功能性磁共振成像的应用和发展前景_final
功能性磁共振成像的应用和发展前景
王君1*刘嘉1，2
1认知神经科学与学习国家重点实验室，北京师范大学，100875
2中国科学院研究生院，北京，100049
摘要：功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging ，fMRI）是当代
医学影像技术应用于脑神经科学研究最为迅速的领域之一。本文首先简要介绍功能
性磁共振成像的基本原理，然后着重叙述该技术在临床和基础研究中的应用和发展
前景。
关键词：功能性磁共振成像脑神经科学临床应用基础研究
Applications of fMRI in Clinical Medicine and Brain Neuroscience
Jun Wang1*, Jia Liu1，2
1State Key Lab of Cognitive Neuroscience and Learning，Beijing Normal University, Beijing, 100875
2Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing，Beijing, 100049 Abstract: Now functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has been more rapidly
applied in clinical medicine and brain neuroscience than some other modern medical
imaging techniques. This paper first briefly introduces the principle of fMRI, and then its
some applications in clinical medicine and brain function research are described in details
together with its some recent developments.
Key words: fMRI Brain Neuroscience Clinical application Basic Research
20世纪90年代以来，在传统磁共振成像（Magnetic Resonance Image， MRI）
技术的基础上发展的功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Image , fMRI）
技术已广泛应用于脑功能的临床和基础研究。fMRI结合了功能、解剖和影像三方面
的因素，为临床磁共振诊断从单一形态学研究到与功能相结合的系统研究提供了强
有力的技术支持。该技术具有无创伤性、无放射性、可重复性、较高的时间和空间
分辨率、可准确定位脑功能区等特点，为脑神经科学提供了广阔的应用前景。
1.fMRI的基本原理
1990年, Ogawa等人根据脑功能活动区氧合血红蛋白（HbO2）含量的增加导
致磁共振信号增强的原理得到了关于人脑的功能性磁共振图像[1]，即血氧水平依赖
的脑功能成像(Blood Oxygen Level Dependent fMRI, BOLD fMRI) 。由于血液动力学
反应与脑神经活动之间存在着紧密的联系，BOLD fMRI 信号与局部脑血流、氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（dHb）含量密切相关。当被特定的任务刺激后（如视觉、运动等），可激活相应的脑功能皮质区，从而引起局部脑血流量和氧交换量的增加，氧的供量大于氧的消耗量，其结果导致氧合血红蛋白含量增加，脱氧血红蛋白含量降低。脱氧血红蛋白具有顺磁特性[2]，可使组织毛细血管内外出现非均匀性的磁场，从而加快质子的失相位，缩短了T2驰豫时间，导致T2加权信号降低。因此当脱氧血红蛋白含量减少时可促使局部的T2加权信号增强，从而获得相应激活脑区的功能成像图[1,3-5]。
fMRI的实验设计主要有两种类型：组块设计（Blocked Design）和事件相关设计（Event-related Design）。组块设计特点是以组块的形式进行刺激，在每一个组块内同一类型的刺激反复、连续呈现，常用于功能定位；事件相关设计特点是随机化设计，常用于对行为事件的研究。
fMRI扫描序列通常采用回波平面成像技术(Echo Planar Imaging, EPI) [4,6]、梯度回波脉冲序列（GRE）[7] 或螺旋成像技术（SPIRAL）[8-9]。梯度回波脉冲序列的成像速度较慢，易受运动影响产生伪影，一般只用于单一刺激的简单运动研究。回波平面成像技术是目前fMRI研究中最常用、最快速的成像方法，可以在极短时间内（数毫秒-数秒）完成脑皮层的功能性成像，可用于多刺激、复杂运动的多功能区成像研究。回波平面成像技术需要梯度磁场的快速转换，因而产生的噪声较大。螺旋成像技术对梯度切换速率要求较低，与回波平面成像技术相比较成像时间分辨率较高。
2.fMRI的临床应用
fMRI在神经外科、神经内科、药理学和精神病学等领域的临床应用十分广泛。
2.1 神经外科应用
2.1.1 脑肿瘤治疗中的应用
利用fMRI可以在切除脑肿瘤术前无创地进行脑皮质功能区的定位，为神经外科医生制定最优化的手术方案提供准确的信息，从而最大限度地切除病灶，最大程度地减少对邻近重要功能皮层的损伤，进而避免正常功能的丧失并对手术的风险进行准确的评估。Krishnan等[10]在两年间利用fMRI辅助神经导航系统手术治疗了54例位于运动区及其附近的肿瘤，结果显示神经功能较术前改善的有16例、无改变的有29例，较术前变差的有9例，并且发现当病灶离被激活的功能区小于5mm 时，病灶不易被完全切除，且易于引起新的功能障碍。
2.1.2 癫痫手术中的应用
fMRI在癫痫手术中的应用已十分广泛。利用fMRI可准确定位癫痫病灶和周围的功能区皮层、指导癫痫手术方式及癫痫病灶的切除范围，从而了解致痫灶与皮层功能区的关系，防止病灶切除后出现永久性的神经功能障碍，对手术前方案的制定和手术后的评估提供客观的依据[11]。Bookheimer等对癫痫患儿术后并发症的研究发现，术前fMRI脑功能区的定位可以最大限度地减少癫痫患儿术后遭受新的神经功能损伤，改善手术的预后[12]。Detre的研究发现fMRI可用于检测精神运动性癫痫患者记忆激活的不对称性 [13]。
fMRI还可应用于脑动静脉畸形、海绵状血管瘤等颅内血管畸形手术，也应用于其它神经疾病手术中，如脑炎、结节状硬化症等的手术，其作用与脑肿瘤和癫痫手术中的作用相似[14]。
2.2 神经内科应用
fMRI在老年痴呆-阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）、脑卒中（Stroke）、多发性硬化(Multiple Sclerosis及帕金森综合症(Parkinson’s Disease)等多种脑部疾病治疗中的应用十分广泛。利用fMRI 可对疾病治疗后的功能恢复、功能性重组进行深入的研究，并且可以定性、定量地检测药物治疗的疗效，为临床诊断、治疗及评估预后提供新的思路。
AD是以记忆障碍和认知障碍为特征的退行性神经疾病，是引起老年痴呆最常见的病因。利用fMRI可作为早期诊断AD的依据之一。Golby等提出早期AD患者的外显记忆与内隐记忆的神经网络系统可能存在分离[15]。Johnson等研究了fMRI 信号变化与脑萎缩之间的联系，结果发现与健康人相比，AD患者左侧额下回的激活与脑萎缩显著相关[16]。Prvulovic等进一步探讨了脑萎缩与激活强度的关系以及AD患者的视空间过程，结果发现健康人在顶上回的激活较强，而AD患者在颞枕叶的激活较强，由此推论出AD患者在顶上回的萎缩导致了激活较弱并且可由背侧的视觉回路进行功能补偿[17]。
2.3 药理学应用
