圖)。磁鐵用來產生磁場,主要
有三種:永久磁鐵,電磁鐵[磁感應強度可高達24000 Gs(2.4 T)],超導磁鐵[磁感應強度可高達190000 Gs(19 T)]。
核磁共振波譜儀的解析度多用頻率表示(也稱「兆數」)其定義是在儀器磁場下激發氫原子所需的電磁波頻率。如一臺磁場強度為9.4T的超導核磁中,氫原子的激發頻率為400MHz,則該儀器為「400兆」的儀器。頻率高的儀器,解析度好,靈敏度高,圖譜簡單易於分析。磁鐵上備有掃描線圈,用它來保證磁鐵產生的磁場均勻,並能在一個較窄的範圍內連續精確變化。射頻發射器用來產生固定頻率的電磁輻射波檢測器和放大器用來檢測和放大共振信號。記錄儀將共振信號繪製成共振圖譜。
CW-NMR價格低廉,溫度,易操作,但是靈敏度差。因此需要樣品量大,且只能測定如1H/19F/31P之類天然豐度很高的核,對諸如13C之類低豐度的核則無法測定。
PFT-NMR
20世紀70年代中期出現了脈衝傅立葉核磁共振儀,它的出現使13C核磁共振的研究得以迅速開展。[1]
脈衝變換傅立葉核磁共振波譜儀(pulse Fourier transform-NMR)與連續波儀器不同,它增設了脈衝程序控制器和數據採集處理系統,利用一個強而短(1~50μs)的脈衝將所有待測核同時激發,在脈衝終止時及時打開接收系統,採集自由感應衰減信號(FID),待被激發的核通過弛豫過程返回平衡態時再進行下一個脈衝的激發。得到的FID信號是時域函數,是若干頻率的信號的疊加,在計算機中經過傅立葉變換轉變為頻域函數才能被人們識別。PFT-NMR在測試時常進行多次採樣,而後將所得的總FID信號進行傅立葉變換,以提高靈敏度和信噪比(進行n次累加,信噪比提高n^0.5倍)。
PFT-NMR靈敏度很高,可以用於低豐度核,測試時間短(掃一次一到幾秒),還可以測定核的弛豫時間,使得利用核磁共振測定反應動態成為現實。
危害
MRI是核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging )的簡稱。核磁共振成像裝置是利用核磁共振理論,在現代計算機及微電子技術基礎上實現的一種成像裝置。它是80年代進入市場的高新技術產品,它具有以前所有影像設備所沒有的一切特點。
儘管MRI被廣泛應用於臨床的歷史還很短,但已顯示了它強大的威力。在神經系統、骨關節肌肉系統、循環系統、呼吸系統、消化系統、泌尿生殖系統及感官系統等方面均得到應用。因此MRI對人體健康影響的探討更顯得必要。
MRI對人體健康的影響主要有三個方面:主磁場、梯度磁場和射頻電磁場。
主磁場:強度不變的強磁場,它對人體健康的影響早就引起了人們的注意。當人體進入013Tesla以上的強磁場後,由於與磁場磁力線相垂直的血管內血流流動所產生的感生電流,使心電圖會發生改變,如T波幅度增加,出現小尖頭波,但這並不引起任何生理參數的變化,如心率、血壓改,也不會導致心率不齊。如果撤除外加磁場,這些心電圖變化就會消失。實驗證明,動物在317Tesla的磁場內不會損傷遺傳因素,在低於20Tesla的磁場內,不改變生物組織的酶活動。另外,有的廠家曾實驗過4Tesla場強的成像系統,高磁場強度的系統圖像雖然有提高,但從臨床意義看,似乎並不能發現更多的病灶,所以某些發達國家都對主磁場強度有一個限量。