最近，醫(yī)療界又發(fā)生了一件大事。
先上圖吧：
這個是什么情況？這個白白的圓球是什么？
這帶孔的白色圓球，就是傳說中的核磁共振醫(yī)療儀器。
您還別說，這個事情非常值得科普，因為據(jù)媒體報道，最近在上海某醫(yī)院，一位病人著急把輪椅推進了核磁共振室，瞬間就發(fā)生了上圖顯示的驚人一幕。
很明顯，這個白色大球具有強大的吸引力。
蝌蚪五線譜緊急聯(lián)系上了廣安門醫(yī)院的柳桂勇醫(yī)生，他是專業(yè)從事核磁共振成像的技術專家。
柳桂勇醫(yī)生一上來就告誡“蝌蚪五線譜”，現(xiàn)在醫(yī)學界已經(jīng)不談“核磁共振”了，而只說“磁共振”，因為老百姓“談核色變”，以為這個玩意有“核輻射”。但是，作為一個科普媒體，為了行文方便，我們還是稱這個為“核磁共振”，要還事實以真相。
蝌蚪五線譜為大家捋捋如下關鍵的科學問題：
0：核磁共振儀器不開機也有磁場？
坊間流傳，核磁共振儀器不開機也有強磁場。柳桂勇醫(yī)生對這個說法表示了肯定，他說：“平常機器硬件安裝好后，
就勵磁——就是讓超導機器產(chǎn)生磁場機器里面加入液氦，創(chuàng)造超導環(huán)境，超導基本不耗電，就是機器附帶的壓縮機空調(diào)耗電。平常的關機只是把電腦主機箱關了，并不是把機器關了。機器緊急情況下才讓它失超，就是不讓它有磁性了。如果再讓它產(chǎn)生磁，需要繼續(xù)勵磁，需要差不多100萬左右。”
因此，我們可以知道，核磁共振室是一個長時間都有強磁場的場所。
1：為什么磁場能吸引鐵？
這個問題是比較難的，但可以由“蝌蚪五線譜”自己來說明。磁場對物體可以是吸引的，也可以是排斥的，比如，磁場不能吸引水，只能排斥水。而磁場是可以吸引鐵的。所有物體的內(nèi)部，都有電子，都有被磁場吸引與被磁場排斥的“兩股勢力”，取決于是“東風壓倒西風”，還是“西風壓倒東風”。
從物理上來說，這起因在于電子不但具有軌道角動量，還具有自旋角動量。你可以把軌道角動量看成一個小磁鐵，把自旋角動量也看成是另外一個小磁鐵。這些小磁鐵堆在磁場里，你說是被磁場吸引還是排斥？
2：磁場與數(shù)學王子高斯有什么關系？
磁場強度是有大小的，比如地球也是有磁場的，它的磁場大小大概是1高斯左右。在這里，'高斯'是磁場的單位。高斯是一個大數(shù)學家，曾經(jīng)被稱為數(shù)學王子，但他也研究過磁場。所以，科學家用這個來表示磁場的大小。
數(shù)學王子高斯為什么要研究磁場，個中原因非常復雜，他作為學術泰斗，也搞過一些大地測量。在大地測量的過程中，他發(fā)展了一套描述曲面的幾何學。他也對地磁場有興趣，覺得這是一個“一顆賽艇”的問題。因為描述磁場的是一套偏微分方程，高斯作為數(shù)學大家，當然很熟。電磁學方程中還有所謂高斯定理，來描述一個磁場通過一個曲面的通量，這本來在數(shù)學上只是微積分而已，所以高斯作為數(shù)學大師信手拈來。他就成了研究磁場的大師，因為他吃透了磁場的數(shù)學結構，他甚至還考慮過三個相互嵌套在一起的電流環(huán)所發(fā)出的磁場的結構。這就是扭結理論，美得一塌糊涂。
3：磁場與特斯拉又有什么關系？
這說起特斯拉電動汽車，估計買得起的人極少。
特斯拉是一個人的名字，此人是交流電的倡導者，與愛迪生是同時代的。
這個人研究交流電，因為變化的電流會產(chǎn)生磁場，因此他對磁場也有所了解。后來為了記念他的學術貢獻，把磁場的單位取名為“特斯拉”。某種意義上講，他的光芒被愛迪生掩蓋。
