为什么能用核磁共振检查身体

科普中国网 2017-08-30

　　作者：肖能超

　　1912年8月30日，英国著名物理学家爱德华·米尔斯·珀塞尔诞生。珀塞尔专长于微波技术、核磁学和无线电波谱学，由于对物质核磁共振现象的研究和创立原子核磁力测量法方面的成就，在1952年他与费利克斯·布洛赫共同获得诺贝尔物理学奖。现在，在医院检查中有一项“核磁共振成像”的项目，这是什么意思呢？

　　核磁共振是基于量子物理和微波技术的一种检测方法，可以精确地测出物体内的原子核的位置和种类，从而实时地绘制出物体内部图像，在医学和工业上获得了广泛的应用，具有极高的科学和应用价值。核磁共振仪器不使用放射性同位素，不产生电离辐射。在有些地方，医生考虑到患者对“核”的恐惧心理，常称其为“磁共振成像”。

　　核磁共振成像的“核”指的是氢原子核。人体的70%是由水组成的。原子核带正电，具有自旋，会形成电流，从而产生磁场，因此每一个原子核都像一个小磁铁。把物体放置在磁场中，原子核与外磁场发生相互作用，处于不同自旋状态的原子具有不同的能量；用适当的电磁波照射它，当外加电磁波的能量等于不同状态的原子核的能量差时，原子核与外加的电磁波发生共振，从低能状态“跳跃”到高能状态;去掉外加的电磁波，处于高能状态的原子核又会把一部分能量以电磁波的形式发射出去，被检测出来。

　　分析这个信号在物质内部不同结构中的衰减情况，就能反推出运动的原子核分布图像，经计算机处理后可以重建出物质内部精确的三维立体结构和运动情况。这等于说:我们能够直接从外面拍摄物体内部结构和变化情况，就像长了火眼金睛的孙悟空。人体组织中含有大量水和碳氢化合物，氢核的核磁共振灵活度高、信号强，所以通常选氢核来对人体进行成像。人体中各种组织间含水比例不同，信号强度有差异，从而把各种结构分开，把正常组织和病变组织分开，非常便利。

　　核磁共振成像不仅成像清晰精细，还是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用核磁共振成像技术进行检查。

　　随着核磁共振成像技术的迅猛发展，功能性核磁共振成像技术亦日趋成熟，这一技术有很多重要应用，比如研究人类大脑。1990年日裔美籍科学家小川诚二发现，血液氧气含量不同时，产生的核磁共振图像有细微变化，利用这些变化可以显示大脑各区域内静脉毛细血管内的血液状态的变化。由于大脑活动区域的神经元消耗大量能量，需要迅速补充含氧血液，这一区域的核磁共振信号远高于大脑中思维活动不活跃的区域。根据这一发现，核磁共振成像能描绘活体大脑组织活动的时间和空间位置，实时观察大脑活动。可以对被研究人员持续进行统一类型的刺激，比如观看图片或听音乐，对比另一组受到不同刺激或者进行休息的被试人员，通过对比来分析出特定刺激影响了大脑的哪部分区域，这样就能观察脑和思维的关系。这是一种无损、动态、高速大脑活动探测器。

　　2010年至2012年，中美两国的科学家一起做了一个与恋爱有关的跨文化脑成像研究，发现东西方不同文化的人在恋爱时有相似的爱情体验。研究者让处于热恋期的大学生观看自己恋人的照片或普通朋友的照片，同时用核磁共振设备记录大脑的活动。结果发现，中国人和美国人的大脑奖赏系统都被激活，活动水平非常相似。奖赏系统是大脑内一个可以产生快感的系统，像食物、酒精、毒品等都会引起奖赏系统的激活。

　　有理由相信，核磁共振成像仪不仅能透视人体内部结构，未来还可能成为人类思维的阅读器。