fMRI在药理学中的应用具有很大潜力。fMRI快速、无创性、可重复性的特点有利于跟踪性检测神经性药物的疗效和药理机制，并进一步地对药物作用进行神经解剖定位。大量研究表明药物受体的位置与药物作用的功能区不吻合[18]，采用fMRI技术可直接检测神经系统功能性的变化。Breiter 等利用fMRI对静脉注射可卡因进行了研究，结果表明可卡因注射可导致在胼胝体下皮质、扣带回、脑岛、海马旁区的脑区激活，BOLD信号增强；颞极和内侧额叶皮质BOLD 信号减低, 重复性实验具有相同的激活模式[19]。Stein 等利用fMRI对尼古丁的药物依赖性进行了深入的研究, 结果显示激活的脑区包括脑岛、扣带回、背侧和内侧额叶，以及部分的颞叶、视觉皮层、边缘皮质下区域（杏仁核、下丘脑）[20]。他们的研究表明尼古丁可导致脑功能区的区域性、选择性的激活，并且与药物行为学检测具有时间上的
一致性。
2.4精神病学应用
fMRI具备的无损性、无放射性、可重复性等特点使其在精神病学的研究方面有很大的潜力，可以纵向地跟踪观察精神疾病的发病机制及发展动态，如精神分裂症(Schizophrenia)、抑郁症（Depression）、儿童孤独症（Autism）、儿童注意缺陷多动障碍(Attention Deficit Hyperactivity Disorder, ADHD)等。
大量fMRI研究发现精神分裂症患者产生幻觉的同时听觉系统的颞叶功能区的激活减低[21-22]。在执行词语产生的任务时，Yurgelun-Todd 等发现精神分裂症患者左侧前额叶区的激活减低，而左侧前颞叶区的激活增强[23]。情绪活动的fMRI 研究通常采用可以诱发负性、正性、中性情感反应的图片，刺激并诱发被试者产生相应的情感反应。抑郁症是一种情绪障碍，fMRI研究发现抑郁症患者与健康人相比，除了在前额叶、边缘皮层和扣带回的激活有差异外，还会在其它脑功能区有所变化，如下丘脑、海马、杏仁核及苍白球等[24]。Beauregard等通过fMRI对重度抑郁症患者与正常人进行比较发现前者左侧扣带回的改变显著[25]。Malhi等则发现患者皮层下脑区如：丘脑、岛叶、基底节的激活异常[26]。Sheline等人利用fMRI发现在使用抗抑郁药时患者杏仁核的活动增强[27]。Anand等[28]发现患者前扣带回对皮层下的杏仁核、旁纹状体、丘脑及海马情绪调节环路（Mood-Regulating-Circuit, MRC）的调控能力下降，抗抑郁药万拉法辛治疗可以增强前扣带回的调控作用，从而缓解抑郁的症状。孤独症患者在观察面部表情的图片时小脑、丘脑和颞叶皮质异常激活[29]。结构磁共振成像研究发现儿童注意缺陷多动障碍患者前额叶、基底节、胼胝体、丘脑、小脑等部位体积异常。fMRI研究[29]认为该病患者的功能缺陷可能主要存在于额叶-扣带回前部-基底节环路，前额叶皮层调控的执行功能缺陷是核心缺陷。
3.fMRI在正常人脑功能基础研究中的应用
fMRI在正常人脑功能区（视觉、听觉、嗅觉、运动、感觉及语言等）的基础研究方面均取得了一定的进展。
3.1 视觉系统
对视觉皮层的研究是fMRI应用最早的领域，这主要与视刺激条件易于控制，视皮层激活信号强度相对较大有关。虽然以猴神经生理学为基础对视觉系统进行了大量研究，但其理论还不能完全推断和解释人类复杂的视觉系统的神经机制。运用fMRI则实现了对人类视觉系统相关脑皮层的功能定位、颜色识别、视觉加工等的研究。
Belliveau 等[30]于1991年第一次利用fMRI对人类视觉皮层进行了研究，结果显示在视觉刺激后，在初级视觉皮层的血流容积有显著的增加，并且报导了脑区激活的坐标和线形程度。Zeki等[31]利用fMRI研究了颜色识别过程的传导通路，推测颜色识别过程大致可分为三个阶段：首先V1区和V2区激活，记录不同波长的光线、强度以及波长差；第二阶段位于梭状回内的V4区激活，进行自动的颜色处理，无须记忆、判断和学习；第三阶段颞下叶和额叶激活，进一步识别物体的颜色。fMRI 具有实时及高空间时间分辨率等特点，在研究弱视神经机制方面的前景十分广阔。弱视是在视觉发育期间，由于各种原因造成视觉细胞的有效刺激不足，从而造成矫正视力低于同龄正常儿童。Barnes等应用fMRI对10例斜视性弱视的研究证实，选用不同空间频率光栅刺激时弱视眼对应的皮层激活区较正常眼的减少[32]。
3.2 听觉系统
大量研究表明，利用fMRI 研究人类的听觉系统可信度非常高[33-35]。最初的fMRI研究是用单音或单词作为听觉刺激，表现为位于颞上回的听觉皮层活化。在有噪音的环境下说单词和短文，可在颞上回及沿颞上沟附近引起比单纯噪音环境大得多的明显活化区。利用fMRI可以评估听力丧失患者耳蜗植入术的疗效[36-37]。对于电子耳蜗的刺激，患者初级听觉皮层出现显著的激活。
3.3 嗅觉系统
fMRI可以用来检测嗅觉刺激下脑皮层的反应。嗅觉刺激可引起多个脑区的激活，无明显的半球优势，主要包括额下回、海马、下丘脑、杏仁核、运动前区边缘等区域。研究表明与正常人相比，嗅觉减退者额叶下回、扣带回及海马区对嗅刺激的反应减低；对于不同类型的气味刺激，额叶皮层有特定的激活区域[38]。
3.4 运动感觉系统
利用fMRI可以对简单的运动任务进行躯体拓扑图（Somatotopy）的映射。Rao、Jack及Yousry等研究组运用fMRI发现了与脸部、手、手臂和脚相关的运动感觉皮层的拓扑图[30-41]。研究表明对侧初级运动皮层(M1)（中央前回）为主要运动执行区，双侧辅助运动区(SMA)、运动前区(PMA)、基底节及同侧小脑等功能区参与运动准备及运动执行，且各脑区在功能上有一定差异。Nitschke与Honda等还确认了与眼动、腕动、踝动、舌动相关的小脑运动感觉拓扑图[42-43]。
Karni等利用fMRI研究了序列运动学习对初级运动皮层的影响[44]。在学习初期的快速学习阶段，初级运动皮层的激活强度逐渐减弱；而在学习后期的慢速学习阶段，该运动皮层的激活强度逐渐增强。采用类似的学习任务时，Toni等观察到双侧辅助运动区和右顶叶的激活强度随着学习的进行先逐渐增强后逐渐减弱[45]。快速学习体现了神经元之间基本联系的建立，而慢速学习则是一个继续巩固和发展的过程[46]。
利用单纯的感觉刺激发现激活脑区包括初级感觉皮层(S1)（中央后回）、顶上小叶及岛盖部。fMRI发现慢性疼痛综合征患者在主观痛知觉阶段与痛觉活化有关的皮层区位于疼痛同侧的颞叶和岛盖，而对侧的皮质及丘脑明显受到抑制。应用fMRI可以研究针灸刺激下的中枢神经通路，这预示着fMRI对进一步揭示针刺止痛与内源性疼痛调节环路的机制开辟了一条新的途径[47]。
3.5语言系统
语言功能包括阅读、听、理解、书写和言语。利用fMRI发现正常人的语言功能活动区存在明显的左侧优势，主要位于额前叶、颞叶及丘脑内囊区，并且无性别差异[48-49]。在口述语言时可引起额叶、颞叶及扣带回前部兴奋，词语生成可引起扣带前回、左侧Broca区、左侧背侧额叶皮质、左侧颞后回、双侧丘脑及双侧基底节兴奋[50]。在处理词汇和语义方面左侧的颞下回兴奋[51]。Fumitaka等发现左下前额皮质三角部和眶额部参与语义信息的选择和整合[52]。Jonathan等研究显示当快速读出句子时前扣带回和前运动皮质区被激活[53]。Kim等[54]在研究双语机制时发现，在12个正常成年的双语被试者中第一语言（native language）与第二语言（second language）的激活区在空间上存在明显的差异，平均距离相差6.4毫米，前者位于后者的内后侧，进一步揭示了双语者的大脑如何处理不同的语言，从而推进了利用fMRI对第二语言学习的全方位研究。
3.6 记忆系统
人类记忆是一种复杂的认知过程，分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆。瞬时和短时记忆与海马环路有关，即内侧颞叶记忆系统，而长时记忆与额叶的腹内侧（包括眶额皮质、额叶内侧及扣带回）有关[55]。Stern 等发现在长期明晰记忆时双侧海马区及颞枕交界区信号明显升高；在语义记忆时信号从前到后呈递减状变化；在工作记忆时额叶背外侧区为较恒定的激活区，而内侧颞叶的激活则较不恒定[56]。
