核磁共振技术的基本原理范文1
[关键词] 核磁共振 地下找水 应用 经验
[中图分类号] P641.7 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-260-2
1引言
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，缩写为NMR）找水技术是目前世界上唯一进行直接找水的地球物理新方法，是通过测量地层水中的氢核来实现直接找水的新技术。地面核磁共振（SNMR）找水方法受地层因素影响小，在浅层地下水的勘查工作中具有广泛的应用前景，适用于电磁干扰较小、地磁场稳定（火成岩地区地磁场变化较大）、浅层（深度小于150m）各种类型地下水的探测，能定量给出地层中含水层的位置、厚度、含水量及平均孔隙度。它的探测结果直接显示地下水体的存在性及其空间分布特征，对地下水具有唯一指向性。SNMR找水技术具有直接找水、反演解译成果量化且信息量丰富、经济快速等特点，在供水水文地质勘探、寻找地下水水源地、圈定地下水远景勘查区、确定供水井井位等方面具有广泛的应用前景。
2地面核磁共振技术原理
2.1工作原理
核磁共振是一个基于原子核特性的物理现象，系指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。在稳定地磁场的作用下，氢核像陀螺一样绕地磁场方向旋进，其旋进频率（拉摩尔频率）与地磁场强度和原子核的磁旋比有关。地面核磁共振技术（SNMR）探测地下水信息的方法利用了不同物质原子核弛豫性质差异产生的NMR效应，即利用了水中氢核（质子）的弛豫特性差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，应用核磁感应系统实现对地下水信息的探测，进而获得地下水的存在性及空间赋存特征。
氢核在地磁场作用下，处在一定的能级上，如果以具有拉摩尔频率的交变磁场对地下水中的质子进行激发，则使原子核能级间产生跃迁，即产生核磁共振。此方法通常是向铺在地面上的线圈（发射线圈）中供入频率为拉摩尔频率的交变电流，在地中交变电流形成的交变磁场激发下，使地下水中氢核形成宏观磁矩，而这一宏观磁矩在地磁场中产生旋进运动，其旋进频率为氢核所特有。在切断电流脉冲后，用同一线圈（接收线圈）拾取由不同激发脉冲矩激发产生的NMR信号，信号强弱或衰减快慢直接与水中质子的数量有关，即NMR信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比，因此构成了一种直接探测地下水信息技术，形成了地面核磁共振探测地下水的信息方法（图1、图2）。
2.2工作方法
NUMIS系统是一种高灵敏度、高功率、全部由PC计算机控制的核磁共振设备，其工作条件及方法如下：
2.2.1激发频率的选择
（1）地磁场的测量：地下水中氢质子的旋进频率取决于地球磁场的强度，为保证氢质子被激发（产生共振）应准确地测定工作区的地磁场强度，可用质子旋进磁力仪在工作区实地测量；（2）激发频率的确定：在进行全程NMR测量之前，通过试验来确定激发脉冲频率。
2.2.2线圈形状的选择和铺设
应根据工作区内待探查的地下水层位埋藏深度及工作区电磁干扰的强弱、方向，优化线圈形状和科学地敷设线圈。工作区周围有高压输电线、变电站、变压器及民用电等电磁干扰时，为了压制干扰可采取能够降低噪声水平的“8”字形线圈。
2.2.3测量参数的选择方法
在开始测量之前，必须根据工作区的具体条件选择以下参数并输入PC计算机：
（1）测量范围：先采用20000nV作为测量范围，随后再作修改。（2）记录长度：记录长度对应所期望的NMR信号的时间常数来确定，如果选择不当，不仅影响地质效果，而且降低工作效率，NUMIS系统的记录长度可在100～1000ms之间调节，一般把240ms作为记录长度的标准值。（3）脉冲持续时间：对于用平均衰减时间T2*确定标准的NMR测量来说，脉冲的持续时间设置成40 ms是最佳值。（4）脉冲矩的个数：脉冲矩的个数根据工作区已有的地质资料选定，一般选为12个或16个。（5）叠加次数：为了提高信号的质量和探测的精度，应根据环境噪声的大小确定叠加次数，一般在64～128之间选择。噪声愈大，选择叠加次数应愈大。
3资料处理
首先根据探测点位置已知的地质资料，利用矩阵运算软件计算对应于各探测点的矩阵模型（MODEL），然后对各个已完成数据采集的测点引用对应的模型进行反演。探测点地质资料较缺乏时，可根据地质特征的相似性，利用类比法，不同的探测点引用同一模型进行反演。
