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光纤温度传感器在核磁共振设备中的应用

2020-12-24 10:34
工采网
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核磁共振成像(简称NMRI),又称自旋成像,也称磁共振成像(简称MRI),台湾又称磁振造影,香港又称磁力共振成像,是利用核磁共振(简称NMR)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。

核磁共振设备工作过程人体温度监控中应用的光纤温度传感器

磁共振成像是一种较新的医学成像技术,国际上从一九八二年才正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像,在成像过程中,既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变。它在很多地方优于X线CT。虽然X-CT解决了人体影像重叠问题,但由于提供的图像仍是组织对X射线吸收的空间分布图像,不能够提供人体器官的生理状态信息。当病变组织与周围正常组织的吸收系数相同时,就无法提供有价值的信息。只有当病变发展到改变了器官形态、位置和自身增大到给人以异常感觉时才能被发现。磁共振成像装置除了具备X线CT的解剖类型特点即获得无重叠的质子密度体层图像之外,还可借助核磁共振原理精确地测出原子核弛豫时间T1和T2,能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来。这些信息通过计算机重建的图像是成分图像(化学结构像),它有能力将同样密度的不同组织和同一组织的不同化学结构通过影像显示表征出来。这就便于区分脑中的灰质与白质,对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大的优越性,其软组织的对比度也更为精确。

原子核自旋,有角动量。由于核带电荷,它们的自旋就产生磁矩。当原子核置于静磁场中,本来是随机取向的双极磁体受磁场力的作用,与磁场作同一取向。以质子即氢的主要同位素为例,它只能有两种基本状态:取向“平行”和“反向平行”,他们分别对应于低能和高能状态。精确分析证明,自旋并不完全与磁场趋向一致,而是倾斜一个角度θ。这样,双极磁体开始环绕磁场进动。进动的频率取决于磁场强度。也与原子核类型有关。它们之间的关系满足拉莫尔关系:ω0=γB0,即进动角频率ω0是磁场强度B0与磁旋比γ的积。γ是每种核素的一个基本物理常数。氢的主要同位素,质子,在人体中丰度大,而且它的磁矩便于检测,因此最适合从它得到核磁共振图像。

在纯金属铜中,核磁矩自发有序温度约为10-7K,在T>10-4K时,核磁化强度M随温度的变化遵从居里定律`x=frac{C}{T}=frac{bb{M}}{bb{H}_0}`,式中H0是外加磁场,可见只要测出M后即可定出温度T,从图中显示来看,设外场H0在z轴方向,磁化强度M与其同向,如果在y轴方向加一脉冲磁场Hy则合磁场为Hr=H0 Hy,此时M就绕着Hr进动,假设M进动到与z轴成θ角时,脉冲场退出,则M将绕H0进动,其在xy平面的投影Msinθ会在置于x轴方向上的接收线圈中感应出正弦电压,由于核自旋之间的相互作用,θ角将逐渐减小,感应电压呈现出幅度衰减的正弦波形式,其初始幅度$V=frac{4piebb{H}_0^2rAetaNsintheta}{T}times10^{-18}$伏,其中A为接收线圈截面积,N为接收线圈匝数,η是待测温体与线圈间磁耦合情况的填充因子,r是核的旋磁比。但关系式的分子部分全是常数,所以可以通过一个温度固定点而被确定,它是mK级的温度计。

核磁共振设备工作过程人体温度监控中应用的光纤温度传感器

最后推荐一款应用在核磁共振检查中温度监控的光纤传感器,由工采网从国外引进的光纤温度传感器 - THR-NS-1084A,基于产品设计,该款温度探针能够满足全世界范围内在过热和热疗领域活跃的科学家及研发者所需的可操作性和可靠性。具有温度分辨率、探针尺寸小、重复性优异、易于插入、长期稳定等等优点。

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