4. fMRI的发展前景
目前fMRI技术已广泛应用于脑的基础研究和临床治疗，可以对脑功能激活区进行准确的定位。利用静息fMRI还可以研究不同脑区之间的功能相关性（functional connectivity），脑部在静息状态下自发的低频活动的同步化现象广泛存在于听觉、视觉和工作记忆系统内。fMRI与弥散张量成像（DTI）、脑磁图（MEG）、经颅磁刺激（TMS）等技术相结合，可得到更多的脑功能活动信息。弥散张量成像可在三维空间内定量分析组织内的弥散运动，利用各向异性的特征无创跟踪脑白质纤维束，fMRI 与弥散张量成像技术可以建立激活区域的功能连接网络图，有利于解释结构与功能之间的关系；脑磁图主要反映神经细胞在不同功能状态下产生的磁场变化，可以提供脑功能的即时信息和组织定位，fMRI与脑磁图技术相结合可以弥补其时间分辨率的不足，可解决脑区域性活动的时间问题；经颅磁刺激可以无创地在皮层产生可传导性电流，从而对刺激位点或有突触联系的远处皮层兴奋性产生抑制或易化，新一代的无框架立体定位式经颅磁刺激技术可以整合fMRI 的结果，将广泛应用于脑损伤和其它疾病的功能神经外科手术中。随着fMRI和图像后处理技术的不断改进和完善、
高场磁共振机的发展，能够使fMRI试验的可重复性和空间定位的准确性大大提高，在脑神经科学、认知和心理等方面的临床和基础研究中的应用将更加深入与广泛。
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核能的利用与发展
核能的利用与前景 摘 要 本文简要介绍原子核的质量亏损和结合能、核子的平均结合能与规律等核能利用原理及核能发电、供热的应用，并对核能聚变前景进行展望。 关键词 核能 质量亏损 结合能 1、引言【1】 人类赖以生存的地球,正在超负荷运行。不仅人口在增长,而且社会发展对能源的需求正以惊人的速度增长。而靠大量燃烧石化燃料获得能源的同时,也给现代社会带来了许多难以解决的灾难性问题：能量资源短缺,森林植被遭破坏,大气、水系、土壤被污染,二氧化碳增多导致的温室效应使自然灾害增多等等。在保护和改善环境的前提下开发利用新兴能源,是人类生存和社会发展的必然趋势。20世纪30年代,随着对原子核研究的深入,人类发现了原子核内蕴藏着巨大的可开发的能量,并开始和平利用原子能的研究。经半个多世纪的努力,迄今世界上已有30多个国家建造核电站440多座,发电量占全球的18%。与火电相比,核电是廉价、洁净、安全的能源。随着将来受控热核聚变的成功,核能必然成为未来的能源支柱。 2、原理 2.1、原子核的质量亏损和结合能【1】 原子核都是由质子和中子组成的,质子和中子统称核子。实验数据发现任何一个原子核的质量总小于组成它的所有核子的质量和,也即核子在组成原子核的过程中,发生了质量亏损,其亏损等于核子结合为核时质量的减少,用△M 表示。 根据爱因斯坦质能方程2E mc =,可知自由核子在结合成原子核时要释放能量,这个能量称为原子核的结合能B 。2()p n B ZM NM M C =+-,其中M p 、M n 、M 分别为质子、中子、原子核的质量。 2.2、核子的平均结合能与规律【1】
质子和中子结合为原子核时放出 的总能量除以质量数A,称为核子的平 均结合能E 。其物理意义是自由核子结 合成原子核时平均每个核子释放的能 量;也可以理解为核分散成核子时,外 界必须对每个核子作功的平均值。E 的 大小可以表征原子核稳定的程 度。平均结合能越大，表示这些 原子核越稳定。核子数较小的轻 核与核子数较大的重核，平均结 合能都比较小，中等核子数的原 子核，平均结合能较大，表示这 些原子核较稳定。当平均结合能 较小的原子核转化成平均结合 能较大的原子核时，就可释放核 能。 图1中表示出各种不同核的平均结合能对质量数A 的分布曲线。从曲线图分析可知中等原子核的平均结合能较大,轻核和重核的平均结合能较小。这说明当一个重核分裂成两个中等质量的原子核时或者当两上很轻的核聚合成一个较重的核时,将有能量的释放,此能即为原子能,又称核能。重核的裂变和轻核的聚变是获取原子能的两条主要途径。 2.3、核裂变【2】 核裂变，又称核分裂，是指由重的原子（铀y óu 或钚b ù）分裂成较轻的原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站或是核能发电厂的能量来源都是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见，加 热后铀原子放出2到4个中子，中子再 去撞击其它原子，从而形成链式反应而 自发裂变。如图2所示。 2.2、核聚变【2】 核聚变是指由质量小的原子 （主要 图1：平均结合能图 图3 ：核聚变示意图 外来中子 铀-235 裂变 辐射 中子 链式裂变反应 图3：裂变反应示意图
医学功能成像技术
医学功能成像技术 第二讲功能性磁共振成像 吕维雪 本讲座撰写人吕维雪先生浙江大学教授 解剖结构的磁共振成像已经在临床和研究中被普遍接受了功能性磁共振成像做脑功能定位的出现更进一步扩大了磁共振成像技术在临床上的作用这一新技术可以通过检测神经活动对局域血流流量以及氧饱和的影响产生被激活脑区的图像它对于进一步理解脑的结构功能和病理学之间的关系有重要的作用而且该技术是无损的能很容易地和现有的临床实践集成所以受到了很大的重 视 仅有结构成像技术是不能确定功能性的神经解剖学的已经证明即使在正常人中其脑的中央沟都有很大差异这种情况当存在脑肿瘤时变得更为严重这 时会有质量效应和功能性的重新组织能做功能性定位的技术可以在畸变和脑解剖不确定的场合下提供有临床意义的信息 在对脑肿瘤做手术治疗时功能性成像也是很有价值的在很多场合中需要对主要的功能性皮层做精确的定位以便能最大程度地切除病态组织而使术后的神 经性后遗症减到最少术前能确定主要的功能区对于评价手术是否可行和手术的 方案都有重要意义 术前关键功能区的定位是功能性磁共振成像立即可以对临床有用的领域 fMRI可以在医院现有的MRI扫描仪上做功能区定位的常规检查图像的采集和处理时间基本上和结构性MRI检查类似除了这种应用以外fMRI对许多心理学和认知异常方面的理解和治疗也有潜在的临床价值 一功能性磁共振的原理 要了解功能性磁共振需要熟悉磁共振的物理原理它决定了信号的特性并由这些信号形成图像 1990年Seiji Ogawa首先报道了在磁共振图像中发现了血液氧合对T2*的影响他注意到当血液氧合降低时皮层血管变得更清楚了他知道这是由于去氧基血红素造成局域磁场不均匀的结果并把这一方法称为BOLD(Blood Oxygenation
马克思主义基本原理-核能对人类社会发展的影响
核能对人类社会发展的影响 刘xx （北京理工大学机械工程及自动化 xxxxx） 摘要核能是一种高效、清洁的能源。介绍了核能的发展历史以及产生的基本原理。核能在核电站、医疗、核动力装置、核武器的相关技术原理，还有核能在这四个方面对人类社会生产、生活、管理、建设的影响。 关键词核能核电站医疗核动力核武器 从古至今，人类都在消耗能源，各种各样的能源，最常见、使用最长久的就是化石燃料，包括木材、煤矿、石油等，到近代人类发现了中子撞击铀会产生巨大的能量，于是乎核能产生了。 1 核能产生原理 首先先介绍一下核能（Nuclear Energy）的概念，核能又称为原子能，是由组成原子核的粒子之间发生的反应，转化其质量从原子核中释放出的能量。 1905年，阿尔伯特·爱因斯坦提出狭义相对论，之后作为推论，又提出质能方程E=mc2，（其中E=能量，m=质量，c=光速常量）。 原子核是由中子和质子构成。每个中子和质子都有自己的质量。但一个原子核的质量不完全等于每一个中子和质子的质量和。这两者的质量差根据爱因斯坦的质能方程，可以算出由中子和质子形成原子核的过程中释放的能量。 当重原子裂变成两个或多个原子时，生成原子的结合能总和会大于原来重原子所具有的结合能，此间的差值便会以热能的形式释放出来，这便是核裂变反应。反之，当几个轻原子结合，合成原子的结合能大于原本所有原子结合能之和，这便是核聚变反应放出能量的来源。总的来说：核能是通过三种核反应之一释放：1.核裂变。打开原子核的结合力。2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。3、核衰变，自然的慢得多的裂变形式。 原子能比化学反应中释放的热能要大将近5千万倍：铀核裂变的这种原子能释放形式约为200，000，000电子伏特，而碳的燃烧这种化学反应能量仅放出4．1电子伏特。 核能是人类历史上的一项伟大发现，但是由于其巨大的能量具有强大的应用潜力如果应用不当，落入反和平人士的手中，其高强度能量就有可能成为全人类的灾难。核能就像是一个天使与魔鬼的结合体，人类一直在寻找一种途径能够通过利用核能解决日益加剧的能源短缺问题，但是有震慑于它的可怕威力，稍不注意就会造成难以估量的损失（日本福田核电站事件）。 核能在社会发展（社会生产、管理、建设、生活）中发挥了巨大的作用。目前而言，核能的应用主要集中在核电站、医疗、小型核动力装置、核武器这四种形式。 2 核能发电
