Явление ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) было обнаружено в 1938 г. Раби Исааком. На сегодняшний день в медицине более широко используется название МРТ (магнитно-резонансная томография), так как упоминание ядерной реакции в названии пугает пациентов. Явление ядерного магнитного резонанса можно применять не только в физике и химии, но и в медицине: организм человека — это совокупность все тех же органических и неорганических молекул.

За изобретение метода МРТ оба исследователя в 2003 году получили Нобелевскую премию по медицине. Некоторое время существовал термин ЯМР-томография, который был заменён на МРТ в 1986 году в связи с развитием радиофобии у людей после Чернобыльской аварии. В новом термине исчезло упоминание о «ядерном» происхождении метода, что и позволило ему войти в повседневную медицинскую практику, однако и первоначальное название также известно и используется.

Применение в экономике и науке

Томография позволяет визуализировать с высоким качеством головной, спинной мозг и другие внутренние органы. Первые томографы имели индукцию магнитного поля 0,005 Тл, однако качество изображений, полученных на них, было низким.

Виды магнитно-резонансной спектроскопии

В то же время разница между 1.5 Тесла и 1.0 Тесла, и тем более 0.35 Тесла, может быть очень значительной. Это обеспечивает локализацию сигнала ядерного магнитного резонанса и точное соотношение исследуемой области и полученных данных.

Исследование сосудов (магнитно-резонансная ангиография)

Мощность и скорость действия градиентных усилителей относится к одним из наиболее важных показателей магнитно-резонансного томографа. Метод виртуальной эндоскопии нашёл применение в ангиологии, онкологии, урологии и других областях медицины.

Диффузионно-взвешенная томография — методика магнитно-резонансной томографии, основанная на регистрации скорости перемещения меченных радиоимпульсами протонов. Первоначально и наиболее эффективное применение при диагностике острого нарушения мозгового кровообращения, по ишемическому типу, в острейшей и острой стадиях. Сейчас активно используется в диагностике онкологических заболеваний. Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) — метод позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях по концентрации определенных метаболитов.

Исследование в период беременности

Суть метода заключается в том, что при работе определенных отделов мозга кровоток в них усиливается. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения. Следует отметить, что в отсутствие внешнего магнитного поля все состояния с различными μz{\displaystyle \mu _{z}} имеют одинаковую энергию, то есть являются вырожденными.

Резонансные частоты ЯМР в металлах выше, чем в диамагнетиках (найтовский сдвиг). При протекании некоторых химических реакций в магнитном поле в спектрах ЯМР продуктов реакции обнаруживается либо аномально большое поглощение, либо радиоизлучение. Этот факт свидетельствует о неравновесном заселении ядерных зеемановских уровней в молекулах продуктов реакции. В эксперименте, впервые осуществленном на практике Парселлом, образец, помещенный в стеклянную ампулу диаметром около 5 мм, заключается между полюсами сильного электромагнита.

В качестве источника излучения используется радиочастотный генератор высокой добротности. Под действием усиливающегося магнитного поля начинают резонировать ядра, на которые настроен спектрометр.

В отличие от CW-метода, в импульсном варианте возбуждение ядер осуществляют не «постоянной волной», а с помощью короткого импульса, продолжительностью несколько микросекунд. Положение сигнала в спектрах ЯМР характеризуют химическим сдвигом их относительно эталонного сигнала.

Исследование позвоночника

Тогда есть основание ожидать, что частота ядерного магнитного резонанса в каждой точке образца имеет своё собственное значение, отличающееся от значений в других частях. В основе явления лежит наличие у ядер атомов магнитных свойств. И только в 2003 году был изобретен способ использования этого явления в диагностических целях в медицине. При спектроскопии изучаемое тело (то есть тело пациента) помещается в электромагнитное поле и облучается радиоволнами.

Сущность ЯМР-интроскопии (или магнитно-резонансной томографии) состоит, по сути дела, в реализации особого рода количественного анализа по амплитуде сигнала ядерного магнитного резонанса. В 1946 году Феликс Блох и Эдвард Миллз Парселл получили ядерный магнитный резонанс в жидкостях и твёрдых телах (Нобелевская премия 1952 года).