核磁共振（精选十篇）
核磁共振 篇1
1 核磁共振基本原理介绍
核磁共振技术是利用原子核的顺磁性以及与它们相互作用的外加磁场。原子核是一具有自旋而且带电的系统, 所以它们的旋转便产生磁场, 其强度和方向可用一组核磁矩 (M) 的矢量参数来表示。在没有任何外场的情况下, 核磁矩 (M) 是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场影响下, 这个自旋系统被极化, 在极化后的磁场中, 如果在垂直于的方向再加一个交变磁场, 其频率也为, 将会发生共振吸收现象, 即处于低能态的核磁矩, 通过吸收交变磁场提供的能量, 越迁至高能态, 此现象称为核磁共振。
2 仪器各部分构成和功能
本章节介绍核磁共振仪器内部各部分组成, 和各部分如何共同工作产生N M R experiments。描述了核磁共振仪器三个主要组成部分, 对每一个模块的功能进行了解释说明。同时也说明了地面系统的一些重要调整修改。
2.1 MRIL框图介绍
核磁共振仪器由三部分构成, 共同构成仪器串。如下图所示:
(1) D-探头;
(2) D-电子线路短节;
(3) D-电容短节 (能量储存)
探头短节内部含有一个强磁永久磁铁加一个用于预极化钐钴磁铁可以提供静态磁场, 磁铁上面装有调谐射频天线。
核磁电路短节内装有可以产生高能射频脉冲并且对接收到的回波信号进行放大、滤波、解调的电路。还包含有控制刻度通讯和供电电路。
核磁电容短节可以为井下仪提供电能储备, 使得发射器能够短时间内发射大量的能量, 避免了由于电缆电阻的影响短时间无法从地面传输大量能量的困难。
3 核磁共振测井资料质量控制方法
3.1 观测模式参数选择
不同的观测模式不同的参数选择。等待时间TW回波数量NE是两个最重要的参数。这些参数不是任选的TW和地层极化时间相联系, 对孔隙度测量有着直接的影响。如果等待时间不够测出得孔隙度偏小。如果太长则浪费钻井时间。Ne将决定指数衰减曲线的精确程度, 对于T2时间很长 (约1000ms) 的轻质油层尤其如此。有些观测模式十分复杂不建议在现场更改Ne和Tw参数。尤其在使用DHT+TP (MAX) 模式的时候。这两个参数以及观测模式的选择对仪器的负荷周期有很强的影响, 而负荷周期又影响仪器的工作温度。
3.2 正确的主刻度
对于核磁测井来说每一支仪器必须用基本的观测模式和正确的环境来刻度, 复杂的观测模式是将这些基本观测模式刻度组合起来进行测井。
3.3 正确的工作频率
工作频率之所以重要有两个原因:
发射器电路:如果发射器和天线电路没有调整到同一频率发射功率的效率则会降低使得仪器过热, 最终可能损毁仪器。
接收电路:接收器一旦处于一个非常窄的共振频率之外, 效率会极速降低, 结果回波幅度降低信噪比降低。当然如果刻度时候工作频率就不对泽测井就是错的。
扫频:为了保证仪器正确的工作刻度或测井前进行扫频是十分必要的。扫频的时候在软件的控制之下发射频率在一个较宽的范围的变化相应的仪器增益也在变化直到最大增益被找到。然后发射器工作频率则设置为最大增益对应的频率。
3.4 低的振铃噪声
Ring是由永磁体和流经天线的大电流之间相互作用产生的机械噪声, 尽管在探头制作技术已有较大提高, 噪声水平已经大大降低的现在, 一定水平的噪声依然是存在的。尽管这一噪声可以被系统测量到, 可是把噪声水平调整到最小也是必要的否则动态测量的精度将打折扣。
3.5 关注回波串中间的噪声
由于NMR回波信号的幅度特别小, 因此回波串不是一条平滑理想的指数衰减曲线, 而是存在有一定数量的噪声, 为了提高信噪比将一定数量的回波串累加后求得平均值累加得回波串数量称为running average, 累加得次数越多则曲线越平滑。但这样做的后果使得纵向分辨率降低。如果正确的平均累加数选定之后噪声依然很大则有可能使仪器出了问题。
3.6 CHI在目的层应该小于2
回波串上的高频噪声将会伴着CHI值的增加, CHI值是回波数据到指数拟合曲线的标准离差, 是取现拟合好坏的标志。在目标层段CHI值应该保持在2以下, 但是在2和3之间还是可以接受的。在泥岩层段或是井壁垮塌段高值也是合理的。CHI突变或者跳尖则是仪器问题需要检测仪器, 就算是在2以下也不行。
3.7 B1和刻度值保持一致