核磁共振找水勘查（SNMR）方法是一种直接找水技术手段。它的探测成果直接显示地下水体的存在性及其空间分布特征，对地下水具有唯一指向性，所获得的成果包含含水层分布的深度、厚度、单位体积含水量及平均孔隙度等直观信息。其中含水量直方图是指导地下水开采的最直观的解译成果。
4实践
4.1实例
近期，在广东省南方某地区开展的公益性地下水资源勘查项目中曾首次应用了核磁共振找水技术，并取得了较明显的效果和经验。该次核磁共振找水技术应用中野外作业是采用地面核磁共振找水仪（NUMIS），配套接收天线300m（75m×4），理论探测深度约为50～100m。而核磁共振找水探测水平控制范围及深度与敷设的线圈形状有关，不同线圈的控制范围及深度为：圆形线圈：控制范围包括圈内及其100m以内的范围，控制深度约100m；方形线圈：控制范围为圈内及其100m以内的范围，控制深度约100m；8字圆形：控制范围为圈内及其80m以内的范围，控制深度约50m；8字方形：控制范围为圈内及其50m以内的范围，控制深度约50m。
该次核磁共振找水共进行了数十次探测（测点），探测的地下水包括了松散岩类孔隙水、碳酸盐岩溶洞裂隙水、基岩裂隙水（构造裂隙脉状水）等多种类型。这里以H01号测点为例进行成果解译及简要分析。图3为核磁共振找水探测最直观的电脑输出最终成果，按图所示，测点地下水含水层具有明显的二元结构特征：第一层地下水由图面上部的若干彩色方柱所体现，显示浅表有浅层潜水存在，但细小的方柱组合也表示了浅层潜水的含水介质分布连续性较差，富水性一般；而图面下部的黄色区域是由较宽的方柱所组成，体现了下伏含水层含水介质分布厚度大、均匀性较好、连续性较强，地下水量较丰富，是较为理想的开采层位。
4.2经验
含水量直方图所反映的信息有含水层层位、单位体积含水量等，但并非传统意义上的水文地质剖面。根据核磁共振的工作原理，其探测时是按给定的脉冲矩个数（分层数）进行分层探测，而且探测时分层厚度并非均匀分配，而是按从上往下层厚呈逐渐增大趋势的随机分层，所以解译的含水量直方图只能显示出含水层的大概埋藏位置，并不能较准确反映含水层的顶、底板信息。
核磁共振探测精度受探测场所的电磁场影响很大，电磁场愈小则探测精度愈高；同时，探测精度与设置的叠加次数也有直接关联，叠加次数愈多，信号的质量和探测精度愈高，所以在探测时一般应根据环境噪声（电磁场影响）的大小确定叠加次数，噪声愈大，叠加次数愈大。
5水文地质钻探验证
本次公益性地下水资源勘查项目成功完成核磁共振找水探测并取得相关数据的有29个探测点，其中28个探测点的有效控制范围内分别布置了水文地质钻探工作。通过对核磁共振探测结果与钻探揭露的地质情况及抽水试验资料进行对比分析，显示核磁共振探测结果与水文地质钻探结果大部分基本吻合，也有部分测点探测结果与钻探揭露地层仅在局部深段对应（图表1）。在本次核磁共振找水中也出现了电磁影响不大但探测结果与实际情况相差较大的情况，解译成果与水文地质钻探揭露的含水层埋深、厚度、含水量等均有明显偏差。由此也表明了，因核磁共振找水技术本身具有的高灵敏度，从而决定了其受探测场地环境影响的因素（电磁场干扰）可能不是唯一的。
从本次探测成果的钻探验证结果中可初步判定，一般在表层5m以浅深段，核磁共振探测质量及准确性较差，可能受地表水体或大气影响，探测结果多数显示含水量比实际要大；而在可探测深度（按线圈类型）底部附近，探测结果显示的岩土体含水量也比钻探揭示的要明显偏大。
6取得的认识与经验
（1）地面核磁共振找水（SNMR方法）是一种直接找水技术手段，具有成果直观、唯一指向地下水体等特点，能较快捷、准确地确定一定范围内地下水体的存在性及其埋藏特征。
（2）核磁共振找水并非“点”状探测，每次探测均有一定的控制范围，因而其信号整理是按一定体积进行集中处理，探测成果反映的也是一定体积内的地下水平均赋存特征及平均的单位体积含水量。
（3）电磁场对核磁共振找水勘查的影响很大，这亦是核磁共振找水技术的最大局限性，一般电磁干扰程度（噪声水平）在6000以下时探测效果比较理想，达12000以上则探测结果偏离实际较大，而且深度愈大误差愈大。不同的线圈类型对电磁干扰的敏感性也不同，其中圆形线圈最敏感，方形次之，8字圆形再次之，抗干扰最好的则是8字方形线圈。
（4）地面核磁共振探测场地的地形条件对线圈的敷设有一定影响，在布设线圈时应根据地形地貌条件，在满足找水深度要求的前提下，选择合适的线圈类型。例如，按已知的水文地质资料，若探测场地地下水含水层最可能埋藏在50m以浅深段，而且地形较为狭窄，则应选择8字圆形或8字方形线圈，以降低噪声、提高探测精度和工作效率。
