篇一：医用物理学论文
课程论文
班级：
2011级生物医学工程 学号：11111032
姓名：陈颖怡
核磁共振的原理及医学应用陈颖怡11级生物医学工程 内容摘要：核磁共振也称为磁共振，是物质原子核磁矩在外磁场的作用下能级发生分裂，并在外加射频磁场的能量条件下产生的能级跃迁的核物理现象。核磁共振现象是1946年发现的，这一发现最初应用于波谱学。1950年化学位移理论的提出使第一台核磁共振谱仪诞生，经过20年的研究，核磁共振成像技术得到空前的发展，如今已成为临床诊断的重要手段。核磁共振成像技术不仅能获得人体器官和组织的解剖图像，而且还能显示它们的功能图像，从而提供了与生理、病理变化有关的信息。
关键词：核磁共振、核磁共振成像原理、优点、医学应用
一 核磁共振
原子核除了具有电荷和质量外，约有半数以上的原子核具有自旋。没有外磁场时，自旋方向是任意的。由于原子核具有自旋，它在周围空间激发磁场，因而具有磁矩，磁矩方向与自旋方向相同。当原子核处在外磁场中时，不仅核自旋空间取向量子化，而且同时绕外磁场进动，如果在与外磁场垂直的平面内再施加一个射频脉冲，当射频脉冲的角频率与核磁矩绕外磁场的进动角频率相等时，会产生核磁共振现象。此时磁场中的自旋核最大限度地吸收外界辐射进来的电磁能量，发生能级跃迁，并产生强弱不同的吸收讯号。当射频脉冲关断后，处于激发态的核系统释放能量而恢复到正常状态，这种现象称为弛豫。弛豫过程按照观测方向可以分为纵向弛豫和横向弛豫，弛豫过程进行的快慢用弛豫时间来描述。
二 核磁共振成像原理 核磁共振成像，也称磁共振成像。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。 它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。
核磁共振波谱仪主要由5个部分组成。①磁铁:它的作用是提供一个稳定的高强度磁场。②扫描发生器：在一对磁极上绕制的一组磁场扫描线圈，用以产生一个附加的可变磁场，叠加在固定磁场上，使有效磁场强度可变，以实现磁场强度扫描。③射频振荡器：它提供一束固定频率的电磁辐射，用以照射样品。④吸收信号检测器和记录仪：检测器的接收线圈绕在试样管周围。当某种核的进动频率与射频频率匹配而吸收射频能量产生核磁共振时，便会产生一信号。记录仪自动描记图谱，即核磁共振波谱。⑤试样管：直径为数毫米的玻璃管，样品装在其中，固定在磁场中的某一确定位置。整个试样探头是迅速旋转的，以减少磁场不均匀的影响。
核磁共振成像过程：自旋核吸收外来电磁辐射的能量，核系统的磁化矢量通过进动而偏离磁场方向。当射频脉冲关断，处于受激共振状态的原子核通过弛豫过程释放能量和恢复原来状态，并且向外发射电磁波，即核磁共振信号。用探测线圈将核磁共振信号收集起来送到电脑系统作数据处理，借助梯度磁场对受检体的层面和体素进行位置编码，以及使用特定的图像重建算法，可以获得被扫描层面的磁共振图像。
核磁共振成像方法是将人体组织所发出的微弱的核磁共振信号重建成一幅二维断面图像的方法。核磁共振成像方法主要有点成像法﹑线成像法﹑面成像法﹑体积成像法。点成像法是对每个组织体素信号逐一进行测量成像的方法。线成像法是一次采集一条扫描线数据的方法。面成像法是同时采集整个断面数据的成像方法。体积成像法是在面成像法的基础上发展起来的，不使用选层梯度进行面的选
择，而是施加二维的相位编码梯度和一维的频率编码梯度，同时对组织进行整个三维体积的数据采集和成像方法。
三 核磁共振成像系统
核磁共振成像系统是根据核磁共振基本原理结合计算机断层图像重建原理而开发的一种影像设备，因此又称为核磁共振断层扫描装置。核磁共振成像系统分为：磁体子系统，射频子系统，梯度场子系统，谱仪子系统，计算机系统等。磁体子系统是核磁共振成像装置的关键设备，用以产生主磁场，使组织在其中产生沿磁场方向的宏观磁化。射频子系统是核磁共振系统中实施射频激励并接收核磁共振信号的功能单元。由于核磁共振信号的幅值只有微伏级，因而射频接收系统的灵敏度和放大倍数都非常高。梯度场子系统提供确定质子核磁共振三维信号的磁场，即层面选择，频率编码，相位编码。谱仪子系统是核磁共振系统设备的中心控制系统，负责产生，控制序列的各个环节的协调运行，如射频的发射时序，梯度的配合施加时序，接收线圈的接收等等。计算机子系统的功能包括三个方面：
