磁共振原理

2023年11月2日-3日，仪器信息网、北京波谱学会、《波谱学杂志》联合举办了“第七届磁共振网络会议”（简称iCMR 2023）”。会议设置了磁共振（MR）新技术及应用、核磁共振（NMR）技术及应用、顺磁及低场核磁共振技术及应用、国产磁共振技术及应用进展等四大专场，共有30位领域内相关专家在会议中展开了积极地交流讨论。本次会议直播间互动十分热烈，吸引了700余人报名参与！（点击查看会议报告回放）点击查看会议内容在会议报告正式开始前，清华大学化学系高级工程师杨海军为会议致辞。磁共振仪器作为一种高端的大型仪器，国产化是比较困难的一件事情，国内相关专家及仪器厂商都一直致力于相关仪器的设计研发。他分享道，对于高场核磁谱仪，从1956年日本电子到1960年德国布鲁克，相继研发出了高场核磁设备，国产仪器中科牛津高场核磁在2013年研发成功，目前装机量累计超150台，打破了国外技术及市场垄断；对于低场核磁，纽迈中国装机量累计超1000台，市场占有率75%以上，涵盖了大部分的学校以及许多的海外市场；对于顺磁谱仪，国产顺磁谱仪全球出货量超100台，以国仪量子为代表，从19年销售量开始逐渐攀升，2022年国内成交数量占比达50%等。整体来看，在发展过程中，国产核磁一直在不断的向前开拓中。磁共振（MR）新技术及应用专场 嘉宾会议期间，“磁共振（MR）新技术及应用”专场中，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员刘朝阳介绍了磁共振控制系统、探头等相关的仪器技术、方法与应用研究工作，包括磁共振波谱、动态核极化增强（DNP）系统等仪器关键部件与整机系统研制与应用；中国科学院大连化学物理研究所研究员侯广进简要介绍了常用的固体核磁共振谱学技术、魔角旋转条件下的重耦方法，以及结合实际复杂分子体系举例说明其在结构表征、动力学分析研究中的应用；布鲁克（北京）科技有限公司核磁应用专家姜松子介绍了布鲁克液体核磁共振在磁体和探头等硬件方面的最新进展；华东师范大学研究员姚叶锋分享的是代谢组学的分子靶向技术研究；厦门大学教授林雁勤重点介绍了其课题组提出的多种基于深度学习的NMR谱图处理方法及在非均匀采样重建、去噪、化学位移提取等任务中的应用。核磁共振（NMR）技术及应用专场 嘉宾“核磁共振（NMR）技术及应用”专场中，太原理工大学研究员王英雄以5-氟尿嘧啶（5-FU）、6-巯基嘌呤（6-MP）、生物素（VB7）等客体小分子为例，展示NMR方法对观察基于PAMAM树状大分子的主客体相互作用体系的独到之处；上海交通大学转化医学研究院教授孔学谦总结了核磁共振原理教学的点滴经验并著书一本，为本领域的师生提供参考；牛津仪器应用科学家文祎分享了牛津仪器台式核磁技术及应用；中国医学科学院药物研究所副研究员王亚男介绍了目前比较新颖的HPLC-SPE-NMR/MS的联用技术及应用；捷欧路（北京）科贸有限公司应用工程师陈春燕介绍了日本电子核磁共振技术的最新进展，包括ECZL系列谱仪的多频驱动系统及用于提高信噪比的PCW测试技术、双通道三共振探头等；上海科技大学物质科学与技术学院研究员刘海铭介绍了极高分辨率的固体核磁共振方法，深入研究了MOF中连接体苯环翻转动力学，并揭示了晶格中不等价连接体以及不对称苯环的动态交换特征；深圳北理莫斯科大学副教授史祥燕针对生物上面的固体核磁进行了自己的研究介绍。顺磁及低场核磁共振技术及应用专场 嘉宾“顺磁及低场核磁共振技术及应用”专场中，中国科学院大学教授李剑峰对近年以血红素衍生物为研究对象的电子顺磁共振波谱进行了回顾，总结与探讨，对当前的一氧化氮、卡宾等轴向配体等研究重点与进展进行了实例分析；南开大学特聘研究员杨茵从生物大分子角度对顺磁共振分享了其课题组对此的一些研究和讨论；布鲁克（北京）科技有限公司顺磁应用工程师方勇列举了一些与新能源相关的研究实例，概述了磁共振技术在电池领域的应用；国仪量子（合肥）技术有限公司EPR应用工程师范莹莹着重介绍了其公司自主研发的6k超低温系统；青岛腾龙微波科技有限公司技术支持工程师杜婧雯介绍了Spinsolve台式核磁共振波谱仪在技术方面的新进展和实际案例；常州大学讲师刘健鹏从未冻水含量、冻土孔径分布、冻土中水分子流动性等方面，介绍NMR在探究冻土土水作用机理的应用。