谈“核”色变?别怕!一起来聊聊核磁共振技术

作者: 张茜

来源: 中科院之声

发布日期: 2021-04-02 07:30:00

本文详细介绍了核磁共振技术的原理、应用及其在医疗、物理、化学等领域的广泛使用,消除了公众对核磁共振技术的误解和恐惧。

提到核磁共振谱仪,大家首先想到的是医院中的核磁共振成像仪(MRI)。之前有新闻报道称,某医院的病人家属不听劝告,把轮椅推进核磁共振检查的房间,结果轮椅狠狠地“吻”上了核磁共振仪,十几个人共同协作也很难将轮椅取下。做核磁共振检查前,医生总会提醒患者取下身上的金属物品,这么做有什么道理呢?有人说核磁共振检查的过程犹如一场大型金属噪声混音现场,令人终身难忘。核磁共振仪会对人体会造成伤害么?

也许你会谈“核”色变。别怕,今天我们来揭开它神秘的面纱,谈谈到底什么是核磁共振。

首先什么是核磁共振呢?核磁共振中的“核”是指原子核,“磁”是指磁场。在外加静磁场中,特定频率的电磁波照射原子核,原子核会吸收能量从基态变为激发态,即从稳定的状态变为活跃态,发生核磁共振现象。停止发射射频脉冲后,原子核会从激发态逐渐回落到基态,在回落的过程中就会释放出能量,我们通过线圈采集这个过程从而获得了核磁共振信号。

磁共振检查中使用的仪器是核磁共振成像仪,受试者会被送入强磁场环绕的检查仓内。

检查过程中仪器会不断地发射射频脉冲,声音像是一台冲击钻在施工,音量高达100分贝左右,有些人会感到身体发热、皮肤会有静电的感觉。不要担心,核磁共振是一种无损检测,检查中向人体发射的射频脉冲是一种无线电波,频率在107 Hz左右,电磁波能量与我们日常使用的收音机、手机在一个数量级上,并没有X射线,因此不用担心磁共振检查中的射频脉冲对人体的伤害。

但是由于被强磁场环绕,所以进行核磁共振检查前必须遵循医生的要求,把身体上的金属物全部拿掉。

医学检查中的核磁共振成像仪的磁场强度一般为1.5-3特斯拉,这是一个什么概念呢?大约是50纬度的地球磁场强度的7500-15000倍。在如此强大的磁场下,结合特定的编码技术,经过空间定位及信号重建,人体的内部组织就可以呈现出来。核磁检查中扫描的原子核是1H原子核,因为人体大约70%是由水(H2O)组成。

人体中的血液、肌肉、脂肪以及各种器官的含水量不同,H2O所处的环境也不同,1H原子核的特性也因此不同。

核磁共振技术不仅被应用于医疗诊断,自1938年科学家 Isidor Rabi 发现了核磁共振现象后,经过八十多年的发展,核磁共振技术已被广泛的应用于物理、化学、生物学等领域。

在这些领域中用到的核磁仪器是核磁共振波谱仪(NMR Spectrometer),根据被检测化合物的状态,核磁共振波谱仪又可分为固体核磁共振仪和液体核磁共振仪。NMR波谱仪可以观测分子的微观结构、分子运动,鉴定蛋白质的结构和功能等,像一个超大倍数的放大镜,帮助我们在微观的分子世界里一窥究竟。

核磁共振仪还可以用于勘探石油、岩土工程、种子筛选、食品分析等方面,它不仅推动了先进材料科学、结构功能生物学、医学等科学领域的发展,在我们的日常生活中也扮演着越来越多的重要角色。所以下一次不要谈 “核”色变,了解了这么多核磁共振知识,应该感到“核”颜悦色吧!

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