核磁共振成像的案例
核磁共振檢查過程中的溫度監控的光纖溫度傳感器
核磁共振成像（簡稱NMRI），又稱自旋成像，也稱磁共振成像（簡稱MRI），臺灣又稱磁振造影，香港又稱磁力共振成像，是利用核磁共振（簡稱NMR）原理，依據所釋放的能量在物質內部不同結構環境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發射出的電磁波，即可得知構成這一物體原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。
將這種技術用于人體內部結構的成像，就產生出一種革命性的醫學診斷工具。快速變化的梯度磁場的應用，大大加快了核磁共振成像的速度，使該技術在臨床診斷、科學研究的應用成為現實，極大地推動了醫學、神經生理學和認知神經科學的迅速發展。
磁共振成像是一種較新的醫學成像技術，國際上從一九八二年才正式用于臨床。它采用靜磁場和射頻磁場使人體組織成像，在成像過程中，既不用電子離輻射、也不用造影劑就可獲得高對比度的清晰圖像。它能夠從人體分子內部反映出人體器官失常和早期病變。它在很多地方優于X線CT。雖然X-CT解決了人體影像重疊問題，但由于提供的圖像仍是組織對X射線吸收的空間分布圖像，不能夠提供人體器官的生理狀態信息。當病變組織與周圍正常組織的吸收系數相同時，就無法提供有價值的信息。只有當病變發展到改變了器官形態、位置和自身增大到給人以異常感覺時才能被發現。磁共振成像裝置除了具備X線CT的解剖類型特點即獲得無重疊的質子密度體層圖像之外，還可借助核磁共振原理精確地測出原子核弛豫時間T1和T2，能將人體組織中有關化學結構的信息反映出來。這些信息通過計算機重建的圖像是成分圖像（化學結構像），它有能力將同樣密度的不同組織和同一組織的不同化學結構通過影像顯示表征出來。這就便于區分腦中的灰質與白質，對組織壞死、惡性疾患和退化性疾病的早期診斷效果有極大的優越性，其軟組織的對比度也更為精確。
原子核自旋，有角動量。由于核帶電荷，它們的自旋就產生磁矩。
展開 核磁共振設備工作過程人體溫度監控中應用的光纖溫度傳感器
核磁共振成像（簡稱NMRI），又稱自旋成像，也稱磁共振成像（簡稱MRI），臺灣又稱磁振造影，香港又稱磁力共振成像，是利用核磁共振（簡稱NMR）原理，依據所釋放的能量在物質內部不同結構環境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發射出的電磁波，即可得知構成這一物體原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。
磁共振成像是一種較新的醫學成像技術，國際上從一九八二年才正式用于臨床。它采用靜磁場和射頻磁場使人體組織成像，在成像過程中，既不用電子離輻射、也不用造影劑就可獲得高對比度的清晰圖像。它能夠從人體分子內部反映出人體器官失常和早期病變。它在很多地方優于X線CT。雖然X-CT解決了人體影像重疊問題，但由于提供的圖像仍是組織對X射線吸收的空間分布圖像，不能夠提供人體器官的生理狀態信息。當病變組織與周圍正常組織的吸收系數相同時，就無法提供有價值的信息。只有當病變發展到改變了器官形態、位置和自身增大到給人以異常感覺時才能被發現。磁共振成像裝置除了具備X線CT的解剖類型特點即獲得無重疊的質子密度體層圖像之外，還可借助核磁共振原理精確地測出原子核弛豫時間T1和T2，能將人體組織中有關化學結構的信息反映出來。這些信息通過計算機重建的圖像是成分圖像（化學結構像），它有能力將同樣密度的不同組織和同一組織的不同化學結構通過影像顯示表征出來。這就便于區分腦中的灰質與白質，對組織壞死、惡性疾患和退化性疾病的早期診斷效果有極大的優越性，其軟組織的對比度也更為精確。