（5）根据本次探测成果及钻孔验证，在最大探测深度（如圆形线圈为100m）以浅深段含水层的单位体积含水量结果一般较实际偏大。因此，在按已有水文地质资料确定线圈类型时，应选择可探测深度比实际主要含水层底板的可能最大埋深要大的线圈类型，以提高探测成果的精度和可靠性。
核磁共振技术的基本原理范文2
【关键词】低场核磁共振 食品
低场核磁共振技术（nuclear magnetic resonance，NMR）是指具有固定磁矩的原子核（如1H、13C、31P、19F、15N、129Xe等）在恒定磁场与交变磁场的作用下，与交变磁场发生能量交换的现象，目前应用较为广泛的是以氢核为研究对象的核磁共振技术[1]。其中，将恒定磁场强度低于0.5T核磁共振现象称为低场核磁共振[2]
1低场核磁共振技术在食品中水分检测的应用
低场核磁共振技术在食品中水分的应用有很多，在绿豆浸泡过程、大米浸泡过程、海参复水过程、胡萝卜切片干燥过程、水分分布、水分含量、水分性质，都得到了一定的应用。2009年上海理工大学医疗器械与食品学院李然[2]等人利用低场核磁共振技术对绿豆浸泡过程进行了研究，试验结果表明，自由水作为溶剂在绿豆吸水过程中参与各种生化反应，故自由水的质子密度（信号量）上升量最大，从核磁共振图像中可以看到水是从脐处慢慢进入绿豆内。低场核磁共振技术同样也可应用于其他粮食浸泡过程分析。2007年浙江工商大学食品与生物工程学院余瑞鑫[3]等对3种大米浸泡过程中的水分状态进行低场核磁共振技术测定。通过对糯米浸泡过程中水分状态变化的研究得出；水分进入到糯米中心所需的浸泡时间最短为35min，浸泡加水量最少为35%；水温在15-30℃范围内，每升高5℃，糯米达到相同水分状态的浸泡时间可以缩短10min；2009年中国海洋大学食品科学与工程学院张文杰博士[4]等采用低场核磁共振技术及其成像技术研究海参中的水分含量、分布及状态变化，研究结果表明，海参复水过程初期随着复水时间延长，海参体内自由水、不易流动水含量增加，但不易流动水含量变化不显著，低场核磁共振技术为海参复水加工过程中物性参数的研究提供了一种有效方法。2006年南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室徐刚[5]等为研究胡萝卜切片在干燥过程中内部水分变化的特征，应用低场核磁共振技术的横向弛豫时间反演谱分析胡萝卜切片在干燥过程中内部水分的变化。试验结果证明，干燥过程改变了胡萝卜样品中水的结合状态，自由度高的水分向自由度低的迁移；随着干燥温度升高，干燥速度加快，但温度为80℃时，由于物料表面结壳阻碍了水分的外迁从而影响干燥速率。低场核磁共振技术不仅在国内得到了应用，在国外也得到了一定的应用。在水分分布上的应用，Engelsen[6]等的试验结果表明，在焙烤过程中T2曲线显示了多相性，并可分为3种变化（轻度结合水上升，牢固结合水上升，牢固结合水下降，水相饱和），还观察到淀粉糊化的主要转变过程。MangitM[7]利用低场核磁共振技术研究冷藏肉发现：冷冻温度越低、冻藏时间越长，肉在解冻、烹饪时的水分损失增加；高pH的新鲜肉比正常pH值的肌原纤维中水分分布更均匀。在水分含量上的应用。
2 低场核磁共振技术在食品中油脂检测的应用
传统的油脂检测方法需要大量的时间和化学试剂，很难在线快速对油脂品质变化程度做出评价。新型检测方法如化学感官系统电子鼻和近红外傅里叶变换仪可以快速检测油样，但其与常规指标的相关系数并不高。因此，寻找一种快速、便捷、灵敏、低成本的新型检测方法成为油脂行业的一个新的研究方向。目前，低场核磁共振技术主要对检测对象的纵向弛豫时间（T1）、扩散系数以及CPMG（carr-purcell-meiboom-gill）回波数据进行分析，在油脂检测中应用广泛，2009年Rudi等利用时域NMR技术对样品进行复合弛豫分析，在同一时间测定纵向和横向弛豫时间T1和T2，使得生产过程中的油水含量可同时测定；2010年Miquel等利用NMR研究榛子油在巧克力中的移动情况，并获得其扩散系数；2011年Martina[等建立了NMR弛豫时间与深度煎炸油的极性组分总量建立关系，发现NMR弛豫时间能较好的反应极性组分含量，利用脉冲式NMR方法测定油脂中超临界流体色谱（SFC）含量，以鉴别食用植物油掺伪餐饮业废油脂；2011年周凝[等应用LF-NMR的T2弛豫反演图谱研究米糠毛油掺伪食用油，发现米糠毛油在T2弛豫图谱10ms左右出现特征峰，该峰面积比随着毛油掺伪量增加而线性递增。低场核磁共振技术是一种非常有潜力的油脂快速检测新技术，可为后期煎炸油的快速检测技术提供基础研究基础。
【参考文献】
[1]阮荣生.核磁共振技术在食品和生物体系中的应用[M].北京：中轻工业出版社，2009：1～36.