国产磁共振技术及应用进展专场 嘉宾“国产磁共振技术及应用进展”专场中，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院青年副研究员陈俊飞主要分享了低场DNP的原理、仪器的设计方案、团队的研制进展及应用情况，展现低场DNP仪器的应用潜力，探讨其未来的发展规划与应用设想；清华大学助理工程师陈阳介绍了国产化仪器关键耗材转子的实际应用需求等。此专场中，“磁共振仪器国产化讨论”环节十分火热，吸引了众多人员的参与互动。教育部科研发展中心副处长王钦丽、国仪量子技术总监石致富、军事科学院军事医学研究院教授颜贤忠作为此环节嘉宾分别从不同的角度出发探讨了如何助力高端科研仪器研发等。讨论环节中，杨海军向我们介绍了磁共振仪器的国产化现状，并发表了他的一些看法。他认为，这两年磁共振领域发生了一些可喜的变化，之前医学的磁共振成像基本上被西门子、飞利浦等国际大公司所垄断，价格十分昂贵，目前，核磁共振成像价格降低，给人民看病带来了很大的福音，据不完全统计，医院里面的核磁共振成像仪器现已有6万台之多，每年有数百台的增量。然而，这6万台设备中，80-90%为进口仪器，除此之外，目前，整个波谱领域，全国高场核磁的数量大概在3000~4000台，顺磁的数量只有300~400台，低场核磁处于发展阶段中，应用都不是很多。对于国内高校及相关重点实验室，相较于其它分析仪器，波谱的应用同样很少，且几乎没有出现国产核磁仪器的“身影”。杨海军分析道，出现这种现状的一个最主要的原因就是目前国产仪器的一些性能指标，例如稳定性、灵敏度、分辨率等做的没有进口好，进口仪器通过40~50年的原始积累，技术相对已经成熟稳定，国产仪器的积累时间比较少，必然会存在一些问题。第二个原因是现在大学里引进的人才，大都是海归人员，他们经常使用的是国外仪器，回国后会按自己的使用习惯来采购进口仪器。这些原因导致了国家重点实验室等很少有国产仪器的使用。王钦丽在会议中表示，通过这次讨论她了解到高校国产仪器的使用状况，也反映出在仪器管理层面上，是需要出台一些相对有引导性的，或者是有一些强制性的政策来引导高校助推国产化仪器的发展。在人才培养方面，当前高校培养的学生在就业之后不能马上胜任工作，还需要很长时间的培训。她认为，学校的人才培养模式需要进行完善，例如学校在培养学生的过程中，可以增加与企业的合作，给学生提供更多的实践机会，从实际问题的需求进行针对性的基础性研究，可能会有更好的促进作用。石致富提出国产核磁仪器的发展需要更多综合性人才，比如电子学、微波、磁体软件等领域人才，这需要我们去及早关注到学生的兴趣点，把这些人才发掘出来。年轻人是我们发展的动力，也是我们能够把仪器做得更好、未来拥有更多希望的源泉。颜贤忠分析道：“产品要过硬，才能谈国家的支持和大环境对我们的关注，不能光靠消耗大家的热情和情怀，必须要靠我们自己的提升，能够做出过硬的产品，逐步从低端到高端，不断进行完善，我认为只有这样，一些行业的国产之路才能够真正健康可持续的发展下去。”附：会议相关资讯汇总如下1、全日程公布|“第七届磁共振网络会议”（iCMR 2023）本周四开播2、“卡脖子技术”是否突破？磁共振仪器国产化之路如何走？3、视频回放上线|“第七届磁共振网络会议”圆满落幕！

最新的磁共振成像研究使人们进一步了解脑部疾病。图片来源：英国诺丁汉大学 　　有望提高脑部疾病诊断率和监测效果 　　磁共振成像(MRI)领域的一项新发现有望提高多发性硬化症等脑部疾病的诊断率和监测效果。研究人员指出，来自英国诺丁汉大学彼得曼斯菲尔德爵士磁共振中心的这一研究成果，可能会为医学界的磁共振成像提供一种新工具。 　　该项研究发表在日前出版的美国《国家科学院院刊》上，它揭示了利用新的磁共振成像技术生成的脑部图像为何对神经纤维走向如此敏感。 　　微神经纤维以微电子信号的形式传递信息，脑白质就是由数以十亿计的微神经纤维所构成。研究人员指出，每个神经纤维都由一种叫髓磷脂的脂肪物质包裹着，从而能够提高这些电子信号的行进速度。 　　此前的研究已经表明，磁共振图像中的脑白质外观取决于神经纤维与磁共振成像扫描仪所用极强磁场的方向之间的角度。 　　利用髓磷脂分子结构方面的知识，诺丁汉大学的物理学家发明了一种新的模型，其中用又长又细且带有特殊(具有各向异性的)磁性的空心管代表神经纤维。 　　