核磁共振成像实验报告
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 姓名 同组者： 教师： 核磁共振实验 【实验目的】 1、理解核磁共振的基本原理； 2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系，并掌握拉莫尔频率的测量方法； 3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程； 4、掌握弛豫时间的计算方法，并反演 T1和T2谱。 【实验原理】 一．核磁共振现象 原子核具有磁矩，氢原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动，如图1所示。 图1 质子磁矩的进动 在主磁场中，宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（Larmor ）方程：. 0/2f B γπ= 二、施加射频脉冲后(氢)质子状态 当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态。施加的射频脉冲越强，
持续时间越长，在射频脉冲停止时，M离开其平衡状态B0越远。 如用以Ｂ０为Ｚ轴方向的直角座标系表示Ｍ，则宏观磁化矢量Ｍ平行于ＸＹ平面，而纵向磁化矢量Ｍｚ＝０，横向磁化矢量Mxy最大，如图2所示。这时质子群几乎以同样的相位旋进。施加180°脉冲后，Ｍ与Ｂ０平行，但方向相反，横向磁化矢量Ｍｘｙ为零，如图3所示。 图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大 图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0 三、射频脉冲停止后（氢）质子状态 脉冲停止后，宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态，这个过程称之为“核磁弛豫”。当90°脉冲停止后，Ｍ仍围绕Ｂ０轴旋转，Ｍ末端螺旋上升逐渐靠向Ｂ０，如图4所示。 图4 90度脉冲停止后宏观磁化矢量的变化 1. 纵向弛豫时间（T1） 90°脉冲停止后，纵向磁化矢量要逐渐恢复到平衡状态，测量时间距射频脉冲终止的时
核磁共振成像实验报告
核磁共振成像实验 【目的要求】 1.学习和了解核磁共振原理和核磁共振成像原理； 2.掌握MRIjx 核磁共振成像仪的结构、原理、调试和操作过程； 【仪器用具】 MRIjx 核磁共振成像仪、计算机、样品（油） 【原 理】 磁共振成像（MRI ）是利用射频电磁波（脉冲序列）对置于静磁场B 0中的含有自旋不为零的原子核（1H ）的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈检测技术获得物质的组织驰豫信息和氢质子密度信息（采集共振信号），用梯度磁场进行空间定位、通过图像重建，形成磁共振图像的方法和技术。 具体的讲，核磁共振是利用核磁共振现象获取分子结构、样品内部结构信息的技术。当具有自旋的原子核的磁矩处于静止外磁场中时会产生进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋的原子核会吸收特定频率的无线电射频电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。在停止射频脉冲后，原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被物体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就是做核磁共振成像过程。 MRI 的特点： ● 具有较高的物质组织对比度和组织分辨力，对软组织分辨率极佳，能清晰地显示软组织、软骨结构，解剖结构和医学上的病变形态，显示清楚、逼真。 ● 多方位成像，能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像。 ● 多参数成像，获取T 1加权成像（T 1W1）：T 2加权成像（T 2W2）、质子密度加权成像(PDW1)，在影像上取得物质的组织之间、组织与变化之间T 1、T 2和PD 的信号对比，在医学上对显示解剖结构和病变敏感。 ● 能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。 ● 以射频脉冲作为成像的能量源，不使用电离辐射，对人体安全、无创。 一、核磁共振原理 产生核磁共振信号必须满足三个基本条件：（1）能够产生共振跃迁的原子核；（2）恒定的静磁场（外磁场、主磁场）B 0；（3）产生一定频率电磁波的交变磁场，射频磁场（RF ）；即：“核”：共振跃迁的原子核；“磁”：主磁场B 0和射频磁场RF ；“共振”：当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振跃迁。 1. 原子核的自旋和磁矩 原子核由质子和中子组成，原子核有自旋运动，可以粗略的理解为原子核绕自身的轴向高速旋转的运动，对应有确定的自旋角动量，反映了原子核的内禀特性。自旋的大小与原子核中的核子数及其分布有关，质子数和中子数均为偶数的原子核，自旋量子数I=0，质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。原子核自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I 决定， )(1+=I I l I 。 原子核具有电荷分布，自旋时形成循环电流，产生磁场，形成磁矩，磁矩的方向与自旋角动量方向一致，大小I P γγμ==，P 是角动量，γ是磁旋比，等于
FMRI脑功能磁共振成像的原理及应用进展
ＦＭＲＩ脑功能磁共振成像的原理及应用进展 功能磁共振是在磁共振原理的基础上根据人脑功能区被信号激活时血红蛋白和脱氧血红蛋白两者之间比例发生改变，随之产生局部磁共振信号的改变而进行工作的。凭借其具有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可在活体上重复进行检测等优点已广泛应用于脑功能的研究。 1 磁功能磁共振概述 磁共振功能成像(function magnetic resonance imaging，FMRI)是目前脑功能研究中的一个热点。20世纪90年代后，BOLD（blood oxygenation level dependent）磁共振功能成像已广泛应用于脑功能的研究。其优点是就有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可以在活体上重复进行检测。理论上讲，凡以反映器官功能状态成像为目标的磁功能成像技术都应称之为功能磁共振成像。