[2]徐志斌，陈青.水分条件对海参质构特性及微观结构的影响研究[J].食品科学.2010（07）.
[3]王肇慈，周瑞芳.粮油食品分析[M].北京：中国轻工业出版社.1984.4～7.
[4]谭国福，吴德刚，等.海参的加工及产品质量[J].食品与药品，2007，9（10）：69～71.
[5]徐艳阳，孙金才.国内外果蔬分阶段联合干燥技术研究的进展[J].干燥技术与设备，2003（1）：9～11.
核磁共振技术的基本原理范文3
关键词：核磁共振；膝关节；西门子1.5T
【中图分类号】R445.2【文献标识码】A【文章编号】1674-7526（2012）08-0391-02
作者简介：许哲春（1983.8-），男，安徽淮南人，2007年毕业于皖南医学院医学影像系，学士学位，现供职于安徽理工大学附属东方医院集团总院磁共振室，研究方向：磁共振在关节及神经系统中的的应用。陈国智，初级职称。1核磁共振仪
1.1核磁共振仪成像原理：核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。在医学上又常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理后而成像的。
1.2核磁共振仪的优缺点：与普通X射线和计算机层析成像（computerized tomography？， CT）相比，核磁共振成像是一种对人体没有任何伤害，且快速、准确的临床诊断方法。对其优点具体说来有以下几点[2]：
（1）在分辨软组织方面有极大的优势。对膀胱、子宫、直肠、骨、关节等部位的检查优于CT；
（2）各种参数都可以用来成像，多个成像参数能提供丰富的诊断信息，这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效；
（3）副作用极小，对人体没有电离辐射损伤；
1.3西门子1.5T：西门子1.5T核磁共振仪是一款高场强（1.5T）超高档磁共振仪，它对颅脑、脊柱、肝脏、乳腺、盆腔以及四肢关节病变敏感，对胰、胆管、血管病变的显示也十分清晰，有利于早期发现人体内异常或病变；而且功能齐全，具有MRCP（磁共振管造影）、MRA（磁共振血管造影）以及磁共振功能成像、频谱分析等，诊断价值高，无创伤、痛苦，是理想的诊断方法。 现在已经得到了多家医院已经得到了临床应用。在硬件技术方面占有绝对优势的西门子1.5T磁共振仪有着最具先进的成像系统，该设备强大、全面的软件处理技术，其扫描速度、高信噪比和高分辨率有了质的提高，可以实现颅脑解剖结构、脑功能、颅内血管等的高质量成像，还能够完成心脏、血管、肝脏、胰腺、骨关节及软组织等诸多脏器成像。基于前面多提到的共振仪的特点，西门子1.5T MRI有着更多的优点，如颅底不存在骨伪影，可直接显示心肌和心腔各房室的情况等。如图1所示为西门子1.5T。
图1西门子1.5T2核磁共振在膝关节损伤诊断的应用
本节将结合德国西门子1.5T磁共振仪在医学上的应用做个简单了解，然后在膝关节损伤诊断的应用方面做出的具体分析。
在现今医学上，有着先进技术的1.5T核磁共振仪主要用于中枢神经系统疾病的检查，如：脑血管病变；感染与炎症；颅脑肿瘤；脑白质病变；脑外伤性病变[3]；脑其他病变；脊髓椎管病变。骨、关节肌肉系统疾患，循环系统（心脏大血管）疾患，消化系统（肝胆胰脾）及胆道系统疾患，感官系统疾患。
1.5T磁共振仪在膝关节检查可视为无创检查，可有效显示膝关节组织及病理变化，可准确判断病变程度。以下是该类共振仪在对膝关节韧带、半月板及关节腔积液等部位诊断做出的分析。