原子核自旋，有角動量。由于核帶電荷，它們的自旋就產生磁矩。當原子核置于靜磁場中，本來是隨機取向的雙極磁體受磁場力的作用，與磁場作同一取向。以質子即氫的主要同位素為例，它只能有兩種基本狀態：取向“平行”和“反向平行”，他們分別對應于低能和高能狀態。精確分析證明，自旋并不完全與磁場趨向一致，而是傾斜一個角度θ。
展開 通過仿真優化核磁共振成像設備中的磁場分布
磁共振成像(MRI)系統必須產生高分辨率的圖像，使醫生能夠準確地為病人診斷。為了獲得這種高水平的圖像質量，在磁共振成像儀和它的組件(如鳥籠線圈)內必須有一個已知的穩定的基礎磁場分布。這就是仿真發揮作用的地方。通過用 COMSOL Multiphysics? 軟件設計核磁共振鳥籠線圈，我們就可以控制和優化磁場，改善磁共振儀產生的掃描數據。
磁共振系統簡介
磁共振成像是一種非侵入性的技術，可以生成身體內部結構的詳細圖像。這種圖像被廣泛用于醫學和生物醫學領域，幫助醫生檢測、診斷和監測疾病和其他健康問題。
一臺 MRI 機器（頂部）和一個 MRI 生成的頭部圖像（底部）。頂部圖片由liz west制作 – 自己的作品。根據 CC BY 2.0授權，通過Flickr Creative Commons共享。底部圖片：Mikael Voss – 自己的作品。根據 CC BY-SA 4.0授權，通過 Wikimedia Commons共享。
簡單來說，磁共振儀的圖像工作原理是讓病人在一個狹小的密閉空間內接受一個強磁場，這個磁場會改變他們體內質子的排列。磁共振儀還會產生一種電流，影響質子的旋轉。RF 場被關閉后，質子回到平衡狀態，釋放出能量。一個接收線圈，如鳥籠線圈，會檢測到這一變化，隨后被轉化為圖像。
核磁共振儀產生的圖像能讓醫生看到人體內部的情況，使他們能夠準確地為病人診斷。然而，如果鳥籠線圈內的磁場分布由于其設計而發生波動，圖像質量就會很差，這對醫生診斷病人的能力產生負面影響。為了幫助醫生避免這個問題，工程師可以通過仿真來優化 MRI 鳥籠線圈的設計。
展開 通過仿真優化核磁共振成像設備中的磁場分布
磁共振成像(MRI)系統必須產生高分辨率的圖像，使醫生能夠準確地為病人診斷。為了獲得這種高水平的圖像質量，在磁共振成像儀和它的組件(如鳥籠線圈)內必須有一個已知的穩定的基礎磁場分布。這就是仿真發揮作用的地方。通過用 COMSOL Multiphysics? 軟件設計核磁共振鳥籠線圈，我們就可以控制和優化磁場，改善磁共振儀產生的掃描數據。
磁共振系統簡介
磁共振成像是一種非侵入性的技術，可以生成身體內部結構的詳細圖像。這種圖像被廣泛用于醫學和生物醫學領域，幫助醫生檢測、診斷和監測疾病和其他健康問題。
一臺 MRI 機器（頂部）和一個 MRI 生成的頭部圖像（底部）。頂部圖片由liz west制作 – 自己的作品。根據 CC BY 2.0授權，通過Flickr Creative Commons共享。底部圖片：Mikael Voss – 自己的作品。根據 CC BY-SA 4.0授權，通過 Wikimedia Commons共享。