一 负责将操作者选择的成像软件用网络发送给谱仪子系统。二 负责将K空间中存储的数据进行重建和显示。三 对图像进行一些基本的处理。
四 优点
1对软组织有极好的分辨力。对膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等部位的检查优于计算机层析成像；
2 各种参数都可以用来成像，多个成像参数能提供丰富的诊断信息，这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效。可区别良性肿瘤与恶性肿瘤； 3通过调节磁场可自由选择所需剖面。能得到其它成像技术所不能接近或难以接近部位的图像。对于椎间盘和脊髓，可作矢状面、冠状面、横断面成像，可以看到神经根、脊髓和神经节等。不像计算机层析成像只能获取与人体长轴垂直的横断面；
4对人体没有电离辐射损伤；
5原则上所有自旋不为零的核元素都可以用以成像。
五 医学应用
大量实验证明：由于整个人体各组织器官内自由水和结合水的相对含量存在明显差异，所以各个组织具有不同的纵向弛豫时间和横向弛豫时间，并且正常组织与病变组织之间横向弛豫时间和纵向弛豫时间也不相同。利用这种差异，可以建立
人体组织解剖学图像，为临床诊断提供依据。核磁共振成像在医学上的应用主要有两个方面，一是采用核磁共振一维技术，有效地研究人体的代谢过程，根据疾病所引起的代谢异常在光谱上的改变进行诊断。二是采用核磁共振多维谱技术，可以给出人体组织解剖学上的平面像或立体像，还可以测量血流。核磁共振的成像可以与几个参数有关，这些参数包括：核自旋密度，纵向驰豫时间与横向驰豫时间，化学位移及血流等。用不同的脉冲序列突出或抑制某些参数在成像中的作用，使像的灰度在相当大的范围内变化，从而得到更多的信息。它可以对人体脊髓，脑，肝，肺等各个器官直接成像，勿需借助造影剂，并有较理想的清晰度，可以观测出血流量，显示心脏活动。它不仅能显示形态，还能提供有关功能的生化信息，从而大大地提高了诊断的准确性，有利于对突发性心肌梗塞和肝瘤等疾病的早期诊治。核磁共振技术在创新药物研究及药物质量控制方面具有广泛的应用，不仅能定性定量分析药物及杂质，而且可以用它分析各种中药和西药的结构。核磁共振技术在活性药物化合物的筛选方面有着巨大的潜力，尤其在基于靶分子的筛选能够节省大量的时间和费用及其发现活性化合物方面的有效性是其它方法所不可替代的。核磁共振技术在体内药物分析中也有较广泛的应用，具有简便性、无损伤性、连续性、高分辨性等优点。
结语
核磁共振是指原子核在外加恒力磁场作用下产生能级分裂，从而对特定的电磁波发生共振吸收的现象。它通过利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于原子核的信息，具有迅速、准确、分辨率高等优点。核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。核磁共振成像技术是一种非介入探测技术，相对于X-射线透视技术和放射造影技术，核磁共振成像对人体没有辐射影响，相对于超声探测技术，核磁共振成像更加清晰，能够显示更多细节，此外相对于其他成像技术，核磁共振成像不仅仅能够显示有形的实体病变，而且还能够对脑、心、肝等功能性反应进行精确的判定。在疾病的诊断方面，核磁共振成像技
篇二：医用物理学复习资料
流体的流动
一、基本概念
1 理想液体 2 稳定流动
3 层流与湍流 流量流阻 粘度 二、基本定律及定理
1 *连续性方程
sv?Qs1v1?s2v2
12
?v??gh?E2
2 *柏努利方程
1212
p1??v1??gh1?p2??v2??gh2
22
p?
?PR
3 *泊肃叶定律 ?r4(P1?P2)
Q?