首先，膝关节韧带损伤MRI诊断：膝关节韧带主要包括前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带、外侧副韧带、髌韧带等，多为弹性纤维组织，未受损伤时在MRI序列上表现为低信号。交叉韧带损伤根据损伤程度，可分为韧带部分撕裂及完全撕裂。部分撕裂表现为韧带内信号增高。完全撕裂表现为见断端间隙充满高信号，伴随韧带断裂、肿胀，走向改变及扭曲，外形异常增粗。基于上述分析，MRI可明确韧带损伤部位、形态，并可对损伤的韧带进行分级，给手术治疗提供可靠、直观的依据。如图2（a）和图2（b）分别是髌韧带损伤和髌韧带断裂的MRI图像。
其次是半月板及关节腔积液MRI诊断：半月板损伤MRI常表现为低信号的半月板区见线状或不规则高信号灶。进一步将半月板损伤分型为5度，半月板内有球状或不规则高信号，未及关节面为Ⅰ度；半月板出现水平或线性高信号，达半月板关节囊缘为Ⅱ度；半月板内高信号达关节面缘为Ⅲ度。关节腔积液MRI常表现为T1WI低信号，T2WI高信号，部分病例可见液体分层现象。如图3（a）、图3（b）、图3（c）所示分别是半月板水平撕裂，斜行撕裂和桶柄状撕裂的MRI图像。
3总结
综上所述，西门子1.5T核磁共振仪具有先进的技术，在膝关节损伤诊断及其他医学检查方面都可视为无创检查，显示着无可比拟的优势。尤其在膝关节损伤诊断方面，其可有效显示膝关节组织及病理变化，可准确判断病变程度，可广泛应用与膝关节半月板、韧带及关节腔积液等X线片、CT不易观察的骨挫伤、骨髓水肿等。诊断结果与手术符合率高，值得临床推广应用。
参考文献
核磁共振技术的基本原理范文4
时尚的针织帽、红色的中式坎肩，36岁的唐淳着满身“龙”字迎接着自己的本命年。这一身“潮男”装扮走在街上，任谁也想象不到，他是一位埋首生物学研究的科学家，而且是青年科学家中的佼佼者。2011年3月，他获得国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助，成为中国内地第三位获此殊荣者；2012年1月，他又荣获“霍华德?休斯首届国际青年科学家奖”。
“像在看她们跳舞”
生在苏州，学在杭州，唐淳从小生活在风景如画的人间天堂。不过，唐淳认为，让他受益最深的是当地崇文重教的文化传统。在这种氛围熏陶下，唐淳从小对学习和研究抱有浓厚的兴趣。1994年进入浙江大学时，唐淳学的是生物，但他对化学也非常感兴趣。1998年本科毕业后，他到美国马里兰大学攻读博士学位，选的就是生物化学专业。
提起“生化”，人们可能会想到“生化武器”，但唐淳的研究方向，其实是与治疗疾病相关的。博士在读期间，他重要的研究对象，就是人们“谈虎色变”的艾滋病毒（HIV）。如何去解析艾滋病蛋白质的溶液结构，探索艾滋病毒的生长成熟机制？此时，唐淳开始掌握一门重要的武器——核磁共振技术。“和一般研究方法不同的是，我们用核磁共振技术可以分析蛋白质在溶液里的动态结构，而不是静态结构。生命本身就是运动的，在溶液状态，我们能更接近蛋白质自然的生命状态。”唐淳说。
唐淳打开电脑，演示了几个蛋白质的跃动状态。而发现蛋白质的分子结构，定位其中各个原子的存在方位，判定运动轨迹，唐淳说：“像在看她们跳舞”。
正是通过溶液核磁共振技术，唐淳发现艾滋病毒为什么在不成熟状态下是球形，而成熟状态下是锥形，艾滋病毒从不成熟发展到成熟状态，与一种衣壳蛋白的结构变化密切相关。“顺藤摸瓜”似的，唐淳发现了一种能够抑制艾滋病毒成熟的小分子化合物，并在美国申请专利。利用这种小分子化合物，制药企业有望研发出治疗艾滋病的新药。
热衷于新方法研究
尽管在艾滋病毒研究方面取得了进展，但唐淳觉得：“我的兴趣在新方法研究，做一个制造工具的人”。2003至2007年在美国国立医学中心糖尿病、消化及肾脏疾病国家研究院从事博士后研究时，唐淳就将自己的研究重心转向了核磁共振新方法。他建立和发展了多种核磁共振新方法，特别是独辟蹊径，发展了用于研究蛋白质溶液动力学的新方法。“在核磁共振中一旦有顺磁物质，会导致研究对象的波谱信号变弱，所以一般的研究中要尽量避免顺磁的干扰。我却在蛋白质的特定点位上特意加入顺磁探针，根据波谱信号变弱的程度来计算大分子各个部位与探针之间的位置变化，从而了解蛋白质的结构的动态变化。”唐淳说。