而1個特斯拉等于10000個高斯，對磁場來說是這樣的。什么意思呢，就是換量綱，比如1噸等于1000千克，這個道理是一樣的。
4：核磁共振的磁場有多強？
這里要說一下核磁共振儀器的典型磁場到底有多強。
大概是3個特斯拉，也就是30000高斯吧。（柳桂勇醫(yī)生的一位不愿意透露姓名的同事告訴“蝌蚪五線譜”，一般生產(chǎn)核磁共振成像的醫(yī)療儀器公司是GE跟西門子這樣的外國大公司，中國公司能做這種儀器的還不多。）
這個磁場，是非常強的，是地球磁場的幾萬倍。一般的常規(guī)磁鐵都只能做到1個特斯拉以下的磁場強度，這種3個特斯拉的磁場強度，只能由超導磁鐵產(chǎn)生。最好的超導磁場，能做到10個特斯拉這個級別的磁場強度，這已經(jīng)是我們?nèi)祟惸壳暗目萍寄芰Φ臉O限了。如果你要10000個特斯拉的磁場強度，只能去某些中子星那里了。
如此強的磁場，所以能瞬間把輪椅吸過去。這是很要命的，因此進核磁共振室身上千萬不能有鐵磁性的東西，否則“別人做核磁共振要錢，你做核磁共振要命啊”。
5：為什么需要那么強的磁場？
核磁共振成像，需要強磁場，這個原因說起來也不復雜。
”核磁“是幾個字？
兩個字嘛?。▌偛乓婚_始，柳桂勇醫(yī)生以上告訴我們，現(xiàn)在把“核”字抹掉了，但這對科普不利啊?。?/p>
那就好了，”磁場要強“的原因，就在于”核太弱了“?！焙恕芭c”磁“它們在一起就是兩口子嘛。
這兩口子要在一起，必須要一個強一個弱，否則遲早崩盤。
那么，為什么”核那么弱呢？“
原因還在于，原子核太重了，原子核集中了整個原子99%以上的質(zhì)量，實在是太沉重了。
具體原因，說起來這與原子核的角動量的空間取向在磁場中的”量子化“行為有關。細節(jié)就不多說了，自己去領悟吧，什么叫”空間取向量子化（意思就是分立的狀態(tài)）“，這其實有點象性取向，我們?nèi)祟愐话阒荒芟矚g男人或者女人（是兩個分立的狀態(tài)），不可能去喜歡一個陰陽人（一個含有X% Y%的連續(xù)的狀態(tài)，你不知道這個陰陽人大概含有百分之幾的女性含量）。
6：核磁共振成像儀的技術內(nèi)涵
這種儀器，一般都要幾百萬元一臺，是很貴的。超導磁鐵本來就不便宜啊，所以中國如果要自己的大型對撞機，就需要用很多超導磁鐵，造價就上去了，但作為一個國家的核心技術，超導磁鐵的研制是非常重要的。
柳桂勇醫(yī)生告訴“蝌蚪五線譜”，核磁共振成像的時候利用的是射頻信號（3x42.5 M Hz，在3特斯拉磁場下）被原子核的共振吸收。
某種意義上來說，射頻電磁波被吸收多少，就表示這個區(qū)域有多少水，這個原理其實與CT是差不多的，只不過人家CT用的是X射線（不是共振吸收），而核磁共振成像用的是射頻與強磁場（是共振吸收）。CT背后的數(shù)學變換是所謂拉東變換，而核磁共振成像的射頻信號被線圈接受后，經(jīng)歷的數(shù)學變換是傅里葉變換。
另外，核磁共振涉及到的原子核的激發(fā)，其實與核外電子的激發(fā)發(fā)出光子的過程是完全一樣，其基本原理也就是量子力學。因此，蝌蚪五線譜呼吁每一個愛好科學的年輕人，都學一點量子力學。
如果你懂量子力學，你是絕對不會把輪椅推進核磁共振室的，因為這真的很危險，就算是霍金，也不敢這樣做。
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