做核磁共振检查为何不能戴金属饰品

做核磁共振检查为何不能戴金属饰品(唠“科”)

于医院那个进行核磁共振成像也就是MRI扫描的房间里, 人们常常能瞧见写着“当心强磁场”字样的警示牌, 并且医务人员还会一次次地去叮嘱“请把身上所有诸如金属物以及磁卡这类物品给取下来”。好多人都会产生好奇, 这里面所蕴含的科学道理究竟是什么? 答案其实就隐匿在微观世界极为基本的一种特性那就是量子自旋这种情况之中。

我们生活的世界是由原子构成的, 作为构成世界的原子, 其内部的微观粒子具备量子自旋这一内禀属性。内禀属性是什么, 这是指粒子的基本性质。如同质量和电荷那样, 属于粒子基本性质范畴。举例来说, 电子是其中一种粒子, 光子也是一种粒子, 中子同样是一种粒子。这些粒子的质量, 它们具有确定的值, 电荷也具有确定的值, 量子自旋同样是具有确定的值。一旦这些值发生了改变, 那么它们就不再是原本的电子, 不再是原本的光子, 也不再是原本的中子。所以, 量子自旋并非经典意义上呈现为实际旋转状态的那种情况。

人体内富含大量氢核自旋信号, 这是因为人体约70%是水分, 且每个水分子含有两个氢原子 , 而MRI的原理是探测人体内部氢核的量子自旋状态。通过对这些氢核自旋状态的分布以及变化进行精确分析 , 进而能够还原出人体组织清晰的影像 , 最终为疾病诊断提供科学依据。

可是, 人体以内氢核的自旋信号特别薄弱, 要将它们捕获, 脱离不了强磁场的助力。传统核磁共振成像仪上边的圆形设备事实上是一个超导磁体, 它给出了一个远远超过地球磁场的强磁场(等同于地球磁场的几万倍)。在强磁场环境里, 氢核的量子自旋好似被“定了向”, 原本毫无规律的自旋状况变得有序排列, 仪器就能够精准 它们的“踪迹”。

金属是强磁场极为紧密的关联者, 同时还是自旋信号的干扰源头。金属于强磁场范围里具备被强力磁化的特性, 程度较小时能够引发位移、震动现象, 进而削减氢核自旋信号的集中获取, 致使成像出现模糊且失真情形, 程度严重的话, 在强大磁场力产生的作用之时, 会以超高速度朝着磁体飞行, 不但会对仪器设备造成损坏, 而且有望撞击到人体, 使得人的部分身体位置造成一些意外性质的伤害。另外一方面, 针对心脏起搏器以及金属支架这类置入于体内的物品来讲, 会因为强磁场的干扰而丧失正常的功能, 进而带来程度较大的危险状况。

有金属植入物在身体当中的人, 难道就注定永远都没办法去做核磁共振检查了么? 对于人体的核磁共振检查, 我们能够在没有磁场存在的条件之下完成这项检查有没有可能性呢?

众多来自国内外的研究团队, 针对此展开了寻觅探索。当下, 中国科学技术大学的研究团队, 成功研制出零磁场核磁共振谱仪, 该装置拥有的主要器件是原子自旋磁力计, 它具备在不存在磁场状态的环境里, 达成物质内部量子自旋状况探测的能力。

零磁场核磁共振谱仪能够实现对处于金属容器内的水进行成像, 还能够对人体的手指以及人脑展开初步成像, 这表示体内存在金属植入物的人在未来拥有顺利完成核磁共振检查的可能, 虽然当前阶段这项技术成像时的清晰程度远远比不上传统的核磁共振成像技术, 但是它拥有成本低廉以及无辐射等优势, 会大量削减医疗成本。

乍看仿佛远不可及的量子自旋这个物理概念, 实际上早就已然融入到我们日常的生活当中了。并且坚信伴着对于量子自旋研究的持续深入下去；将来又绝对会有不少更多全新技术的突破冒出来；以此守护我们大家的健康。

(彭新华，作者为中国科学技术大学教授，本报记者李俊杰整理)