核磁共振技术及应用

摘 要：核磁共振技术在国内外多个领域得到了广泛的应用。文章介绍了核磁共振技术的发展历史、技术特点、应用热点，并将不同领域内所使用的核磁共振技术与该领域的传统技术进行了对比，最后对核磁共振的未来发展进行了展望。

关键词：核磁共振， 医学成像

中图分类号：N04；N04，TP3 文献标识码：A 文章编号：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

作者简介：蒋碧珠（1982—），女，福建人，助理研究员，博士，从事专利实质审查、专利分析工作。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年用实验证明了在外加非均匀磁场的作用下，原子的空间取向是量子化的。之后，人们开始关注核磁共振现象。然而，直至1970年，才出现了世界上第一台商业的核磁共振波谱仪器，因此，核磁共振属于一项比较新的技术。核磁共振是磁矩不为零的原子核在外磁场作用下，自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程[1]。核磁共振是电磁波与物质相互作用的结果，其所涉及的电磁波为无线电波，频率为数兆赫到1000兆赫之间，所涉及的物质则为宏观物质中原子的原子核。因此，用核磁共振所进行的研究一般可用上“原子水平”这样的术语，是对组成物质的最基本单元所进行的研究。目前，核磁共振在许多领域有着广泛的应用，比如医学成像、地质工程中的地面核磁共振、核磁共振测井、生物核磁共振等。

二 核磁共振特点

相对于核医学成像，比如X射线计算机断层成像（Xray computerized tomography， XCT）、正电子发射计算机断层扫描（position emission computed tomography， PEST）或者单光子发射计算机断层扫描（single photo emission computed tomography， SPECT）），核磁共振的一大特点是对人体没有放射性损害。医用核磁共振仪器主要由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统以及其他辅助设备五部分组成。被检体处于梯度磁场中，而不是暴露在放射线下，因此更为安全。

核磁共振的另一大特点是成像位置可选度高。核磁共振是逐点逐行获得数据，所以可以任意选定成像断面。而核医学成像，比如CT，其受限于源的放置位置以及扫描支架和/或被检体平台的运动模式，断面方位不易改变，因此核磁共振成像比核医学成像更易于挑选合适的断面。

此外，核磁共振还可以进行代谢、功能成像，可以对功能性疾病、代谢性疾病进行早期诊断。

磁共振设备和技术发展有以下趋势：主磁场强度的提高；接收线圈多样化；磁体类型的增加；射频多通道发射；扫描速度的加快；脉冲序列和扫描参数的优化[2]。

在医学之外的其他领域，核磁共振也有其独到的优势。比如测井领域中常见的技术是中子测井。然而，中子测井还受到其他强散射与吸收元素的影响，例如氯和一些稀土金属。而核磁共振测井只观测流体中的质子，因此，核磁共振测井比中子测井能够更好地指示孔隙度[3]。

三 核磁共振的应用

随着核磁共振技术的发展，人们已将该技术应用于多个领域。

在传统的医学成像领域，可以用于乳房检测、肿瘤组织成像，或者波谱技术，如从系统生物学的角度出发，应用基于核磁共振波谱技术的代谢组学方法，寻找实验受孕动物或孕妇母体外周血中能特异性反映宫内发育迟缓的核磁共振谱图，为进一步诊断宫内发育迟缓提供依据。

在测井领域，可以利用核磁共振定量分析岩石含油丰度；可在钻井现场及时对钻井过程中的钻井液进行分析，及时获得钻井液含油量分析数据，达到对储集层含油性的定量评价，及时为石油勘探开发生产提供技术支持。

在生物样品检测领域，核磁共振能在分子水平反映生物体内病变的信息，明显提高诊断的特异性。

在地质学领域，地面核磁共振技术可用于探测地下水。相对于传统的物探找水，比如电法勘探，核磁共振探测地下水技术可以直接找水，尤其是找淡水，并且受地址因素影响小。

四 结 语

核磁共振由于其在无损伤探测特性、可重复性以及空间定位准确性方面有着极大的优势，使其在多个领域具有广泛的发展前景，它将成为医学成像、地质勘探等领域中的一个重要的发展方向。

参考文献

[1] 毛希安.现代核磁共振实用技术及应用[M].北京：科学技术文献出版社，2000.

[2] 朱岩.磁共振成像仪器相关研究[D].上海：华东师范大学，2012.

[3] 肖立志，核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用[M].北京：科学出版社，1998.