永磁低场核磁共振分析仪原理和应用
1 、概述
核磁共振(Nuclear MagneticResonance,简称NMR)是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象,目前已经广泛应用于多个学科领域的研究,在化学、食品、石油等工业领域、生物医学、以及材料科学等领域都有广泛的应用,已成为这些领域研究工作的不可或缺的分析与测量手段。
NMR 应用技术大的方向可以分为:核磁共振波谱(NMRS)技术和磁共振成像(MRI)技术。前者是基于化学位移理论发展起来的,主要用于测定物质的化学成分和分子结构。而MRI技术则可以用于获取多种物质的内部结构图像,应用领域相对广泛,如分析化学、食品科学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。MRI系统按照磁场强度的高低不同可分为低场系统(磁场强度<0.5T)、中场系统(磁场强度0.5T-1.0T)和高场系统(磁场强度>0.5T)三大类。
国外核磁共振技术以及应用发展时间较长,50余年来已有6人分4次先后因直接在核磁共振技术领域做出贡献而获得诺贝尔奖。我国核磁共振技术虽然于上世纪60年代起步,但主要局限于国内少数几所大学和科研院所中的化学研究方面的核磁共振波谱技术。大规模的核磁共振技术发展起步于20世纪90年代,目前约有10余家公司已推出商业产品,还有为数不少的单位正进行产品研发,但由于我国稀土永磁产量世界第一,使得从MRI产业创业开始,国内就以使用永磁的 MRI 为发展重点。永磁体只适用于低场强磁共振成像机,场强可达0.15T到 0.4T,目前已有0.5T的磁体样机研制成功。随着永磁体材料钕铁硼(NdFeB)制造技术的成熟,现在普通空调足以满足低场永磁型MRI 恒温恒湿的技术要求,这使得制造成本较低、接收线圈灵敏度高以及高度开放性的永磁型磁体成为最经济的 MRI 磁体,而其成像质量足以满足临床需要,因而中小型医院使用运行和维护费用低廉的永磁低场MRI 比使用超导 MRI 更适合我国国情。
随着医用磁共振市场和临床应用的繁荣发展,对于磁共振领域的从业人员需求和素质提出了更多更高的要求。基于此,国内也有相关公司开发并生产负责核磁共振技术的教学成像实验设备,这类设备的价格只有相同场强医用成像仪价格的1/30。同时,为了适合国内分析检测领域的行业需求和科研需要,不受到国外进口的核磁共振分析仪器的高昂价格限制,也有公司在永磁低场成像仪的基础上通过整合提升硬件系统的性能,开发相关软件,生产了核磁共振成像分析仪。本文以我校协作单位-上海纽迈科技有限公司生产的NMI-20 Analyst台式核磁共振成像分析仪(如图1)作为这类设备的主要代表,阐述低场核磁共振成像分析仪的主要应用领域以及优势。由于该系列仪器硬件和软件系统都具有较高的开放性,已分别在影像教学和培训、食品研究、石油勘探、新能源开发等领域中得到广泛应用,如在含油含水率分析、食品脂肪含量分析、核磁共振岩心分析、纤维上油率分析等方面得到实际成功应用。
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