簡單來說，磁共振儀的圖像工作原理是讓病人在一個狹小的密閉空間內接受一個強磁場，這個磁場會改變他們體內質子的排列。磁共振儀還會產生一種電流，影響質子的旋轉。RF 場被關閉后，質子回到平衡狀態，釋放出能量。一個接收線圈，如鳥籠線圈，會檢測到這一變化，隨后被轉化為圖像。
核磁共振儀產生的圖像能讓醫生看到人體內部的情況，使他們能夠準確地為病人診斷。然而，如果鳥籠線圈內的磁場分布由于其設計而發生波動，圖像質量就會很差，這對醫生診斷病人的能力產生負面影響。為了幫助醫生避免這個問題，工程師可以通過仿真來優化 MRI 鳥籠線圈的設計。
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案例分析：密蘇里大學-Adams 仿真幫助診斷膝蓋病
通過核磁共振成像（MRI）技術捕捉骨骼、軟骨、半月板及韌帶的圖像。利用測力板來測量地面接觸力、利用 EMG（肌電圖）來測量肌肉活動。
然后用采集到的數據來創建每個受試者的各個內部肌骨胳系統的 Adams模型。每個模型由 21 個剛體節段、 53 個旋轉關節以及 43 塊腿部肌肉組成。定義每個標示器位置的運動約束，并在約束與相應的體節之間放置一個三軸彈簧。這樣就能實現剛體骨骼相對于運動約束的移動。將核磁共振成像衍生出的皮膚幾何體分為五個剛性體，藉此對足底與地面的接觸進行建模。然后定義上述剛體與地面的接觸為剛柔接觸。
采集這些實驗性運動數據能夠為模型運動時提供約束下的步態動力學輸入。模型受到關節、膝蓋處的接觸和韌帶力以及地面接觸力的約束。為確定運動期間的肌力和膝蓋荷載進行了一次向前步行的動力學仿真，預測了膝蓋組成部分之間的接觸力，例如脛骨與半月板之間、脛骨與股骨之間的接觸力，以及作用在膝蓋韌帶上的作用力，例如前十字韌帶（ACL）。
在步行動力學仿真中，Adams 與 Simulink 進行數據整合的能力對建立準確的膝關節仿真起到了關鍵作用。通過在 Adams 和 Simulink 的聯合仿真，研究人員能夠在仿真過程中獲得至關重要的關鍵性真知灼見。
結束語
半月板的生物力學機能隨半月板附著帶長度的增加而下降。
借助于 Adams，MAC 研究人員得以逐步掌握膝關節半月板機能的復雜性。他們發現，韌帶長度增加到 20% 左右時，幾乎可以讓行走中經由半月板所傳送的力完全喪失。如果半月板所吸收的作用力減小，脛骨與股骨之間直接傳送的作用力就會增大，這有可能會加劇關節損傷和疼痛。上述結果使研究人員和醫生不僅能做到有的放矢，還能比以前更加有效地防止未來的疼痛及損傷。
展開 什么是核磁共振屏蔽室、電磁屏蔽室、電鏡屏蔽室、電波暗室屏蔽室？
什么是核磁共振屏蔽室？
核磁共振屏蔽室適用于永磁和超導核磁共振設備的磁場屏蔽，防止外界電磁場干擾核磁共振掃描成像儀（MRI）的正常工作，抑制MRI產生的磁場泄露影響外界設備的工作。
核磁共振屏蔽機房施工工藝：
（1）結構：MRI型屏蔽室設計有拼裝式和焊接式兩種結構。
（2）焊接工藝：0.5mm紫銅板作射頻屏蔽層，焊接采用氬弧焊或銅焊，高導磁率鋼板作磁屏蔽層
（3）龍骨架支撐采用鋁合金，并與墻體間作絕緣處理。手動鎖緊屏蔽門屏蔽門，可拆卸式鈹青傳指型銅簧片。
（4）高性能屏蔽觀察窗雙層銅網經特殊工藝制作，透光率好。
（5）其它：電源濾波器、 信號轉接板，空氣供應及通風系統的屏蔽接口處理、同軸連接器、光纖轉接盒、醫療氣體波導接口、氣體滅火截止波導管、心電監護系統接口或其它醫療設備接口以及室內照明等。
核磁共振屏蔽室設計
屏蔽體的使用壽命是20-30年，屏蔽殼體的抗震等級按照８級計算。考慮到磁場影響和拆裝方便，采用銅板拼裝式設計。
