核磁共振的基本原理知多少
2018-9-18 11:07:57
不管是用于化學的核磁共振光譜儀，還是醫學領域的核磁共振成像儀，基本原理都是一樣的：原子核在磁場作用下發生能級分裂，在射頻脈沖作用下產生能級躍遷，從而產生信號。雖然其機理看著很像吸收光譜（absorption spectroscopy），但是其信號接收方式與吸收光譜很不一樣，因為信號探測器不直接檢測射頻電磁波信號的吸收值，而是檢測進動的宏觀磁矩在探測器線圈中感應產生的電流，這倒是有點類似于發射光譜的原理；宏觀磁矩在射頻脈沖消失后會發生衰減，從而導致探測到的信號也是衰減的，這被稱為自由感應衰減（Free Induction Decay，FID）信號。經過傅利葉變換，FID信號可以被轉變為核磁共振光譜，而通過探測人體的氫原子核（人體含水65%，而水中氫含量是11%，如果考慮到其他含氫的物質，人體含有的氫原子總質量高達體重的10%，Composition of the human body）的核磁共振參數可以構建出人體的結構，因為不同結構的氫原子的化學環境不同，導致其核磁共振的參數也有所不同。高靈敏度（或高分辨率）有助于獲得高清晰度的MRI圖片，而這依賴于高磁場強度。這也是為什么強磁場的相關研究很重要的一個原因。
強磁場，尤其是高度穩定并且高度均勻的強磁場非常難獲得。
1）首先這要求低溫技術，液氦溫度-269°C；要讓大量液氦老老實實待在儀器內，常用的方法是在外部加一個液氮（-196°C）夾套。2）零部件加工精度需要保證磁場強度在放置樣品的區域恒定，因為這事關分辨率。
3）電子系統穩定性要求極高，電壓的波動等需要被壓制，否則破壞靈敏度甚至準確度。
另外，信號檢測器需要能夠探測原子核產生的宏觀磁矩，這是極弱的，弱到連線圈的熱噪聲都可以影響其靈敏度，所以會出現用液氮冷卻的低溫探頭（cryo-probe）這樣的東西。
由于以上原因，核磁共振儀器的制造屬于高精尖的技術，所以全世界也沒幾個制造商，核磁共振光譜儀一般就是Bruker與Varian，核磁共振成像儀主要有Siemens，GE，Hitachi等，導致：
1）核磁共振儀器貴。一臺核磁共振成像儀耗資50萬-100萬美元，MRI Machine Cost and Price Guide，因此折舊也就貴，分攤到測試費用里也就貴。
2）核磁共振維護費用高。核磁共振儀需要液氮與液氦維持超導磁體產生的強磁場，即使在停機狀態也需要消耗液氮與液氦。
1）核磁共振儀器貴。一臺核磁共振成像儀耗資50萬-100萬美元，MRI Machine Cost and Price Guide，因此折舊也就貴，分攤到測試費用里也就貴。
2）核磁共振維護費用高。核磁共振儀需要液氮與液氦維持超導磁體產生的強磁場，即使在停機狀態也需要消耗液氮與液氦。
上一篇：如何在氬弧焊充氬氣？
下一篇：氣瓶為什么要裝安全帽