8?l
Q?
dv
4 牛顿粘滞定律F?s?
dx
三、重要结果及结论
1 小孔流速问题v?
2g?h
2 测速、测流量问题(皮托管，汾丘里管)
3 实际流体的能量损耗
?E12?(p1?
1212
?v1??gh1)?(p2??v2??gh2)22
4 雷诺数及判据Re?四、注意的问题
?vr
?
5
空气中有大气压 P?10Pa 0?1.013 水的密度空吸与虹吸现象
??1000kg/m3
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1
振动和波
一、基本规律及重要公式
1 *波的干涉????2??1?
2?
?
(r2?r1)
干涉加强
????2?
2??1??
(r2?r1)?2k?
A?A1?A2
?2?
干涉减弱
???2??1??
(r2?r1)?(2k?1)?
A?A1?A2
一、基本概念
声波
1 声速u
2 振动速度 声压 声特性阻抗 Z??u,vpm
m?A?,vm?
Z
I?122
p22mpe3 *声强 声强级 响度 响度级 2?uA??2Z?
Z
L?10lgI
I(dB)
4 *听阈 痛阈 听阈区域
二、重要公式
x?Acos[?(t?
y1 声波方程
u
)]y?
p?A??ucos[?(t?
u)?2
]2 *多普勒效应公式v?
u?Vo
u?Vv0
s
正负号的确定 ：当Vo、Vs?0时，根据相互靠近还是远离来确定三、注意的问题
1 两非相干的声波叠加时，声强可简单相加，而声强级不能简单相加 2 标准声强I0?10?12 w/m2
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2
分子动理论
一、 基本概念
1 物质的微观理论
物质是由大量的分子、原子所组成，是不连续的 分子是在作无规则的运动-----热运动 分子之间有相互作用
2 表面张力 表面能 表面活性物质 表面吸附 3 附加压强
4 润湿与不润湿 接触角毛细现象 二、重要公式
1 *表面张力
F??L
?E???S
p?
2?
(单液面) 2 *附加压强 R
p?4?
R
(双液面)
3 *毛细现象 h?
2?cos?
?gr
三、注意的问题
1 表面张力产生原因2 气体栓塞
3 *连通器两端大、小泡的变化4 水对玻璃完全润湿，接触角为零
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3
静电场
一、基本概念 1 电场强度 ?
q
2 电通量 ?e?Edscos?
s
?
3 电势能 Wr?Ar??q0?
Edlcos?
r
W?
4 电势Vrr?q??Edlcos?
0r
b
电势差 Uab?Va?Vb??
Edlcos? *电场力作功Aab?q0(Va?Vb)a
?p
i
5 *电介质的极化 电极化强度p?
?V
电极化率? p?
??0E
6 介电常数
?r?1??
???
0?r
7 电场能量密度?e
?12
?E2
,电场能量W???edV
V
二、基本规律
n
i
1 高斯定理
Edscos??
?q
i?1
?
2 环路定理Edlcos??0 3 *场强叠加原理?
?n
i
i?1n
4 *电势叠加原理V?
?V
i
i?0
dV
5
场强与电势的关系 ??
dn
6 *有介质时：介质中的场强与外场强的关系E?
E0
?， 电容关系C??rC0r
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4
三、场强、电势的计算 1 *点电荷 场强 E?
q
4??0r2q
4??0r
2p1p (延长线)， E?(中垂线)
1
1
1
电势V?
2 *点电荷系 电偶极子 场强E?
4??0r34??0r3电势V?
1p
4??r2
cos?电偶极矩p?ql03 连续带电体
均匀带电长直棒E?
1?
4??
0a均匀带电圆环 E?q2??(1?
x0
R2
)
?x
2
均匀带电无限大平板 E?
?2? 平板电容器 E?? 0?0
?`?(1?
1
?)? p??`?x?0E
r
均匀带电球壳 E?
1
q
4??2
(r?R),E?0(r?R) 0r
均匀带电球体 E?