（1）核磁屏蔽室底面設計：
屏蔽室在核磁儀放置位置地溝要求：2.8ｍ×2.8ｍ×0.9ｍ，室內其他地方挖深為：55公分，水平以下30公分用C25混凝土澆筑。對澆注地基水泥沙漿磨平，進行雙層SBS防水處理，鋪設高強度的絕緣地坪，然后進行屏蔽體地面制作。
（2）屏蔽室殼體設計：
屏蔽體是用0.35ｍｍ紫銅板及優質松木框架（刷防火涂料）拼裝結構。拼裝模塊之間夾多層銅網襯墊，采用M6*100不銹鋼螺栓緊固。
（3）屏蔽門設計：
手動單開屏蔽門，尺寸：1.2m寬×2.1m高（外平開式）；根據屏蔽室現場特點，采用單外開屏蔽門。屏蔽室門是影響整個屏蔽室屏蔽效果的最重要部位，是保持屏蔽系統總性能免于退化的最薄弱部件，也是系統中唯一可動部分，因此保持屏蔽門屏蔽效能的穩定性尤為重要。
展開 近年最具影響力的15項油氣勘探開發技術（之四）
目前，主要的微電阻率成像測井技術有斯倫貝謝的FMS、FMI、FMI-HD，哈里伯頓的EMI、XRMI，阿特拉斯Star，威德福的CMI，中油測井的MCI，中海油服的ERMI等，各儀器均具有極高縱向分辨率，但探測深度相對較淺，在井壁覆蓋率、適用井眼尺寸、最大溫壓等技術指標上略有差異。電阻率成像測井技術對于識別薄層、縫洞精細刻畫，有著無與倫比的優勢。聲波成像測井技術有斯倫貝謝的DSI、Sonic Scanner，哈里伯頓的WaveSonic，阿特拉斯的XMAC，中油測井的MPAL，中海油服的EXDT等。聲波成像測井除了能精確提供各種地層的聲速外，在地層評價、巖石機械特性分析、裂縫評價、橫波各向異性和井周附近地質構造探測等方面有著廣闊的應用前景。核磁共振成像測井技術有斯倫貝謝的CMR、MR Scanner，哈里伯頓的MRIL-P，阿特拉斯的MREx，中油測井的MRT，中國海油服的EMRT等。核磁共振成像測井技術能夠對可動流體、毛管束縛水、黏土束縛水進行區分，精細刻畫地層孔隙結構，提供精確儲層評價參數。
掃描成像測井，結合常規測井、錄井、巖心及地震等相關資料，是直觀、清晰、連續、深入了解地質構造等重要技術手段。目前，電阻率成像測井技術已在隨鉆遠探—前視技術發展方向取得了巨大進步，未來有望在智能隨鉆遠探—前視技術上有所突破。未來聲波成像測井發展方向：向三維聲波測井發展，即由探測井壁表面巖石平均速度特性向探測井旁多方位巖石速度方向發展；向遠探測聲波成像發展，即向井眼外更遠方向探測。
展開 戰略性新興產業離不開的10大非金屬礦
釹鐵硼（Nd2Fe14B）永磁材料廣泛用于各領域，如新能源汽車電動機、風力發電機、機器人伺服電機和步進電機、核磁共振成像儀等。含硼超導材料二硼化鎂是一種前沿新材料，在磁懸浮列車、核磁共振成像、高效電力傳輸等方面有廣闊應用前景。在新材料領域，近年來硼元素將應用于新一代鋰硫電池、高效晶硅太陽能電中。
6、重晶石
重晶石用于鉆井泥漿行業占85%～90%，鋇化工行業5%～10%，其他用途低于5%。目前，全球只要涉及到油井生產或油氣混合井生產都應用重晶石，尚無其他性價比更優的替代礦產。重晶石也是鋇化工及防核輻射等軍工原料的最優選擇，并在世界范圍內被廣泛應用。
展開 國際團隊成功開發出5nm存儲元器件
納米磁鐵已經被發現可應用于核磁共振成像、水處理、生物化學和電子等多個領域，更有望刷新下一代存儲器件的密度與能耗紀錄。現在，科學家開發出5納米磁晶粒用于信息存儲，而未來信息領域的中心問題，其實就是存儲——只有存儲容量的不斷增大，才能滿足信息社會高速發展的需要。