目前，临床上已较为普遍使用的功能成像技术有：各种弥散加权磁共振成像技术（diffusion-weighted imaging，DWI），各种灌注加权磁共振成像技术（perfusion weighted imaging，PWI），磁共振波谱和波谱成像技术（blood oxygenation level dependent，BOLD）。观察脑神经元活动和神经通路的成像技术时，这种成像技术应叫做脑功能磁共振成像（FMRI），它一般包括水平依赖成像；脑代谢测定技术成像；神经纤维示踪技术如弥散张量和磁化转移成像。 1.1 FMRI的基本原理：FMRI的方法很多，主要包括注射照影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）法，目前应用最广泛的方法为BOLD法：血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白[1]，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响，氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响，去氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，可产生横向磁化磁豫缩短效应（preferential T2 proton relaxation effect，PT2PRE）。因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加权像信号减低。当神经元活动增强时，脑功能区皮质的血流显著增加，去氧血红蛋白的含量降低，削弱了PT2PRE，导致T2加权像信号增强，即T2加权像信号能反映局部神经元活动，这就是所谓血氧水平依赖BOLD[2]效应，它是FMRI基础[3]。 梯度回波成像（gradient recall echo，GRE）是FMRI的常规脉冲序列，它对磁化效应引起的T2效应非常敏感，梯度回波脉冲序列使用单次激发小翻转角射频脉冲和极性翻转的f编码梯度场，在采集信号过程中，由于梯度场引起的去相位就会完全被再聚集，而回波信号则取决于组织的T2。在信号采集过程中，GRE 与SE序列相似。都是通过多次反复采集回波信号完成全部的相位编码和数据采集。ＧRＥ扫描对流空现象，扩散现象以及对功能成像非常重要的Ｔ２效应等诸
核能利用与发展论文
核能利用与发展趋势 学校：东北农业大学 学院：工程学院 班级：机化1302 学号： 姓名：
核能利用与发展趋势 Unclear energy utilization and development trend 摘要核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式，目前，我国核电已由起步进入发展阶段，具有自主设计建造第一代核电的能力，我国已做出积极推进核电发展的重大决定，加快我国核电建设，提高核电在电力供给中的比重，这将有助于缓解电力增民与交通运输的矛盾，核能利用的发展前景将越来越广阔。 关键词核能利用前景核能发展核电 1.核电概述 核能的发展和利用是20世纪科技史上最杰出的成就之一。它通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc2，该方程式表明，质量和能量是等价的，其比例常数为光速的平方。在核能的利用中，核电厂的发展是相当迅速的，己被公认为是一种经济、安全、可靠、干净的能源，核动力技术在多数发达国家得到了巨大发展，也在很多发展中国家获得了广泛的认可。根据能源需求和能源生产结构，我国政府己制定了积极发展核电的方针，建设了秦山和大亚湾两大核电基地，中国核电建设的安全策略取得了成功。 2.核能发电 核能是原子核结构发生变化是释放出来的能量。目前人类利用核能主要有三种——重元素的原子核发生裂变和轻元素的原子核发生聚合反映时释放出来的核能或是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程，它们分别为核裂变能、核聚变能和核衰变。核裂变能 核裂变，又称核分裂，是指由较重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的（原子序数较小的）原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用钚-239为原料制成。而铀-235裂变在核电厂最常见。 重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，同时释放出数个中子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子，从而形成链式反应而自发分裂。原子核裂变时除放出中子还会放出热，核电厂用以发电的能量即来源于此。 由于每次核裂变释放出的中子数量大于一个，因此若对链式反应不加以控制，同时发生的核裂变数目将在极短时间内以几何级数形式增长。若聚集在一起的重核原子足够
磁共振成像技术模拟题13
磁共振成像技术模拟题13 单选题 1. 部分容积效应是由于 A.病变太大 B.矩阵太小 C.信噪比太低 D.扫描层厚太薄 E.扫描层厚太厚 答案：E [解答] 层厚增加，采样体积增大，容易造成组织结构重叠而产生部分容积效应。 2. 关于矩阵的描述，不正确的是 A.矩阵增大，像素变小 B.增加矩阵可提高信噪比 C.常用的矩阵为256×256 D.增加矩阵会增加扫描时间 E.矩阵分为采集矩阵和显示矩阵两种 答案：B 3. 关于流动补偿技术的叙述，不正确的是 A.降低信号强度 B.T1加权时不用 C.常用于FSE T2加权序列 D.用于MRA扫描(大血管存在的部位) E.可消除或减轻其慢流动时产生的伪影，增加信号强度
答案：A [解答] 流动补偿技术用特定梯度场补偿血流、脑脊液中流动的质子，可消除或减轻其慢流时产生的伪影，增加信号强度。 4. 关于回波链长的描述，不正确的是 A.在每个TR周期内出现的回波次数 B.常用于FSE序列和快速反转恢复序列 C.回波链长，即ETL D.回波链与扫描的层数成正比 E.回波链与成像时间成反比 答案：D [解答] 回波链越长，扫描时间越短，允许扫描的层数也减少。 5. 下列哪一种金属物不影响MRI扫描 A.心脏起搏器 B.体内存留弹片 C.大血管手术夹 D.固定骨折用铜板 E.固定椎体的镍钛合金板 答案：E [解答] 体内具有非铁磁性置入物的患者是可以接受MRI检查的。 6. 关于细胞毒素水肿的叙述，不正确的是 A.白质、灰质同时受累 B.T2WI之边缘信号较高 C.钠与水进入细胞内，造成细胞肿胀 D.细胞外间隙减少，常见于慢性脑梗死的周围
核能发展的利与弊
核能发展的利与弊 吴瀚 中国石油大学（华东)信息与控制工程学院电气1605 1605030521 摘要：随着社会的发展，人们对于能源的需求越来越多，然而地球上的化石能源正越来越少，并且带来了许多环境问题。所以，我们继续一种新的相对清洁的能源，而核能恰好符合这些条件。诚然，核能作为新生事物，必然有其两面性。它所带来的运行与废料处理问题不容忽视，但我们可以加速技术的研发，解决这些问题，让核能能更好地为我们服务。 关键词：核能、利弊、发展历程、解决方法 引言：19世纪末，英国物理学家汤姆逊发现电子。从此，人们开始逐渐揭开原子核的神秘面纱。在1895年德国物理学家伦琴发现了X射线，紧随其后的是法国物理学家贝克勒尔于1896年发现了放射性。到了1898年居里夫人与居里先生发现放射性元素钋。经过三年又九个月的艰苦努力，居里夫人于1902年又发现了放射性元素镭。在1905年爱因斯坦提出质能转换公式，而到了1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子，之后，1935年英国物理学家查德威克发现了中子。1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象，从此，人们意识到隐藏在核内的巨大能量。于1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。