核磁共振技術(shù)及應(yīng)用

摘 要：核磁共振技術(shù)在國(guó)內(nèi)外多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文章介紹了核磁共振技術(shù)的發(fā)展歷史、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用熱點(diǎn)，并將不同領(lǐng)域內(nèi)所使用的核磁共振技術(shù)與該領(lǐng)域的傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，最后對(duì)核磁共振的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：核磁共振， 醫(yī)學(xué)成像

中圖分類(lèi)號(hào)：N04；N04，TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8578（2014）S1-0151-02

Technology and Application of Nuclear Magnetic Resonance

JIANG Bizhu

Abstract：Nuclear magnetic resonance has been widely used in many fields in the world. This paper describes the history， technical characteristics， hotspots with the application of nuclear magnetic resonance， compares nuclear magnetic resonance with the traditional technology used in certain fields， and finally provides future perspects on the development of nuclear magnetic resonance.

Keywords：nuclear magnetic resonance， medical imaging

收稿日期：2014-07-10

作者簡(jiǎn)介：蔣碧珠（1982—），女，福建人，助理研究員，博士，從事專(zhuān)利實(shí)質(zhì)審查、專(zhuān)利分析工作。通信方式：jiangbizhu@sipo.gov.cn。

一 什么是核磁共振

核磁共振的研究始于斯特恩（Otto stern）的分子束研究，他在1920年用實(shí)驗(yàn)證明了在外加非均勻磁場(chǎng)的作用下，原子的空間取向是量子化的。之后，人們開(kāi)始關(guān)注核磁共振現(xiàn)象。然而，直至1970年，才出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)商業(yè)的核磁共振波譜儀器，因此，核磁共振屬于一項(xiàng)比較新的技術(shù)。核磁共振是磁矩不為零的原子核在外磁場(chǎng)作用下，自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過(guò)程[1]。核磁共振是電磁波與物質(zhì)相互作用的結(jié)果，其所涉及的電磁波為無(wú)線電波，頻率為數(shù)兆赫到1000兆赫之間，所涉及的物質(zhì)則為宏觀物質(zhì)中原子的原子核。因此，用核磁共振所進(jìn)行的研究一般可用上“原子水平”這樣的術(shù)語(yǔ)，是對(duì)組成物質(zhì)的最基本單元所進(jìn)行的研究。目前，核磁共振在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，比如醫(yī)學(xué)成像、地質(zhì)工程中的地面核磁共振、核磁共振測(cè)井、生物核磁共振等。

二 核磁共振特點(diǎn)

相對(duì)于核醫(yī)學(xué)成像，比如X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（Xray computerized tomography， XCT）、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（position emission computed tomography， PEST）或者單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（single photo emission computed tomography， SPECT）），核磁共振的一大特點(diǎn)是對(duì)人體沒(méi)有放射性損害。醫(yī)用核磁共振儀器主要由主磁體、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備五部分組成。被檢體處于梯度磁場(chǎng)中，而不是暴露在放射線下，因此更為安全。

核磁共振的另一大特點(diǎn)是成像位置可選度高。核磁共振是逐點(diǎn)逐行獲得數(shù)據(jù)，所以可以任意選定成像斷面。而核醫(yī)學(xué)成像，比如CT，其受限于源的放置位置以及掃描支架和/或被檢體平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模式，斷面方位不易改變，因此核磁共振成像比核醫(yī)學(xué)成像更易于挑選合適的斷面。

此外，核磁共振還可以進(jìn)行代謝、功能成像，可以對(duì)功能性疾病、代謝性疾病進(jìn)行早期診斷。

磁共振設(shè)備和技術(shù)發(fā)展有以下趨勢(shì)：主磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高；接收線圈多樣化；磁體類(lèi)型的增加；射頻多通道發(fā)射；掃描速度的加快；脈沖序列和掃描參數(shù)的優(yōu)化[2]。

在醫(yī)學(xué)之外的其他領(lǐng)域，核磁共振也有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。比如測(cè)井領(lǐng)域中常見(jiàn)的技術(shù)是中子測(cè)井。然而，中子測(cè)井還受到其他強(qiáng)散射與吸收元素的影響，例如氯和一些稀土金屬。而核磁共振測(cè)井只觀測(cè)流體中的質(zhì)子，因此，核磁共振測(cè)井比中子測(cè)井能夠更好地指示孔隙度[3]。

三 核磁共振的應(yīng)用

隨著核磁共振技術(shù)的發(fā)展，人們已將該技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，可以用于乳房檢測(cè)、腫瘤組織成像，或者波譜技術(shù)，如從系統(tǒng)生物學(xué)的角度出發(fā)，應(yīng)用基于核磁共振波譜技術(shù)的代謝組學(xué)方法，尋找實(shí)驗(yàn)受孕動(dòng)物或孕婦母體外周血中能特異性反映宮內(nèi)發(fā)育遲緩的核磁共振譜圖，為進(jìn)一步診斷宮內(nèi)發(fā)育遲緩提供依據(jù)。

在測(cè)井領(lǐng)域，可以利用核磁共振定量分析巖石含油豐度；可在鉆井現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)對(duì)鉆井過(guò)程中的鉆井液進(jìn)行分析，及時(shí)獲得鉆井液含油量分析數(shù)據(jù)，達(dá)到對(duì)儲(chǔ)集層含油性的定量評(píng)價(jià)，及時(shí)為石油勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

在生物樣品檢測(cè)領(lǐng)域，核磁共振能在分子水平反映生物體內(nèi)病變的信息，明顯提高診斷的特異性。

在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，地面核磁共振技術(shù)可用于探測(cè)地下水。相對(duì)于傳統(tǒng)的物探找水，比如電法勘探，核磁共振探測(cè)地下水技術(shù)可以直接找水，尤其是找淡水，并且受地址因素影響小。

四 結(jié) 語(yǔ)

核磁共振由于其在無(wú)損傷探測(cè)特性、可重復(fù)性以及空間定位準(zhǔn)確性方面有著極大的優(yōu)勢(shì)，使其在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的發(fā)展前景，它將成為醫(yī)學(xué)成像、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域中的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛希安.現(xiàn)代核磁共振實(shí)用技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2000.

[2] 朱巖.磁共振成像儀器相關(guān)研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2012.

[3] 肖立志，核磁共振成像測(cè)井與巖石核磁共振及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1998.