利用这一新方法，他得到了一系列重要发现，包括发现了艾滋病毒蛋白酶前体激活的物理机制等等。2006年、2007年、2008年，他的研究结果连续发表于Nature等重要学术杂志上。
2008年，唐淳从60多位来自世界各地的核磁共振专家中脱颖而出，应聘成为美国密苏里大学生物化学系终身制（Tenure-Track）助理教授，开始了独立研究之旅。此后，唐淳进一步发展了顺磁弛豫增强（PRE）技术，提出了差比顺磁核磁（DISPRE）技术，这一新方法利用两种不同的顺磁探针提供的PRE观察量的比例关系，来同时得到生物大分子动力学变化的空间和时间尺度。目前，他所发展的顺磁核磁共振方法已经被学术界广泛采用，成为国内外相关核磁共振学习班的必修内容之一。
那才是创新的源头
在美国学习、研究10余年，获得了终身制的教职，买了房，定了居，唐淳实现了所谓的“美国梦”。但一次机缘让他改变了自己的“运动轨迹”，把他“牵”回了祖国。2009年底，唐淳通过中国科学院“引进海外杰出学者（百人计划）”全职应聘至中科院武汉物理与数学研究所工作。“房子低价卖了，现在我连美国绿卡都打算放弃。”唐淳笑着说。
“武汉有波谱与原子分子物理国家重点实验室，有国内最好的核磁共振设备。另外，在物数所，我随时可以同物理学家讨论，做原创性的方法研究。”唐淳说。由于唐淳的研究领域在国内国际都属于前沿学科，回到中国，唐淳的研究更没有任何条条框框，整个科研团队，都是由唐淳一手建立。“我喜欢自由探索，我认为，那才是创新的源头。”
2011年3月，唐淳获得了国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助，成为中国内地第三位获此殊荣者。
之后，唐淳又申请了霍华德?休斯医学研究所（HHMI）国际青年科学家，竞争十分激烈。760名申请者，只有55人有资格参加答辩，全球只有28人最终入选，中国只有7人入选。入选者可以得到“国际青年科学家”的称号和资助，自由做自己感兴趣的课题，知识产权归原单位和国家。唐淳获得了65万美元的研究资助。
“虽然申请这个基金也要报项目，但他们对项目研究本身没有非常硬性的要求，主要看研究者的‘潜力’，决定是否给予资助，最后看研究者的发展情况，决定是否继续资助。”唐淳说。这和喜欢“自由探索”的唐淳非常对脾气。
“参加答辩时，评委有3个是诺贝尔奖得主，一点都不能马虎。”唐淳说。他点开自己和一位科学家的合影，“瞧！这是其中之一，2003年诺贝尔化学奖得主Roderick Mackinnon（罗德里克?麦金农），今年才55岁，是我的偶像。成为HHMI研究员后，我会有很多机会和这些大科学家学习交流！”唐淳充满期待地说。
在科学海洋里自由遨游的唐淳，正向着自己的“偶像”迈进。（来源：科学网 照片由唐淳本人提供）
档案
核磁共振技术的基本原理范文5
近几年需要安检的地方越来越多，安检技术也越来越重要，它对危险品的勘测是预测爆炸恐怖事件的重要环节。安全检测技术中离不开物理学原理，介绍了常用在安全检测中的物理学原理如X射线原理、太赫兹光谱原理、γ射线原理等，最后介绍了还未成熟但是未来发展趋势的人体生物识别方法。
【关键词】
安全检测；危险品；物理学
安检技术现已成为科学界的研究热点之一，在多领域的科学家的努力下，研究出了很多检测方法，为世界和平做出了很大的贡献。其中运用了物理学原理的技术应用最广，性价比也最高，下文中将介绍一些常用原理。
1X射线原理