1945年8月6日和9日美国的两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎，伴着巨响，核能终于为世人所熟知。1954年苏联建成了世界上第一座商用核电站——奥布灵斯克核电站。从此人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开核能应用研究。 到2017年，全世界已有30个国家拥有核电站，全球运行核电站数量已有441座，其中绝大部分是压水堆核电站。目前，只有核裂变被用于核能发电，而核聚变，乐观地估计，还需50年实现商业化。由于自然界有很多核聚变所需的氢同位素，且不会产生核废料的问题，所以各国在积极地发展受控核聚变，最著名的便是托卡马克受控热核反应装置。 随着时代的发展，现有的能源已经不能很好地满足。化石燃料的探明量并没有太多的增加，而人们燃烧量越来越多，余下的储量会越来越少。这样，便能很好地解释各国对核能的研究的大力支持。 新生事物都有其两面性，我们应正确认识到核能的优点以及它所可能带来的问题。对这些问题的认真思考，可以让我们更好地控制核反应，处理好带来的问题，让核能转变成高效安全的供电能源，为社会的未来发展提供能源。 一、核能的优点 1、经济方面
磁共振成像技术实验
目录 第一章NM20台式磁共振成像仪硬件概述....................... 错误!未定义书签。 第一节系统硬件框图 ......................................... 错误!未定义书签。 第二节部件接插口.............................................. 错误!未定义书签。 第三节部件连线 ................................................ 错误!未定义书签。 第四节系统开关机 0 第二章NMI20台式磁共振成像仪软件概述 ...................... 错误!未定义书签。 第一节软件界面............................................... 错误!未定义书签。 第二节软件菜单栏介绍....................................... 错误!未定义书签。 第三节软件工具栏介绍 ........................................ 错误!未定义书签。 第四节功能选项卡 ............................................ 错误!未定义书签。第三章部分可开设的实验项目 (2) 实验一机械匀场和电子匀场实验 (2) 实验二测量磁共振中心频率（拉莫尔频率） (9) 实验三旋转坐标系下的FID信号 (16) 实验四自动增益实验 (24) 实验五硬脉冲回波 (29) 实验六软脉冲FID实验 (38) 实验七软脉冲回波 (43) 实验八硬脉冲CPMG序列测量T2 (49) 实验九乙醇的化学位移测量 (54) 实验十自旋回波序列质子密度像 (59) 实验十一自旋回波权重像 (66) 实验十二一维梯度编码成像 (70)
学习心得：关于磁共振成像技术学习的点滴体会
关于磁共振成像技术学习的点滴体会 每一次到医院拜访或会议上讲完课总有老师问该如何学习磁共振成像技术？到底应该看哪本书？这些的确是很多磁共振使用者一个共同的困惑。 坦率的说我和大家有着相同的困惑和痛苦。我是纯学临床医学的，当时大学课程里所学习的唯一一门影像课程就是放射诊断学。其中连CT的内容都没有，就更别提磁共振了。毕业后从事放射诊断工作，渐渐的接触到CT和磁共振诊断内容。 相比于其他影像学设备而言磁共振成像技术原理复杂，也更具多学科交叉的属性。由于我们大多数影像科医生在大学阶段渐渐淡化了数学和物理学等的学习，所以这给我们学习磁共振成像技术带来了很大挑战。那么，以我个人的经验看我们到底应不应该学习磁共振成像技术？我们又该怎样学习磁共振成像技术且能学以致用呢？在此，谈一点个人体会。需要提前声明这些绝不是什么经验，仅仅想以此抛砖引玉而已。 Q1 作为读片医生或者磁共振操作者，到底有没有必要学习磁共振技术？ 显而易见，答案是肯定的。 磁共振成像技术非常复杂，学习起来耗时耗力，很容易让人望而却步、从而采取消极抵抗策略。但是我要告诉所有有这些想法的老师如果这样做牺牲的一定是自己。大家知道随着磁共振成像设备性能的不断进步和完善，新的技术也层出
不穷，然而非常遗憾的是，真正能把这些新技术用起来的医院少之又少。究其原因就是因为使用者因为不了解这些新技术就主观上产生了畏难和恐惧心理。 事实上，要能真正快速理解、掌握新技术，就必须要有扎实的基础知识。我要告诉大家一点：所有的新技术都是在常规序列基础之上衍生出来的，如果我们有夯实的基础，那么面对每一个新技术你只需了解它的革新和变化点即可，而且通过与相关传统技术对比你也更容易感觉和认识到这些新技术的临床优势可能有哪些。这些对于你的临床和科研切入都至关重要。 我常常见到一些从事某项课题研究的医生或研究生，当深入谈及其课题所采用的相关技术时却没有完整或清醒的认识，每一天都懵懵懂懂的在盲目的扫描着。我不理解这样的研究工作乐趣何在？ 另一方面，磁共振本身作为一门多序列多参数对比的成像技术，充分利用好其优势不仅可以大大提高病变的检出率也能为诊断和鉴别诊断提供更特异性的信息。 举个例子： 对于一个怀疑脊髓内病变的患者，如果你在颈椎轴位扫描时还只是墨守成规的扫描了FSE T2加权像，你就很难发现早期脊髓内改变。如果此时你深入了解到梯度回波准T2加权像更有利于显示脊髓内灰质结构，再进一步你还知道在GE 磁共振平台的MERGE序列较常规梯度回波序列更敏感，那你就会根据临床需求而加扫MERGE这个序列了。当然这其中的原因很简单就是因为这些脊髓内病变的含水量没有那么丰富，在FSE序列T2加权像一般TE时间很长导致这些髓内病变的高信号衰减掉了，而在梯度回波我们可以在相对短的时间内获取准T2加
核能与人类未来发展
核能与人类未来发展 张品2012301550041 选择核电吗？大部分科学家认为面对全球变暖的形势，这或许是我们仅有的希望所在。数字表明，许多人对核能的恐惧是不理智的。 大地母亲正处于困境中。大量像二氧化碳这样的气体从发电厂的烟囱和汽车尾气中排到空中，从而影 响了环境，产生温室效应造成全球变暖。不断上升的温度将引起一系列严重的物理变化，海平面升高会淹 没海滨城市和风景名胜地。 不过，为阻止灾难的发生，我们仍大有可为。全球变暖源于我们对煤、石油、天然气这一类含碳燃料 的依赖。只要能避免燃烧这些“化石”燃料，全球变暖便失去动力。那么，怎样才能做到这一点呢? 有一条救生索就在我们眼前，立即抓住它，就可以把地球从全球变暖的严重后果及迫在眉睫的能源短 缺中解救出来。这条救生索已被证明是安全、实用并且廉价的，它就是核能。 洁净高效的核能 你不妨设想自己是一名必须作出决定的政府部长，你面临的问题是：一座能为半个巴黎大的城市供电 的在建新电厂，究竟应使用何种燃料?这样的问题每年都会遇到，答案不外乎是以下几种：煤：需要一条1000公里长的铁路运输线，车厢满载着昂贵的煤炭；电厂向外排放着使地球变热的气 体，总量超过10亿立方米；还产生60万吨有毒粉尘。 石油：需要四五个装载重油的巨型储油罐；油需要从世界上某个不稳定的地区进口；其排放的温室气 体数量与使用煤炭不相上下；外加巨量氧化硫倾泻到大气中，从而转化为酸雨和其他有毒化合物。 天然气：通过轮船或输气管道远距离进口，易发生事故和泄漏；其排放同样造成高污染，并且供气设 施易受恐怖分子袭击。 核能：仅需要装填两卡车载量的铀燃料；从加拿大或澳大利亚这样稳定的国家进口，价格便宜且来源 充足；气体和酸性物质排放等于零；不产生有毒粉尘；产生的高辐射废料只有几桶。 使用核能代替化石燃料的好处是极为明显的。我们都知道这种燃料既安全又清洁，并且高效。眼下西 欧三分之一以上的电力是由137座核反应堆生产的；而全球438座反应堆提供了世界几乎七分之—的电力。 在英国，单单12个核电站就生产了接近全国四分之一的电力，同时还免于产生大约6000万吨二氧化碳(几近 于全国汽车尾气排放量的一半)。
