超导核磁共振技术在航天员生命保障中的应用前景探究

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1、航天器环境工程第29卷第5期486SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2012年10月超导核磁共振技术在航天员生命保障中的应用前景探究1,212,32,34王三胜，褚向华，易忠，孟立飞，张丽（1.北京航空航天大学惯性技术重点实验室，北京100191；2.可靠性与环境工程技术重点实验室，北京100094；3.北京卫星环境工程研究所，北京100094；4.北京鼎臣超导科技有限公司，北京102206）摘要：长期空间飞行会对航天员的身心健康造成一定的不利影响，开展航天员生命保

2、障的研究是非常必要的。核磁共振技术是疾病检查诊断的重要手段，同样在航天员生命保障医疗中将发挥重要的作用。文章结合国内外相关研究进展以及航天员选拔、训练和航天员医监医保的相关知识，探究了超导核磁共振技术在航天员生命保障中的应用前景。关键词：航天员生命保障；磁共振成像；超导体；巨磁阻抗/超导复合磁传感器中图分类号：R852.82文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)05-0486-07DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.05.0030前言将脉冲的射频电

3、信号作用于检测物体，同时激发所需频率范围内所有核的共振，得到一个呈指数衰减在长期载人航天飞行中，空间环境因素（如微[1]的时间响应函数，称做“自由感应衰减”（Free重力、辐射等）会对航天员身心健康造成不利影响，InducedDelay，FID）。通过对FID数据进行傅里叶有必要开展航天医学的医监医保研究。变换得到通常的频率谱，从中获得有用的医学诊断由于磁共振成像（MRI）技术无放射性，是疾信息。病检查诊断的重要手段。尽管MRI技术在航天员生传统的核磁共振仪主要由磁体、射频发射器、命保障方面的应

4、用研究尚处于起步阶段，但其在射频发射线圈、射频接收器、检测线圈、数据记录航天员身体影像诊断上发挥重要作用，应用前景[2]仪、计算机和扫描发生器等组成，如图1所示。磁很好。体用来提供核磁共振所需的静磁场，而静磁场包含1核磁共振成像技术两部分：均匀的主磁场和叠加在其上的梯度磁场，核磁共振（NuclearMagneticResonance，其中梯度磁场在成像时用来对空间信息进行编码。NMR）是指处于静磁场中且具有磁矩的原子核吸在采集信号时让检测物体的不同断面处在不同的收了相应频率电磁波的能量后在相邻能

5、级间发生磁场强度中。处于同一磁场强度断面中的原子核对共振跃迁的现象。检测核磁共振所产生的信号后应着相同的共振频率，即频率与断面建立起对应关经由计算机系统编码处理，实现图像重建，就称系，因此，接收的信号频谱在此频率分量上的信息为磁共振成像（MagneticResonanceImage，MRI）。将只反映这一断面的信息。射频发射线圈用于发射核磁共振仪包括连续波和脉冲傅里叶变换两种类射频脉冲，激发共振。检测线圈用于检测核磁共振型。其中连续波的核磁共振仪已很少使用；而时所产生的磁场信号，接收在其中产生的

6、“自由感脉冲傅里叶变换的核磁共振仪很常见，其原理是应衰减”电压信号。————————————收稿日期：2012-05-16；修回日期：2012-09-10基金项目：国家自然科学基金（项目编号：61171003）作者简介：王三胜（1973—），男，博士学位，副教授，从事导航制导与控制、先进传感技术与系统研究；E-mail：wangsansheng@tsinghua.org.cn。通信作者：褚向华（1988—），男，硕士研究生，E-mail：xianghuachu@163.com。第5期王三胜等：超

7、导核磁共振技术在航天员生命保障中的应用前景探究487外，通过静脉内注射顺磁性造影剂还可以提高血管成像效果，最后造影剂由肾脏排出体外；MRI系统还被用在肝脏疾病诊断和关节疾病诊断方面，由于对软组织有极佳的分辨率，能够实施多方位扫描，而且又是非创伤性的，已成为评价关节病变的首选的、主要的方法，是软骨损伤的最佳无创检查方[9]法；在肝脏诊断方面，由于肝脏存在生理性的呼吸运动，对MRI系统有着更高的要求。图1传统核磁共振仪示意图随着MRI设备的快速发展，MRI数据采集速Fig.1Schematicdia

8、gramoftraditionalNMRdevice度甚至超过了CT血管造影，已得到医学界的广泛2MRI系统在航天员生命保障中的应用探究关注。图2(a)为2003年诺贝尔医学奖获得者[8]航天员在恶劣空间环境中出舱是一项高风险Lauterbur等人设计的磁共振成像仪的使用示意图，的活动，因此对航天员的选拔和训练极为严格。在图2(b)是利用磁共振成像仪对人体进行扫描得到选拔中需要特别关注潜在的心血管疾病、贫血、糖的图像。尿病、遗传疾病、泌尿系统血尿与结石、消化道疾病、鼻窦疾病、口腔疾病以及骨的畸形