X射线是由德国物理学家伦琴发现的，波长为0.01～10nm较短，但能量却很大，也常用于现在的医学成像检测。它的原理是利用射线穿过物质时发生的产生光电子及光子散射等物理反应，这时会导致很多入射光子被物质吸收。假设一束初始强度为I0的X射线（或γ射线）穿过厚度为d的均匀物质后，其强度减弱为I=I0e-μd。式中μ是物质的吸收系数，它是物质本身的性质，只在物质的成份、结构及密度等因素变化时随之变化。比如说一位旅客将其行李包放在安全检测台上，用X射线对这个行李包进行照射，根据上式测得衰减后的X射线强度和其他物理量，就会得到包里各物质的吸收系数、密度等信息，经计算机特定算法处理，可以让行李包的内部情况的图形反映出来，并将所测得的数据与在此之前预存的危险品有关数据进行比较，就可判断包中是否含有违禁物品。以上是X射线的透视原理，X射线的反散射探测即康普顿散射效应也可以用于安检技术。康普顿散射效应指的是低剂量X射线照射在物质上时会碰撞出电子，当照射在低原子数的物质（如人体组织）时反弹回的电子较多，使用在显示器上会显示为亮点；而金属之类（如枪支、刀具等）的物质原子数高，所以照射上以后碰撞出的电子少，会在监视器上显示为暗区。
2太赫兹光谱原理
太赫兹(Terahertz)是指频率在0.1至10THz范围内的电磁波，它的波长是0.03至3mm，在电磁波谱上的位置在毫米波与红外线之间，太赫兹波检测的原理因为是通过电磁波照射在物质上发生比如透射、反射、发射等等的物理反应，发射波或折射波可以反映出关于物质的大量信息。而且像爆炸性物质和这类物质基本上都是有机大分子，他们的振动和转动能级谱都处于太赫兹波段，所以极易用太赫兹波检查出来。太赫兹的特性也十分突出，其指纹谱性使之能检测出物质结构的微小变化和差异，可以检测出物质的特征指纹谱确定物质的结构及种类，非电离性意味着不会使生物分子产生电离，所以应用于人体检测也比较安全。其最大的优点就是强穿透性，它可以穿透甚至是像墙壁这种隐蔽性材料，所以可以对非金属、非极性材料覆盖的隐蔽物质进行非接触式检测，将在军事反恐方面发挥巨大的作用。
3γ射线原理
利用γ射线的基本原理与X射线原理类似，而且由于γ射线的穿透力更强，生成的图像也更清晰，所以常用于检测大型货物，如安装在港口等地扫描货车等。γ射线成像探测器的优点很多，不仅穿透力强，成像效果好，而且体积小、效率高。
4核磁共振原理
核磁共振在医学扫描仪中更为常用，当磁矩不为零的原子核处于外加磁场中时，核磁矩会进动使其轴线描绘出一个圆锥面，进动时的旋转频率ωL与外加磁场强度B0有关，即ωL=γB0。式中γ为磁旋比，不同的核有不同的γ值。当核磁矩进动的旋转频率与投射在物质上的射频电磁波的频率一致时，核磁矩会吸收无线电波的能量而跃迁到激发状态，也就是发生了核磁共振，而被测物质的有关信息就可以通过核磁共振中有关核磁矩参数的分析得到。核磁共振原理应用到安检技术中称为四极共振分析技术，不过这种技术的效率没有X射线的高，所以没有X射线检测技术在安全检测使用方面那么普及。
5人体生物识别方法
每个人都是独一无二的，所以每个人的特征也可以进行识别，比如人们说话声音的频率各不相同、指纹与掌纹不同、还有眼睛中虹膜的不同也可以进行识别。若要对长相进行扫描，可以用监视器拍下目标的面部照片，然后测量面部一些曲线的角度，再数字化关键信息与目标的数据比较。现在影视剧中常出现的视网膜或虹膜安检技术也已成为现实，其中虹膜辨别更加可靠。虹膜是眼睛瞳孔的那一道彩色圆圈，人在出生一年半以后虹膜就会终生保持不变，结构十分复杂，其中的变量多而且千变万化，即使是双胞胎的虹膜也是不同的。但是人体生物识别技术还尚未成熟，因为它的稳定性一直得不到技术的保证。比如说人类的声音频率会因为生病等特殊情况发生变化，或故意作假；辨别指纹、掌纹时手要保持洁净干燥；若用红外相机扫描人的面部也要注意是否会因为体温变化使面部热辐射改变等等。
6结语
检测技术并非一成不变的，为了适应能够辨别日新月异的恐怖袭击手段，安检方法常常组合使用来加强检测效果。还有很多准确性与效率极高的技术尚未走出实验室进行实际应用，物理技术未来的发展也一定程度上决定了安检技术的未来。技术的革新也意味着更加和平的未来，希望物理学在安检技术中能贡献更多的力量。
参考文献：
[1]卢树华.基于太赫兹光谱技术的爆炸物类危险品检测[J].激光与光电子学进展,2012(04).