1
qr4??(r?R),E?1q(r?R)
0R34??0r2 班级期末考试复习内部资料 请勿翻印
5
篇三：医用物理学名词解释
医用物理学名词解释
1. rigid body （刚体）：外力作用下，保持大小和形状都不变的物体。(3页)
2. angular momentum （角动量）：质点在圆周上某一点的动量与径矢的乘积。（8页）
3. stream line （流线）：流体中的假设的一条曲线，在该曲线上的任一点的切线方向与该点处的速度方向相同。（27页）
4. ideal fluid （理想流体）：绝对不可压缩，完全没有内摩擦力的流体。（26页）
5. steady flow（定常流动）：流体中各质点的速度，压强和密度都不随时间变化的流动，也称“稳定流动”。（27页）
6. continuity equation （连续性方程）：S1v1?1?S2v2?2 质量守恒定律在流体力学中的具体表现形式。（27页）
7. viscous force （粘滞力）：相邻两层流体之间因相对运动而产生的摩擦力。
8. ideal gas （理想气体）：严格遵守气态方程的气体。（52页）
9. surface tension （表面张力）：液体自由表面上存在一种沿液体表面，使液体表面具有收缩倾向的力。（64页）
10. additional pressure （附加压强）：弯曲液体因挤压而受到的一个额外压强。（67页）
11. internal energy （内能）：物体或系统内分子的各种运动的动能与势能的总和，叫做物体或系统的内能。（75页）
12. electric field （电场）：电荷及变化磁场周围产生的一种特殊物质。（96页）
13. electric potential （电势）:在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量之比，叫做这点的电势。（104页）
14. electrocardiogram （心电图）：心电图是指通过心电描记器从体表引出的多种形式的心脏心动周期的电位变化图形。（121页）
15. magnetic field （磁场）：存在于运动电荷(本文来自：WwW.xiaOCaofAnweN.Com 小草范文 网:医用物理学论文心电图)或电流周围的一种特殊物质。（126页）
16. circuit （电路）：指电流所流过的路径。（155页）
17. current intensity （电流强度）：电流的大小称为电流强度。
18. series （parallel）connection （串联）：电路中的元件或部件排列得使电流全部通过每一元件或部件而不分流的一种电路连接方式。是连接电路元件的基本方式之一。
19. simple harmonic vibration （简谐振动）：质点在弹性力（或准弹性力）作用下所做的振动称为简谐振动。（184页）
20. damped vibration （阻尼振动）：振幅随时间而减小的振动。（188页）
21. ultrasonic cardiogram （超声心动图）：超声心动图，是一种心脏超声波检查，它使用标准的超声波技术显示心脏的二维图片。（维基百科）
22. stethoscope （听诊器）：听诊器是一种医学仪器，用来聆听人体或动物体内的声音。（维基百科）
23. auditory region （听觉区域）：由听阈曲线、痛阈曲线，20Hz、20000Hz线所围的范围叫做听觉区域。（212页）
24. threshold of hearing （听阈）：能引起听觉的最低声强。（211页）
25. interference，diffraction （干涉，衍射）：光的干涉是指两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终削弱，形成稳
定的强弱分布的现象。光的衍射是指光波绕过障碍物偏离直线传播的现象。（231页，237页）
26. polarized light （偏振光）：指光矢量在一个固定平面内沿某一方向振动的光。（243页）
27. visual distance （明视距离）：在日常工作中，不致引起眼睛过度疲劳的最适宜的距离约为25cm，这个距离叫明视距离。（268页）
28. myopia，hypermetropia （近视眼，远视眼）：近视眼：平行光射入眼睛后成像在视网膜之前。远视眼：平行光射入眼睛后，成像在视网膜之后。（270页，271页）
29. resolving power of microscope （显微镜的分辨本领）：指显微镜能够清晰分辨被观察物体细节的本领，通常用两个可辨点之间的最小距离来表示。（275页）
30. thermal radiation （热辐射）：由热运动引起的辐射现象称为热辐射。（283页）
31. black body （黑体）：吸收率等于1的物体称为黑体。
32. X-ray intensity （hardness）（X射线的硬度）：指的是X射线的贯穿本领。（325页）
33. nuclear decay （核衰变）：原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程。（342页）
34. half life （半衰期）：指放射性核素在数量上衰减一半所经历的时间。（347页）
35. radioactivity （放射性活度）：用来表示单位时间内衰变的核素。（349页）
36. radioactive equilibrium （放射平衡）：指子核衰变的个数与它从母核衰变得到补充的个数相等，使子核个数维持不变的平衡状态（350页）