核磁共振可以使金屬成像嗎？

01-04

核磁共振可以像x光成像那樣使金屬成像嗎

核磁共振可以讓金屬成像么？

在回答這個問題之前我們要先了解兩個問題：

「核磁共振是什麼？」
「我們如何利用核磁共振獲取圖像？」

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一、「核磁共振是什麼？」

字面上解釋，「核磁共振」就是「原子核在磁場中(與外源電磁場)產生的共振」。

更多的資料可以看這裡：核磁共振的原理是什麼？ - 物理學

簡要概述一下的話：

在磁場中，「具有自旋的原子核」因Zeeman裂分而具有有不同能級。對於每一個確定的原子核而言，外磁場一定時，各個核能級間有相對確定的能量差/頻率差： $Delta E = gamma cdot B_{0}$ 。

外加電磁場的頻率和光子能量之間有恆定的關係: $E_{photon} = hbar cdot u$ 。

當外加電磁場的光子能量和原子核Zeeman裂分對應的能級間能量差相等/極其接近時：

用並不完全正確的的語言來描述的這一物理圖像的話，我們可以說：

『此時原子核因吸收/釋放相應能量的光子而發生自旋反轉，即產生「共振」』。

隨後我們通過儀器測量磁場中所有原子核因「共振」而產生的信號。

通常情況下，此時測得的信號是樣品中所有可激發信號的總和。

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二、「我們如何利用核磁共振獲取圖像？」

從上文中的兩個直白的公式中我們發現，當核磁共振條件滿足時共振所需的外磁場的強度在外源電磁波頻率確定的條件下唯一確定的：

$Delta E = E_{photon}Rightarrow B_{0} = frac{hbar u}{gamma}$

（ $hbar$ 是「普朗克常數」， $gamma$ 是「原子核的核磁旋比」，這和「原子的相對原子質量」一樣，屬於物理常數。）

也就是說，如果我們在固定電磁波波源的同時，調整外磁場強度，我們得到的信號應該是這樣的：

橫軸表示『「實際磁場」相對「共振所需的磁場」的偏移量』： $Delta B =B- B_{0}=B-frac{hbar u}{gamma}$ 。(與上圖中「共振匹配磁場」 $B_{0}=frac{hbar u}{gamma}$ 相對應的電磁波頻率為 $5 imes 10^{5}Hz$ )
縱軸表示「共振強度」。

我們可以看到，核磁共振的條件極其苛刻：外磁場很微小的偏移都會使得共振條件完全失效。

從另一個角度來看，如果可以人為地控制樣品上每一個點所對應的磁場強度，那麼基於核磁共振對樣品所處磁場的磁感應強度極其敏感這一特性，我們便能以此通過控制外磁場在空間中的分布進而有選擇地只對一部分樣品激發核磁共振信號：

（畫圖中，畫完了傳上來）

第一幅圖表現的是在完全均勻磁場中核磁信號激發情況

第二幅圖表現的是通過單一維度上的磁場梯度選擇性地激發樣品中的一層

第三幅圖表現的是通過二維磁場梯度選擇性地激發樣品中的一條直線

第三幅圖表現的是通過三維磁場梯度選擇性地激發樣品中的一個點

大家都知道，人體在空間上每一個點的組成都不是完全一樣的：有的地方是肌肉，有的地方是血管，有的地方是骨頭……，所以我們用三維磁場梯度切出來的一個個點所對應的核磁信號都不完全一樣。同時，同一類別的組織會給出相似的信號，於是我們可以通過將這些空間離散的信號重組進而識別出人體不同的組織特徵。

總結一下核磁共振成像的過程：

首先把人體所佔的空間離散化

其次給人體不斷地施加有梯度的磁場並激發人體不同部位的核磁共振信號而後記錄下來

然後將這些空間離散的核磁共振信號依據信號強弱構建為四維數據（長寬高，或是任意的三個相互正交的軸加上信號強度作為第四個維度）

最後將這四維數據可視化

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這些問題回答完之後，我們要看的就是，和通常使用的氫原子核磁共振成像相比，我們可不可以對金屬進行成像呢？

我們還是把這個問題分解：

首先，我們能不能做金屬核磁共振？

理論上說，是可以的！

只要金屬原子的核自旋數不是零，我們就可以在磁場中通過合適頻率的電磁脈衝激發該金屬的核磁共振信號。比如，日常生活中十分常見的鋁，其最常見同位素 $^{27}Al$ 的核自旋數是 $frac{5}{2}$ ，激發其核磁共振信號完全沒有問題！只要有核磁共振信號，那麼進一步添加磁場梯度以及重構圖像都是順理成章的事情。只要有人需要，就可以製作出相應的設備。

