核磁共振成像技术详解：MRI/NMR的工作原理与应用

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@小白创作中心

核磁共振成像技术详解：MRI/NMR的工作原理与应用

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来源

https://www.dextermag.com/zh-CN/products/magnetic-assemblies/mri-nmr/

磁共振成像（MRI）和核磁共振（NMR）是现代医学和科学研究中重要的无损检测技术。Dexter Magnetic Technologies设计并生产了多种用于MRI/NMR应用的永磁静态场源，其中一些基于当前的正交磁体专利，另一些则非常独特以至于已经申请了专利。本文将详细介绍MRI/NMR的工作原理、系统组件以及磁场强度对成像的影响。

在“核”内涵变得不受欢迎之前，磁共振成像（MRI）被称为核磁共振（NMR），但这两个名称都表示所涉及的磁共振（MR）原理。除了人们在医院中发现的MRI机器外，磁共振设备通常用于确保适当的化学/材料混合的设备，例如用于监测沥青质量的设备。

MR检测原子的旋磁比，即核自旋引起的磁偶极矩与机械角动量的比值，以区分元素。几乎元素周期表中的每个元素都有一个核自旋非零的同位素，但要发挥作用，同位素还必须在被分析的体积中含量丰富。因此，人体和其他生物体的MRI感兴趣的原子核是氢、碳、氮、钠、磷、钾和钙。

MRI系统组件包括：

磁偶极子建立静磁场，
梯度线圈，
射频线圈产生与静磁场成90°的交变磁场，以及
一个天线线圈。
在操作中，样品体积中的质子由静态场定向，并由交变射频磁场引起进动。当关闭射频线线圈的电源时，质子的磁矩与静磁场重新对齐。磁矩重新排列所涉及的能量变化被天线线圈测量为一个小的射频信号，信号频率和相位的傅里叶变换产生用于构建独特图像的数据。

每个原子/分子的数据取决于存在的原子和周围的分子结构。这使得MR能够区分液体或液体与固体，从而使该技术可用于质量控制过程。所需的静磁场强度取决于要成像的元素和所需的分辨率。低至0.02T的场已产生可用的氢图像，但0.08-0.1T更常见于质量控制工作。更高的通量密度需要更高的分辨率和其他元素，因此使用场强为1.5至4.7T的实验室超导系统。磁场强度均匀性也会影响分辨率，因此均匀性为+/-0.0001mT的磁场静态源使用微调线圈、磁垫片或微调磁铁进行微调，以获得百万分之一范围内样品体积的均匀性。

永磁源大大降低了MRI/NMR系统所需的功率并允许携带。然而，更高的分辨率意味着更高的通量密度和整个样品的均匀性，这会以指数方式增加尺寸和成本，因此在设计系统时尽量减少样品体积并现实地考虑所需的分辨率非常重要。