核磁共振在医学领域的应用

6.医患福音——核磁共振

前面我们已经对磁疗做了简单的介绍。我们知道，磁疗可以治愈很多目前常见的疾病，那么，磁在医学方面的应用，是不是只有磁疗这一种呢？其实，并不是这样的，核磁共振也为医疗界打开了一种全新的局面。

核磁共振成像机

核磁共振又叫核磁共振成像技术。是指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，共振吸收某一频率的射频辐射的物理过程。

核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。通常人们所说的核磁共振，指的是利用核磁共振现象来获取分子结构、人体内部结构信息的技术。但并不是所有原子核都能产生这种现象。原子核能产生核磁共振现象，是因为它具有核自旋。原子核自旋会产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时，产生进动核和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。这种过程就是核磁共振。

GE 3.0T核磁共振成像机

核磁共振是继CT后医学影像学的又一重大进步。它的基本原理就是，将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接收器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。

核磁共振成像提供的信息量，不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术。因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接做出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。

另外，核磁共振成像还对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水；不同的组织，水的含量也各不相同。如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像。核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而探测人体内部结构的一门技术。

核磁共振成像

与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同，核磁共振成像技术改变的是外加磁场的强度，而不是射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向，会提供两个相互垂直的梯度磁场。这样，在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化，每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场。于是，位于人体不同部位的氢原子，就会对不同的射频场信号产生反应。我们可以通过记录这一反应，并加以计算处理，获得水分子在空间中分布的信息，从而获得人体内部结构的图像。

核磁共振成像技术还可以与X射线断层成像技术（CT）结合，为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。

目前，核磁共振应用的是氢元素的原子核核磁共振层析成像。这种层析成像比目前应用的X射线层析成像(又称X射线CT)具有更多的优点。目前，虽然还仅限于氢原子核的密度分布图像，但氢元素是构成人体和生物体的主要化学元素。因此，从核磁共振层析成像得到的氢元素分布图像，要比从X射线密度分布图像得到的人体和生物体内的信息更多。

简易核磁共振成像机

例如，人体头部外层头骨的密度很高，而内层脑组织的密度却较低，因此从人头部的X射线层析成像，难以得到人脑组织的清晰图像。但是，从人头部的核磁共振层析成像却可以得到头内脑组织的氢原子核，即氢元素分布的清晰图像，从而可以看出脑组织是否正常。

“核磁共振”和“CT”的检查图片

上面三个图是我国研制生产的核磁共振层析成像装置正在为病人检查；下面三个图是一脑瘤病人头部的核磁共振层析成像和X射线层析成像。在核磁共振层析成像中可以检查出脑瘤，但在X射线层析成像中却看不出来。目前，核磁共振层析成像应用的虽然还只有氢核一种原子核素，但从科学技术发展看，可以预言将会有更多的原子核素，如碳核和氮核等。

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收音机

收音机是我们生活中最普通的一种电器。由于它体积小，接受灵敏度高，携带方便，因而受到老年人的钟爱。

收音机又叫无线电广播，由机械、电子、磁铁等构造而成。是一种用电能将电波信号转换为声音，收听广播电台发射的电波信号的机器。

收音机的工作原理就是把从天线接收到的高频信号，经过检波还原成音频信号，送到耳机或喇叭变成音波。

由于天空中有很多不同频率的无线电波，如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会有许多声音混杂在一起，什么也听不清。为了设法选择所需要的节目，在接收天线后有一个选择性的电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰。这就是我们收听广播时所使用的“选台”按钮。

选择性电路的输出，是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号。这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播了。

收音机在制造过程中要用到很多种磁性材料和磁性器件。收音机一般最常用的电声喇叭便是永磁式电声喇叭。收音机所收到的电台发射机已将声音转换成的电信号，受到电声喇叭中永久磁铁的磁场作用而使电线圈振动发声，这样便将电台发射的已转换为电信号的声音复原了。