事實上，也確實有相應的機器對鋁製金屬件通過核磁共振成像的方法進行無損探傷檢測！

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那為什麼我們又不能帶著金屬製品做核磁共振成像呢？

首先，一切金屬物體在醫院裡使用的核磁共振儀中都沒有信號，因為他們在磁場中發生共振的頻率 $u_{metal} = frac{gamma_{metal} B_{0}}{hbar}$ 與儀器所能檢測的氫原子共振頻率 $u_{proton} = frac{gamma_{proton} B_{0}}{hbar}$ 完全不一樣（兩者核磁旋比 $gamma$ 完全不一樣）。

其次，人體組織的磁化率和金屬的磁化率差距特別特別大，因此在人體和金屬交界面上的磁場分布會十分不均勻。這種處於界面上的不均勻磁場會影響我們人為施加的磁場梯度，進而造成核磁共振成像結果中會產生「虛影」、「鬼影」等不良信號，直接干擾醫生讀片以及診斷。

再次，如果金屬製品是鐵磁性金屬製成的，即鐵鈷鎳，因為磁體會對這些金屬產生強大的吸引作用，因此他們會被核磁共振儀器牢牢吸住。

真人真事：跟著我本科實習的小弟不聽勸告帶著含鐵的耳釘去做核磁共振實驗，耳釘被超高磁場磁場吸過去，耳垂被這個強大的吸力生生扯掉了！！！

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話說回來，我們就完全不能對鐵磁金屬做磁共振了么？

這個話題就比較複雜了。

簡而言之，理論上依舊是可以的，不過儀器就十分特殊了。這種特別的磁共振技術被稱為鐵磁共振（FMR，Ferromagnetic Resonance）

（未完待續，補圖中）

許多人認為不可以，實際上是混淆了核磁共振作為一種物理現象還是大家常見的醫用核磁共振成像儀MRI。

核磁共振技術的對象遠不止「水分子中的氫原子核」。碳13等諸多質子數與中子數至少一個是奇數的原子核（有非零自旋量子數）都好好的能共振。 核磁共振技術的應用遠不止掃描愚蠢的人類。

核磁共振成像：原子核在磁場中受特定射頻頻率產生共振現象，經過傅立葉變換形成有效對比圖像的技術

實際上是可以的。只要找到質子數與中子數至少一個為奇數的原子核，放到磁場中，找到它的拉莫頻率，biubiubiu給他想要的射頻，停下來坐等回波就可以了。

最開始核磁共振技術並不是給愚蠢的人類來掃描成像的，而是高能物理研究原子核的一種方法，後來到了70年代，諾貝爾獎獲得者XXX發明了梯度線圈和自旋迴波序列，才用到愚蠢的人類身上。

貼個原文，12年就有人做了鋰金屬化學位移成像。

並不是所有的MRI都是氫原子成像啊。。。。

帶有鐵磁性的金屬（比如鋼釘之類）的患者是不能做磁共振檢查的。

不是鐵磁性物質，比如鈦金屬，可以做磁共振檢查，但是由於金屬磁化率偽影，金屬附近的組織會有嚴重的畸變，而且金屬本身在圖像上是黑色的一團。現在有一些技術（如WARP）可以通過增加層面梯度編碼或者提高BW得到能抵抗金屬偽影的圖像，但臨床應用很少見。

醫院核磁共振不能帶金屬進入核磁屏蔽間是會有金屬偽影，會遮擋病灶、影響圖像質量。而非不能測金屬。此外，西門子公司已經在開發核磁共振帶有金屬移植物的序列WARP了。

你要說是核磁共振氫譜那種那應該可以要是如題主描述的成像估計懸了

這金屬估摸著會很燙…完事後

磁共振也分工業用和醫療用。工業上的可以。

C，Si，Na，K，Cs，Mg，Ca，Sr 有NMR譜，成像可能就用不到吧。。。

不可以的！

不行，不僅不能做，而且做了會有危險

_(:з)∠)_。

臨床狗不了解mri的原理。。。

不過。。。

患者體內有金屬不能做mri的。。。_(:з)∠)_

所以

應該是不行吧。。。

因為手術體內遺留金屬器械比如起搏器是不可以做的，因為一靠近機子就會被強大的磁場吸過去，可以用硬幣試試感受一下，不過如果硬要給金屬成像的話會是一大片黑色，什麼都看不到，周圍的組織也被覆蓋看不到了，有的小孩頭皮針就是這樣

MRI是通過激發氫質子成像的，所以得有水分子才能成像。

金屬如果做MRI的話估計就是一團黑。

（並不是說帶金屬都不能做MRI，是帶鐵磁性的金屬不能做?_? ）

不可以。

原理上講，核磁共振主要是對水裡的氫原子核起作用。所以金屬很難成像。

實際上講，磁場強到那種地步，鐵一類的金屬不可能乖乖躺著，早就被吸到儀器上，拔都拔不下來。