磁共振成像的原理和临床应用
磁共振成像原理与临床应用 一、授课提纲：内容分四个部分：磁共振的发展背景和历史；磁共振的基本原理；磁共振的 安全性和优缺点；磁共振临床应用。 1、背景和发展历史：1946年由美国斯坦福大学的Felix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell发现核磁共振现象，为此获得1952年诺贝尔奖。磁共振的发展史中共有16 位诺贝尔获奖者，分别在物理学、化学和生理医学奖项中夺魁。尤其近几年磁共振 在医学领域中的应用越来越广泛，从单纯的形态解剖学显示向功能和分子影像发 展，从而显示出磁共振的强大潜能。 2、磁共振基本原理：分物理学基础、磁共振的基本序列和图像特点三个方面概述。介 绍了磁化、进动、Larmor公式、静磁场（主磁场）和射频脉冲、驰豫和横向、纵向 驰豫，重复和回波时间、梯度磁场及两个主要基本序列（SE和GRE） 3、高磁场下的安全性：禁忌症和注意事项 4、磁共振的临床应用：包括三个方面，分别是形态解剖学的显示：尤其在细微解剖结 构、动态器官和血管解剖的形态显示上具有独特优势。其次是特殊序列的结构显示，如水成像、磁敏感加权显示，对于胆道、泌尿系和椎管等富有液性成分的结构能清 晰显示管腔内情况，对于梗阻的判断非常直接。最有优势体现在功能解剖学的显示，如脑功能成像，分别从弥散、灌注、波谱和神经网络及分子影像方面加以展示。 二、常用术语 1、共振、自旋磁矩、磁化、进动、Larmor公式 2、T1WI和T2WI、横向和纵向驰豫、重复和回波时间（TR、TE） 3、SE序列和GRE序列 三、磁共振成像过程 ?把病人放进磁场→人体被磁化产生纵向磁化矢量 ?发射射频脉冲（同时进行空间定位编码）→人体内氢质子发生共振从而产生横向 磁化矢量 ?关掉射频脉冲→质子发生T1、T2弛豫（同时进行空间定位编码） ?线圈采集人体发出的MR信号→计算机处理（付立叶转换）→显示图像
核能技术应用及发展
核能技术应用及发展 核能是核裂变能的简称，是由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。核能的释放通常有两种形式，一种是重核的裂变，即一个重原子核(如铀、钚)分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量；另一种是轻核的聚变，即两个轻原子核(如氢的同位素氘)聚合成为一个较重的核，从而释放出巨大的能量。 重核裂变是指一个重原子核，分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量。 所谓轻核聚变是指在高温下(几百万度以上)两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过程，也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。 与重核裂变相比，轻核聚变发电有着无可比拟的优点。 (1)能量巨大。核聚变比核裂变释放出更多的能量。例如，铀-235的裂变反应，将0．1％的物质变成了能量；而氘的聚变反应，将近0．4％的物质变成了能量。 (2)资源丰富。重核裂变使用的主要原料是铀，目前探明的储量仅够使用几十年；而轻核聚变使用的是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量，即“1升海水约等于300升汽油”，地球上海水中就有45万亿吨氘，足够人类使用数百亿年。而且地球上锂储量有2000多亿吨，锂可用来制造氚，足够人类在聚变能时代使用。因此受控核聚变的燃料取之不尽、用之不竭。 (3)成本低廉。1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的1／40。 (4)安全、无污染核。聚变不产生放射性污染物，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会发生爆炸。 但是，实现核聚变的条件十分苛刻，为了使2个原子核聚变，必须使两个原子核的一方或双方有足够的能量，去克服彼此之间的静电斥力，满足这样的条件需要几千万甚至几亿摄氏度的高温。 自20世纪70年代起，世界范围内掀起了托卡马克的研究热潮。目前，全世界有30多个国家及地区开展了核聚变研究，运行的托卡马克装置有几十个。 最近，由中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国共同参与的国际热核反应堆合作计划(ITER)因其最终选址问题再次引起了人们的兴趣。这个被称为“人造太阳”的热核反应堆，不仅因为13万亿日元的巨大投资引人关注，更因为如能在未来50年内开发成功，将在很大程度上改变目前世界能源格局，使人类拥有取之不尽、用之不竭的理想的洁净能源。国际热核实验反应堆是继国际空间站之后最大的国际科学合作项目，我国也已正式加盟。根据计划，世界首座热核反应堆将于2006年开工，2013年前完工。这预示着在能源革命中占有重要地位的核聚变能开发和利用的曙光已出现，核能文明时代即将到来。 虽然目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍处于绝对优势，但此种能源不仅燃烧利用率低，而且污染环境，它燃烧所释放出来的二氧化碳等有害气体容易造成 "温室效应"，使地球气温逐年升高，造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来严重影响。与火电厂相比，核电站是非常清洁的能源，不排放这些有害物质也不会造成"温室效应"，因此能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态
核技术及其应用的发展
核技术与核安全 核动力技术的核心是反应堆技术,反应堆可用来发电,供热,驱动运载工具等.反应堆还可以产生大量中子,故在有些核技术应用中亦可利用反应堆作为中子源,或利用反应堆中子做活化分析,生产放射性核素等."核能工程与技术"和"辐射防护与环境保护"也是"核科学与技术"之下的二级学科. 实际上核技术与核物理是密不可分的,这两个学科在发展过程中始终是互相依托,互相渗透的.同时,作为核探测技术和射线应用技术的基础,研究各种射线和荷能粒子束与物质的相互作用是十分重要的.其相互作用既可以产生物理的变化,也可以产生化学的变化,还可以产生生物学的变化.相应的研究构成了辐射物理学,辐射化学和辐射生物学的主要内容.在核技术的应用中还经常要对放射性核素进行分离,或用放射性核素标记化合物,这属于放射化学的范畴.因此,核技术及应用这一学科与核物理学,辐射物理学,辐射化学,放射化学等学科有密切的联系,其中辐射物理往往也被纳入核技术的范畴内.近年来核技术在医学中的应用得到迅速发展,相应地又产生了医学物理,核医学等学科.另一方面,核技术的研究经常涉及大型仪器设备的研制,其本身又是物理,机械,真空技术,电子学,射频技术,计算机技术,控制技术,成像技术等多种学科和技术的综合.故此核技术充分体现了多种学科的交叉这一特点,是现代科学技术的重要组成部分,也是当代重要的高技术之一.第二次世界大战之后核技术开始大规模地应用到国民经济之中,形成了许多新兴的产业,如辐射加工,无损检测,核医学诊断设备与9放射治疗设备,同位素和放射性药物生产等.据统计,美国和日本的国民经济总产值(GDP)中核技术的贡献约占3%~4%.美国核技术产生的年产值约为3500亿美元,其中非核能部分约占80%. 现代很多科学技术成就的取得都是与核技术的贡献分不开的.仅以诺贝尔奖为例,1931年美国科学家劳伦斯发明回旋加速器,为此获得了1939年诺贝尔物理奖.1932年英国科学家Cockcroft和Walton制造了第一台高压倍压加速器并用其完成了首次人工核反应,获1957年诺贝尔物理奖.此外还有八项诺贝尔物理奖和化学奖是利用加速器进行实验而获得的.