电声喇叭中的永久磁铁的磁场，在这种电-声转换中起了重要的作用。喇叭则将电线圈的振动发声放大。另外，在收音机中转换高频率的电信号和低频率的电信号，也都需要使用多种高频变压器和低频变压器。这些变压器也需要使用多种磁性材料。

为了提高收音机的灵敏度和接收距离，我们就需要使用天线了。如果利用磁性材料制成磁天线，那么，不但可以显著缩短天线的长度，而且还可以明显提高收音机的灵敏度。

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磁悬浮高速列车

我们知道汽车的速度没有火车的快，火车的速度没有赛车的快。一般情况下，赛车的速度大约为每小时350千米。那么你知道一列磁悬浮列车的速度有多快吗？差不多每小时能达到430千米呢！是不是非常快啊？它为什么会有这么惊人的速度呢？

磁悬浮列车在高速运行时能够悬浮起来，是因为在列车上装的电磁铁和轨道两侧的通电线圈相互之间产生了强大的吸引力，从而使得沉重的列车悬浮在空中。它之所以能在轨道上飞驰起来，是因为在轨道沿线铺设的线圈通电后产生了同样强大的磁场，以致将列车吸向前方；当电流减小或切断电流时，车就减速乃至停了下来。

如果你还不明白磁悬浮究竟是怎么回事，那么你一定知道，当我们把两块磁铁相同的一极靠近的时候，它们会相互排斥；如果是把相反的一极靠近时，它们就会互相吸引。这也是我们常说的同性相斥，异性相吸的现象。实际上，托起磁悬浮列车的神秘悬浮之力就是吸引力或排斥力。

磁悬浮列车从悬浮机理上可以分为电磁悬浮和电动悬浮两种。其中以德国和日本的超导磁悬浮列车最为著名。超导就是根据超导体的原理而制成的。磁悬浮列车整个运行过程是通过四个系统来完成的，分别是车辆系统、牵引供电系统、道路轨道系统、运行控制系统。它的速度之所以快，最重要的是因为它是浮起来运行的，与轨道之间没有机械接触，使得阻力大大减小，因而可以达到比传统铁路更高的速度。这也是它与其他交通工具最大的区别。另外，磁悬浮列车一般不需要人工干预，司机只需要管控好电源、做好紧急停车以及清除故障的工作。

在这里，也许会有人问，这样的列车安全度高吗？其实，它之所以不需要司机，是因为它有一个“幕后司机”，即运行控制系统。这一系统可以通过计算机控制、计算机网络、通信及信息处理等先进技术与磁悬浮交通系统的车辆、牵引、线路等系统相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及调度管理等工作。因此，有了这个“幕后司机”，司机也不需要花费太多的精力，整个磁悬浮交通系统就能正常、安全地运行起来。

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磁性肥料

现在，世界上许多国家的科学家正在积极地研制并开始使用一种新型的肥料——“物理肥料”，其中就有磁性肥料。

科学家们经过长期研究发现，使用磁化器处理过的种子、化肥和水，能够促进农作物的生长，提高农作物的产量。

现在，我国用磁化器处理过的种子，已经在农业生产上正式投入使用阶段。这种磁化处理的过程其实很简单，就是让种子在一定磁场强度下,把种子放在容器内，让种子以自由落体的速度下落，就能达到磁化处理的效果。种子每经过一次磁化器,就能磁化处理一次。大粒种子通常要处理三次，小粒种子只需要处理一次。

有意思的是，如果把化肥经过磁化处理后再使用，就能使农作物的产量有明显的增产效果。科研人员曾做过这样一个实验，他们把尿素、重过磷酸钙和磷酸二铵等几种化肥，进行磁化处理后，给小麦施肥，结果小麦长得穗大，籽粒饱满，比单独使用化肥时的产量增加了100%左右。

更有趣的是，用经过磁化的水灌溉农田，还能防止土壤板结，有利于土壤中微生物的繁殖。磁化水还能提高农作物对氮、磷、钾肥的吸收能力，使农作物增产、增收。

我们相信,在不久的将来,经过科学家的不断努力,物理肥料将和化学肥料相辅相成，将在农业生产上大显身手。