科學家研發出新型聲學超材料
它甚至對核磁共振成像機的噪音也能有很好的控制效果。”
（來源：物理評論B輯）
小波變換簡介
事實上小波分析的應用領域十分廣泛，它包括：數學領域的許多學科；信號分析、圖象處理；量子力學、理論物理；軍事電子對抗與武器的智能化；計算機分類與識別；音樂與語言的人工合成；醫學成像與診斷；地震勘探數據處理；大型機械的故障診斷等方面；例如，在數學方面，它已用于數值分析、構造快速數值方法、曲線曲面構造、微分方程求解、控制論等。在信號分析方面的濾波、去噪聲、壓縮、傳遞等。在圖象處理方面的圖象壓縮、分類、識別與診斷，去污等。在醫學成像方面的減少B超、CT、核磁共振成像的時間，提高分辨率等。
(1)小波分析用于信號與圖象壓縮是小波分析應用的一個重要方面。它的特點是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號與圖象的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾。基于小波分析的壓縮方法很多，比較成功的有小波包最好基方法，小波域紋理模型方法，小波變換零樹壓縮，小波變換向量壓縮等。
(2)小波在信號分析中的應用也十分廣泛。它可以用于邊界的處理與濾波、時頻分析、信噪分離與提取弱信號、求分形指數、信號的識別與診斷以及多尺度邊緣檢測等。
(3)在工程技術等方面的應用。包括計算機視覺、計算機圖形學、曲線設計、湍流、遠程宇宙的研究與生物醫學方面。
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小波分析，小波變換的解釋
事實上小波分析的應用領網域十分廣泛，它包括：數學領網域的許多學科；信號分析、影像處理；量子力學、理論物理；軍事電子對抗與武器的智能化；電腦分類與識別；音樂與語言的人工合成；醫學成像與診斷；地震勘探數據處理；大型機械的故障診斷等方面；例如，在數學方面，它已用於數值分析、構造快速數值方法、曲線曲面構造、微分方程求解、控制論等。在信號分析方面的濾波、去噪聲、壓縮、傳遞等。在影像處理方面的影像壓縮、分類、識別與診斷，去污等。在醫學成像方面的減少B超、CT、核磁共振成像的時間，提高解析度等。
(1)小波分析用於信號與影像壓縮是小波分析應用的一個重要方面。它的特點是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號與影像的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾。基於小波分析的壓縮方法很多，比較成功的有小波包最好基方法，小波網域紋理模型方法，小波變換零樹壓縮，小波變換向量壓縮等。
(2)小波在信號分析中的應用也十分廣泛。它可以用於邊界的處理與濾波、時頻分析、信噪分離與提取弱信號、求分形指數、信號的識別與診斷以及多尺度邊緣偵測等。
(3)在工程技術等方面的應用。包括電腦視覺、電腦圖形學、曲線設計、湍流、遠端宇宙的研究與生物醫學方面。
展開 《Nature》子刊：核磁共振測量全固態電池界面涂層鋰離子擴散！
全固態鋰離子電池是下一代高能量密度和安全儲能技術的有力候選者。作為一種無電解液體系，它不存在傳統使用有機溶劑電解液的鋰離子電池的泄漏和產氣所產生的熱失控風險。因此，電池安全性的研究偏向使用固體電解質。目前固態電解質顯示出的電導率已經接近并超過液態電解質。如鋰超離子導體（LISICON），硫銀鍺礦型，石榴石型和鈉超離子導體（NASICON）型結構。但是，以上固態電解質的發展仍然面臨一個關鍵挑戰就是在