核磁共振技术的基本原理范文6
心力衰竭(heart failure,HF)是多种心血管疾病的终末期表现,左室重构(Ventricular remodeling,VR)是从多种心脏疾病发展为心衰的重要病理生理过程,贯穿其始末。因此,对于左室重构发生过程的研究已成为近年来心血管疾病病理生理研究的一个热点。近年来,医学影像技术在心肌重构的检测方面有了很大的进展,本文就近年来关于左室重构的检测在医学新技术做以综述。
1 斑点追踪技术
斑点追踪显像技术是基于医学超声成像模式，通过对组织内部的大量散射粒子形成的斑点进行跟踪，从而实现对人体组织运动的跟踪。在获取高帧频二维灰阶超声图像的基础上，通过寻找序列图像中最优近似的散斑模式，跟踪每一帧图像的心肌回声斑点位置、运动轨迹及空间运动，以此显示心肌运动速度、位移、应变和应变率、旋转角度等参数［1,2］。斑点追踪显像技术具有组织多普勒时间分辨率较高的优点,由于它本身是非多普勒原理衍生而来的技术,所以它不同于多普勒技术，不受角度和心脏摆动的影响,既可以实现横向(垂直于超声束方向)的跟踪，也可以实现纵向（即沿超声束方向）跟踪，反映心脏纵向方向的变形运动 ［3］，反映环形方向及径向的变形运动。它排除了周围组织牵拉和心脏整体移动对心肌运动速度的影响,反映局部心肌的变形速率,准确评价心肌局部组织的舒张和收缩功能，而无角度依赖性，从机械做功角度来看，它真实的反映了心肌局部功能。国内外学者对经组织多普勒与斑点追踪显像技术的应变与应变率成像两者间进行了相关性研究，用两种方法测得同一受试者的应变值不同，但两者相关性良好。Modestokm等研究结果显示,斑点追踪显像的测值与组织多普勒测值之间高度一致(应变r=0.94;应变率r=0.96) ［4］;另有研究显示斑点追踪显像研究结果与相关报道的核磁共振技术结果一致［5,6］。而核磁共振方法是是评价收缩期心肌形变的金标准。在临床上,斑点追踪显像技术对心肌形变能力的分析也是可行的,可作为心脏的常规检查［7］。
所以,从理论讲二维斑点追踪显像技术可以评价心室重构。Park 等［8］研究了左室的纵向应变能否能预测左室的重构。他研究了50例急性前壁心肌梗死患者，用组织多普勒显像技术及斑点追踪显像技术测得冠脉再灌注治疗后前降支供应的左室各节段的峰值收缩速度及纵向应变。左室的重构被定义为随访超声左室舒张末期容量的增加≥15%。结果显示，组织多普勒显像技术（P=0.005）与斑点追踪显像技术（P=0.001）测得的纵向应变能预测左室的重构。结论是急性前壁心及梗死再灌注治疗后，即刻的左室纵向应变能很好地预测左室的重构。Edvardsen等［9］ 研究结果也证实了这一点。
随着应用斑点追踪显像技术的动物及临床研究日益增多,其可提供心脏空间运动的多维信息,无创、迅速、定量地评价局部及整体心功能,能够准确测量心室肌在心动周期中的扭转特征,帮助识别早期心功能变化,有望为临床冠心病的诊断与治疗提供更加客观准确的信息。
2 电影磁共振成像(Cine-MRI)技术
核磁共振技术是软组织对比分辨率最高的影像学方法,特别是心脏核磁共振技术心肌灌注延迟显像的应用使得体外检测坏死心肌能够达到近乎“组织学”般准确［10］。核磁共振技术已被认为是测量心功能的最佳方法,它可全面显示左左室测量各处心室心肌收缩、舒张期内径,定量评价其病变程度,它直接测量体素数目，并可显示早期缺血心肌网格运动减弱的程度以及与正常心肌运动不同步的情况［11］。无需行左室形状的几何学假设,无放大率等问题。这些功能指标对判断左室功能、估计预后有着重要的意义,是目前诊断左室重构的主要诊断指标之一。
电影磁共振成像技术与自旋回波门控技术相比较,90°脉冲后无180°脉冲,代之为磁场回波,因其产生快,勿须等待R波触发,而为连续扫描,故提高了时间分辨率。电影磁共振成像技术的时间分辨率一般为29～36ms,最多可采集心动周期的32个时相。电影磁共振成像技术与一般门控图像不同,由于其使用很短的TR(一般为30～100ms)、磁场回波和血流补偿,故大血管腔及心腔内流动的血流为高信号,相对静止的动脉壁、心壁为低信号。加之与心脏周围的肺野组织对比,心脏各腔室的内外边界清晰。因此电影磁共振成像技术具有良好的空间分辨力和时间分辨力,为观察室壁心肌运动及测量室壁心肌厚度、长度和左室腔容积提供了可靠的依据，为检测左室重构提供了较为准确的数据。Pflugfelder等［12］利用室壁增厚率将心肌节段的运动分为运动正常、运动减弱、运动消失和矛盾运动四种形式,运动减弱、运动消失和矛盾运动为异常运动,该项检查与血管造影和心电图结果有良好的相关性。另有学者Sechtem等［13］注意到仅以室壁增厚率小于18%为判定运动异常的标准是不够全面的,应加注室壁增厚幅度小于2mm,其研究结果证实当有舒张期室壁心肌变薄时,尽管收缩期增厚率大于18%,仍考虑存在异常运动。有研究表明［14］电影磁共振成像技术测定的左室缩末容积、舒末容积及左室射血分数与左室造影和超声心动图检查所得结果相关性良好,能真实反映左心室收缩功能受损情况。
3 超声背向散射积分技术
