新冠疫情下,医生和科学家们运用各种诊断仪器帮助对抗疫情。尽管胸部CT被广泛用于新冠感染的成像,但核磁共振成像MRI有自身优势,也可以用作替代诊断工具。
其实,核磁共振成像不仅仅用于人们所熟知的医学检查,它还可以应用于石油勘探,食品鉴定,可疑化学品化验等各个领域。
价格高昂的超导磁体
很多人都熟悉磁铁和其应用,例如发电机里的磁铁组件和背包上用的磁铁按扣,但对于强磁场在医疗上的应用却了解不多,例如核磁共振成像。
核磁共振成像是医疗上常用的一个诊断技术,它利用的是原子核与强磁场的相互作用以产生可观测的电子信号。医疗诊断中最常观测的是氢原子核与磁场的相互作用。人体内80%的物质是水,而每个水分子又含有两个氢原子,所以,核磁共振成像一般都是通过测量各个观测部位水分子的信号强弱,进而提供解刨学和病理学信息。
去年10月份,在韩国一家医院接受核磁共振成像(MRI)检查的患者,被突然飞入检查仪器的金属氧气瓶夹住而不幸死亡。
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西悉尼大学科学学院物理化学高级讲师Gang Zheng郑刚博士表示,核磁共振仪器所用到的磁场和普通电磁场一样,只不过是强度更大。
他说:“用磁场通用的单位特斯拉来计算的话,小孩玩的那种小磁铁的磁场强度一般都是0.01到0.5特斯拉。我们实验室用的那些核磁共振仪器的磁场强度一般要到10到12个特斯拉。医院用的核磁共振成像仪的磁场强度大概在2到3个特斯拉。”
“我们在让参观者进入核磁共振实验室之前,每次都要提醒(参观者)实验室中会有很强的磁场,如果身上有金属物等会被磁场吸引的物件,你们(参观者)都应该把它拿出来。接近这个磁场的话,你如果身上带了信用卡,最好也都拿出来。那个强磁场可能会把你的信用卡上的磁都消掉,那就不好办了。”
“还有一条最重要的就是,例如是装有心脏起搏器的人的话,是不可以进入我们实验室的,因为这个磁场会影响到心脏起搏器的运转状况。”
核磁共振仪器价格很昂贵。郑刚博士解释了原因。
他说:“不管是实验室用到的核磁共振仪,或者是医院里的核磁共振成像仪,用到的磁体都是超导磁体,要用到超导的材料,它的价格很高。”
“因为大量的做固体材料研究的研究人员花费了大量的时间和精力来研究更好的超导磁体。假如这个温度能够稍微上升一两度,它还能超导的话,这就是很大的一个进步。也就是说你做了一个超导线圈之后,要把它浸没在液态氦里,把温度降到将近零下273度,也就是逼近绝对零度的状态,以保持这个线圈的超导状态。”
“液态的氦气会挥发,然后你要再把这个液态的氦气浸没在液态的氮气里,保证氦气保持液体的状态。所以,你需要一整个密闭的系统来保证超导的线圈维持超导的状态。”
“液态氮气每一个星期就要填充一次,液态氦气大概一两个月就要填充一次。因为这些核磁共振的机器都很庞大。”
“它的信号处理的那一块,就相当于是电脑主机,也比较昂贵。”
“我觉得这(成本)是一个比较限制它的更加广泛用途的一个瓶颈。”
郑博士认为,研发并运用较弱的永久性磁体或地球磁场核磁共振成像技术,可以大幅降低成本,造福更多人。
他说:“我们就有一台地球磁场核磁共振成像仪,我们试过,把一个黄瓜或把一个什么水果放进去,就可以做它的成像,做黄瓜成像的时候,还可以清晰地看到里面的黄瓜籽。能够应用到医疗方面的话,我想这对发展中国家和比较贫穷国家是一个非常大的福音,他们就可以用得起了。”
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核磁共振没有任何核辐射
有人对核磁共振存有误解,认为核磁共振有核辐射。郑刚博士表示,核磁共振和放射性没有任何关系。
他说:“核磁共振虽然有一个‘核’(字)在那里,但是跟放射性没有任何关系。因为我们所观测的是原子核和一个强磁场之间的相互作用,这其中没有任何的高能量辐射或者电磁波,只是低能量的、和我们平常收听收音机的电波能量级相当的电磁波传输,所以没有任何核辐射。”
核磁共振的应用广泛
郑刚博士表示,他和研究团队所进行的核磁共振研究应用广泛,例如,探测大脑中各种神经元之间的连接,通过成像技术更好地结合医疗诊断和治疗。
目前,核磁共振最热门的应用是肿瘤的早期诊断,分级和医疗计划。同时,它还被用于石油勘探、食品鉴定、可疑化学品化验等各个领域。
郑博士说,核磁共振应用广泛的主要原因有两个,几乎元素周期表上的所有元素都可以被核磁共振检测到,另外,有磁场存在的地方(例如地球上)就有核磁共振。
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