在探测器方面,威尔逊因发明云室探测器而获1927年诺贝尔物理奖,其后布莱克特因改进威尔逊云室实现自动曝光而获1948年诺贝尔物理奖,鲍威尔发明照相乳胶法并用其发现π介子而获1950年诺贝尔物理奖,这之后格拉泽因发明气泡室使粒子探测效率提高1000倍而获1960年诺贝尔物理奖,阿尔瓦雷兹因改进气泡室并用其发现共振态粒子而获1968年诺贝尔物理奖,沙帕克因发明多丝正比室和漂移室而获1992年诺贝尔物理奖.在核分析技术方面,1948年美国科学家利比建立了14C测年方法并为此获得了1960年诺贝尔化学奖,穆斯堡尔因发现穆斯堡尔效应而获1961年诺贝尔物理奖,布罗克豪斯和沙尔因发展了中子散射技术而获1994年诺贝尔物理奖.核技术对于科学发展的重要推动作用由此可见一斑.由于核技术为多种学科的基础研究提供了灵敏而精确的实验方法和分析手段,自20世纪80年代以来各国竞相建造与核技术密切相关的大型科学工程,如大型对撞机,同步辐射装置,自由电子激光装置,散裂中子源,加速器驱动次临界反应堆,大型放射性核束加速器等,其造价动辄数亿美元乃至数十亿美元.美国能源部2003年11月发布研究报告"未来科学的装置",列出了今后20年重点发展的28项大型科学工程,其中基于加速器的有14项,占了一半.我国自改革开放以来先后建造了北京正负电子对撞机,兰州重离子加速器,合肥同步辐射装置等大科学工程,辐照和放疗用电子加速器,大型集装箱探测装置,辐射加工和同位素生产等也已经形成了一定规模的产业. 1 在工业中的应用 核技术的工业应用始于20世纪50年代兴起的辐射加工.辐射加工利用60Co源产生的γ射线或电子加速器产生的电子束照射物料,可引起高分子材料的聚合,交联和 1
核能发展现状及研究报告
核能研究汇报 1.核能的安全性： 核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式,国际核能的应用经历了对核电机组的从第一代到第三代不断改进的过程,目前,国际第四代核能利用系统研究提出了反应堆设计和核燃料循环方案的新概念,我国核电已由起步进入发展阶段,具有自主设计建造第二代核电的能力,我国已做出积极推进核电发展的重大决定,加快我国核电建设,提高核电在电力供给中的比重,这将有助于缓解电力增长与交通运输、环境保护的矛盾,核能利用的发展前景将越来越广阔。 从核能第一次利用至今,已经跨过了半个多世纪,对它的利用已经从由军事用途逐步扩展到民用领域。在当前和平利用的情况下,核能发展给人类带来了诸多好处——高效经济地解决能源危机、快速持续地带来经济效益、深入多元地扩展科技前景以及为人类社会持续发展提供动力,但核能技术是一把双刃剑。在体现优点的同时,核物质本身安全风险、核科技本身安全风险以及核能外部安全风险也给我们敲响了警钟。从伦理学角度有必要利用其实践功能和应用功效来引导、规范人类利用核能的行为,要更安全、可持续的发展核能。正是基于此目的,本文对当前核能发展中的主要弊端：核事故,核走私,企业管理操作者缺失职业道德,核科学家不负责任的行为,放射性污染进行分析,并阐述这些弊端涉及到的伦理问题。提炼了确保核安全利用的四条核伦理原则：和平利用原则、安全无害原则、公开透明原则、利
益与风险均衡原则。最后从政治、经济、文化、科技、环境角度提出相应对策,力图在这些领域内发挥核伦理的实践功能和应用功效,确保核能技术安全利用。 法国没有专门规范新能源问题的法典,其涉及新能源的法律规范主要包括能源基本法、新电力法等综合性法律以及专门性能源立法三类。法国在核能领域的成功依赖于基本法的支持、三级核能监管体制、核废物安全处置法律制度以及信息披露制度。法国在风能、太阳能和生物质能等可再生能源领域也制定了较为详细的法律和政策。我国应借鉴法国的成功经验,健全新能源法律体系并及时、灵活地修订能源法律,因地制宜地确定不同地区的新能源重点发展领域,采取合理的经济激励措施,并在能源开发利用过程中注重保护环境。 2.核能实现方式： 核能是人类最具希望的未来能源之一。人们开发核能的途径有两条：一是重元素的裂变，如铀的裂变；二是轻元素的聚变，如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术，己得到实际性的应用；而轻元素聚变技术，也正在积极研究之中。 人类的能源从根本上说,来自核聚变反应,即发生在太阳上的“轻核聚变”。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应, 即氢弹爆炸。要获得取之不尽的新能源, 必须使这一反应在可控条件下持续进行。为实现可控核聚变有两种方法,一是用托卡马克装置开展“磁约束聚变”的研究。另一条技术路线是20世纪70年代初公开的“包括以激光驱动为主攻方向的惯性约束核聚变(ICF)”。
功能性磁共振成像的应用和发展前景_final
功能性磁共振成像的应用和发展前景 王君1*刘嘉1，2 1认知神经科学与学习国家重点实验室，北京师范大学，100875 2中国科学院研究生院，北京，100049 摘要：功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging ，fMRI）是当代 医学影像技术应用于脑神经科学研究最为迅速的领域之一。本文首先简要介绍功能 性磁共振成像的基本原理，然后着重叙述该技术在临床和基础研究中的应用和发展 前景。 关键词：功能性磁共振成像脑神经科学临床应用基础研究 Applications of fMRI in Clinical Medicine and Brain Neuroscience Jun Wang1*, Jia Liu1，2 1State Key Lab of Cognitive Neuroscience and Learning，Beijing Normal University, Beijing, 100875 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing，Beijing, 100049 Abstract: Now functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has been more rapidly applied in clinical medicine and brain neuroscience than some other modern medical imaging techniques. This paper first briefly introduces the principle of fMRI, and then its some applications in clinical medicine and brain function research are described in details together with its some recent developments. Key words: fMRI Brain Neuroscience Clinical application Basic Research 20世纪90年代以来，在传统磁共振成像（Magnetic Resonance Image， MRI） 技术的基础上发展的功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Image , fMRI） 技术已广泛应用于脑功能的临床和基础研究。fMRI结合了功能、解剖和影像三方面 的因素，为临床磁共振诊断从单一形态学研究到与功能相结合的系统研究提供了强 有力的技术支持。该技术具有无创伤性、无放射性、可重复性、较高的时间和空间 分辨率、可准确定位脑功能区等特点，为脑神经科学提供了广阔的应用前景。 1.fMRI的基本原理 1990年, Ogawa等人根据脑功能活动区氧合血红蛋白（HbO2）含量的增加导 致磁共振信号增强的原理得到了关于人脑的功能性磁共振图像[1]，即血氧水平依赖 的脑功能成像(Blood Oxygen Level Dependent fMRI, BOLD fMRI) 。由于血液动力学