此模型解释了图像对比取决于脑白质中的纤维取向，并且也具有从磁共振图像中推断出神经纤维的尺寸、方向等信息的潜力。 　　参与该项研究的Samuel Wharton说：“大多数基于磁共振成像的研究都集中在以毫米为长度单位而进行的人体组织测量上，而我们对健康志愿者进行的扫描实验以及由此制作的髓鞘模型都显示，利用相当简单的成像技术即可生成尺寸、方向等更为具体的神经纤维微观信息。”他补充说：“这些结果将为临床医生提供更多信息，用来识别并确定脑部损伤或异常状况，也将有助于他们选择适合某个特殊病人的扫描方法。” 　　诺丁汉大学物理学与天文学系系主任Richard Bowtell补充说：“对于生物医学成像界而言，这些结果应该能起到重要的推动作用。” 　　诺丁汉大学医院信托中心专门研究多发性硬化症的临床副教授Nikolaos Evangelou认为：“这项研究开辟了观察大脑神经纤维的多条新途径。我们越是了解神经及其周围的髓磷脂，就越能在研究多发性硬化症等脑部疾病方面取得成功。” 　　Evangelou说：“我们最近在了解和治疗多发性硬化症上取得的进展都是基于可靠的基础研究，其中有一项就是由Wharton博士和Bowtell教授所提供的。” 　　研究人员相信，这项研究将使世界各地的科学家和临床医生更加理解神经纤维及其取向差异在磁共振成像中所造成的影响，并且在诊断和监测多发性硬化症(已知此病与髓磷脂流失有关)等脑部、神经系统疾病方面也有潜在用途。 　　磁共振成像是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

有望提高脑部疾病诊断率和监测效果 最新的磁共振成像研究使人们进一步了解脑部疾病。图片来源：英国诺丁汉大学 　　磁共振成像(MRI)领域的一项新发现有望提高多发性硬化症等脑部疾病的诊断率和监测效果。研究人员指出，来自英国诺丁汉大学彼得曼斯菲尔德爵士磁共振中心的这一研究成果，可能会为医学界的磁共振成像提供一种新工具。 　　该项研究发表在日前出版的美国《国家科学院院刊》上，它揭示了利用新的磁共振成像技术生成的脑部图像为何对神经纤维走向如此敏感。 　　微神经纤维以微电子信号的形式传递信息，脑白质就是由数以十亿计的微神经纤维所构成。研究人员指出，每个神经纤维都由一种叫髓磷脂的脂肪物质包裹着，从而能够提高这些电子信号的行进速度。 　　此前的研究已经表明，磁共振图像中的脑白质外观取决于神经纤维与磁共振成像扫描仪所用极强磁场的方向之间的角度。 　　利用髓磷脂分子结构方面的知识，诺丁汉大学的物理学家发明了一种新的模型，其中用又长又细且带有特殊(具有各向异性的)磁性的空心管代表神经纤维。 　　此模型解释了图像对比取决于脑白质中的纤维取向，并且也具有从磁共振图像中推断出神经纤维的尺寸、方向等信息的潜力。 　　参与该项研究的Samuel Wharton说：“大多数基于磁共振成像的研究都集中在以毫米为长度单位而进行的人体组织测量上，而我们对健康志愿者进行的扫描实验以及由此制作的髓鞘模型都显示，利用相当简单的成像技术即可生成尺寸、方向等更为具体的神经纤维微观信息。”他补充说：“这些结果将为临床医生提供更多信息，用来识别并确定脑部损伤或异常状况，也将有助于他们选择适合某个特殊病人的扫描方法。” 　　诺丁汉大学物理学与天文学系系主任Richard Bowtell补充说：“对于生物医学成像界而言，这些结果应该能起到重要的推动作用。” 　　诺丁汉大学医院信托中心专门研究多发性硬化症的临床副教授Nikolaos Evangelou认为：“这项研究开辟了观察大脑神经纤维的多条新途径。我们越是了解神经及其周围的髓磷脂，就越能在研究多发性硬化症等脑部疾病方面取得成功。” 　　Evangelou说：“我们最近在了解和治疗多发性硬化症上取得的进展都是基于可靠的基础研究，其中有一项就是由Wharton博士和Bowtell教授所提供的。” 　　研究人员相信，这项研究将使世界各地的科学家和临床医生更加理解神经纤维及其取向差异在磁共振成像中所造成的影响，并且在诊断和监测多发性硬化症(已知此病与髓磷脂流失有关)等脑部、神经系统疾病方面也有潜在用途。 　　磁共振成像是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。