3D打印又一醫學應用！科學家用人造脊髓為神經“搭橋” 讓癱瘓大鼠再度行走
為了證明這一概念，研究人員打印了四厘米大小的植入物，這些植入物是根據人體脊髓損傷的核磁共振成像掃描結果制成的。
這些東西在10分鐘內就被打印出來了。
第一作者之一、Chen博士團隊的納米工程博士后Wei Zhu博士說:“這顯示了我們3D打印技術的靈活性。”我們可以快速打印出一種植入物，無論大小和形狀如何，它都能與宿主脊髓受傷的部位相匹配。”
研究人員將這兩種毫米大小的植入物植入大鼠嚴重的脊髓損傷部位，植入物中含有神經干細胞。幾個月后，新的脊髓組織在整個損傷過程中完全再生，并連接了宿主脊髓的斷端。經過治療的大鼠后肢功能恢復“顯著”改善。Koffler博士說:“這標志著修復人類脊髓損傷的臨床試驗又向前邁出了關鍵一步。”
“支架提供了一個穩定的物理結構，能夠支持神經干細胞的穩定移植和存活。”“它似乎可以保護移植的干細胞免受脊髓損傷的毒性和炎癥環境的傷害，并幫助引導軸突完全穿過損傷部位。”
他說，接受治療的老鼠的循環系統已經滲透到植入物內部，形成了功能正常的血管網絡，這有助于神經干細胞的存活。Zhu博士補充說:“血管化是工程組織植入物的主要障礙之一，這種植入物可以在體內保留很長時間。”“3D打印的組織需要血管系統來獲得足夠的營養和排泄廢物。我們小組之前做過3D打印血管網絡的工作，但是我們沒有把它包含在這個工作中。”“由于我們的3D支架具有良好的生物相容性，生物學自然會為我們處理這些問題。”
現在，科學家們正在擴大這項技術的規模，并在更大的動物模型上進行試驗，為可能的人體試驗做準備。下一步還包括在脊髓支架內加入蛋白質，進一步刺激干細胞存活和軸突生長。
來源：前瞻網
展開 南開大學孫平川研究員課題組綜述：固體核磁共振技術在高分子表征研究中的應用
核磁共振(NuclearMagnetic Resonance，NMR)技術從發現到應用的半個多世紀中已經五次獲得諾貝爾獎，在應用上覆蓋了化學、物理、生物、醫學與材料科學等眾多學科領域。由于核自旋具有與空間和時間相關的多種不同各向異性相互作用，因此核自旋探針天然具有獨特的多尺度特性，可以原位檢測從原子至100 nm的空間尺度以及10-9-102 s的時間尺度上豐富的微觀結構和動力學信息(圖1)。固體NMR(solid-state NMR)實驗技術主要是建立在消除、利用或部分選擇重聚特定核自旋各向異性相互作用的基礎上發展而來。高分子材料的結構和動力學極其復雜，對其進行詳細的表征既具有挑戰性又不可或缺。隨著NMR理論和譜儀技術的不斷發展，固體NMR在高分子科學研究領域正發揮著越來越重要的作用，在精準獲取高分子多尺度微觀結構和動力學信息上展現出獨特的優點，已成為高分子多級結構表征和復雜動力學過程分析，以及闡明材料微觀結構與宏觀物理化學性質關系的有力工具，幾乎涵蓋了高分子研究的各個領域(圖2)，適用于包括聚合物溶液、熔體、凝膠、液晶、晶態及非晶態固體等不同的物質狀態。固體NMR不但可以研究化學鍵和微觀相互作用對聚集態結構的影響，還可以揭示高分子中復雜的鏈運動模式、結晶機理、玻璃化轉變以及微相分離演化規律等，因此對高分子物理理論的發展也具有重要的意義, 對高分子科學的發展起到了重要的推動作用。
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