在核磁测井过程中还有一个重要质量控制曲线就是B1mod曲线, B1mod的值是实时B1经过校正到地面温度的值。这一值必须调节到刻度时给出最大增益B1peak值, 在测井过程中B1mod应该保持在B1peak的5%差值范围内。如果超出这个范围测出的孔隙度将偏小, 信噪比也将偏大。
3.8 其他质量指标
测井过程中还要密切关注其他的探头数据, 以下是这些数据的允许范围。如果这些数据超标则要更换仪器
NOISE和IENOISE将随着增益和B1变化而变化, 但是不应该出现跳尖现象;
R i n g一般应该低于40, 但是除非大于80, 不建议更换仪器。
如果ring大于40却小于80再次下井之前应该修理。
核磁共振研究的历史 篇2
刘志军
（中科院自然科学史研究所，北京 100190；忻州师范学院物电系，山西 034000）
摘要：本文选取不论是对于众多学科的基础理论方面，还是在人类的生产、生活方面都有重大贡献的核磁共振研究作为典型案例进行研究，清晰地呈现出了核磁共振研究鲜明的阶段性特征，以及由这一典型案例所揭示出的基础研究与应用研究之间动态变化着的、复杂的互动关系。最后通过分析和总结，得出了这一典型案例对我国的科技发展和科技创新的一些启示。
关键词：核磁共振；诺贝尔奖；基础理论；应用研究 中图分类号：04－09
1二战结束之前核磁共振实验的发展
1.1核磁共振研究的开端，这个时期主要以物理学的纯基础理论研究为特征 自从十九世纪末，二十世纪初人类对于微观世界的科学探究真正起步后，不论是在实验还是在理论方面都在不断取得突破和进展。正如麻省理工学院物理系电子研究实验室的丹尼尔·克莱普纳（Daniel Kleppner）所说，二十世纪初那些深刻改变了我们的世界观的，物理学天才们的思想和成就，主要是建立在当时重要的物理实验发现之上的[1]。可以说，物理实验是物理基础理论创新和发展的主要源泉和基础。
核磁共振研究是从斯特恩（Otto Stern）的分子束实验开始的。斯特恩（Otto Stern）1888年2月17日出生于德国的索劳（Sorau）。1912年，他从德国的布雷斯劳大学（University of Breslau）获得物理化学博士学位后，作为爱因斯坦的助手，追随爱因斯坦，先后到过布拉格大学和苏黎世大学任教。1914他开始在法兰克福大学工作，职务是理论物理学的无薪教师（Privatdocent），服兵役归来后，1919年斯特恩在法兰克福大学开始和玻恩一起工作，玻恩时任该校理论物理系主任。就在这一年，斯特恩观察到，注入高真空室内的原子或分子沿直线运动，形成一束粒子流，在某些方面类似于光束。使斯特恩成名的实验工作就是由此发展起来的。1919年，斯特恩对银原子束首次应用了这一方法，以检验1850年前后气体中分子速率的理论计算结果。1920年，斯特恩在他的助手彼得·勒特斯和盖拉赫的帮助下，用实验事实无可辩驳地说明了在外加非均匀磁场的作用下，原子的空间取向是量子化的，这就是非常著名的斯特恩－盖拉赫实验。空间量子化的概念是索末菲1916 年为了描述氢原子在外磁场和外电场作用下的行为而引入量子理论的。空间量子化可以满意地描述正常塞曼效应（Zeeman effect）和斯塔克效应（Stark effect），对于解释X射线谱线和说明氦谱问题也起过重要作用。然而在斯特恩－盖拉赫实验之前，一直没有人能够以实验证实空间量子化这一客观事实的存在。这一实验不仅支持了玻尔的定态轨道原子理论，并且也为“电子自旋”概念的提出提供了实验基础，大大促进了分子束（原子束）实验方法的发展。
斯特恩也因为发展了分子束的方法以及发现了质子磁矩这两方面的重要贡献而获得了1943年的诺贝尔物理学奖[2]。
包括斯特恩－盖拉赫实验在内的一系列物理理论及实验成就的取得并没有功利和实用性的技术创新的目标因素在其中。从斯特恩实验研究的资金来源方面，也有力的佐证了这一点。当时正值第一次世界大战刚刚结束，玻恩所主持的物理系资金异常紧张。从1920 年1 月 1 始，玻恩连续面向公众做了多次有偿的关于爱因斯坦广义相对论的报告，从中得到了约七千马克的收入[3]。有了这笔资金作保证，斯特恩的实验才得以正常进行。
美国著名科学史家和科学哲学家库恩在1962年对于斯特恩的访谈[4]，印证了斯特恩当年的科学研究的出发点完全是基于对于物质世界的本质进行探究的好奇心的，很显然他没有也不可能预见到核磁共振实验对于当今人类生产和生活的巨大影响。
1.2核磁共振实验研究在美国的发展，核磁共振开始向应用研究发展
1927年6月，申请到哥伦比亚大学赴欧留学奖学金的拉比（Isidor Isaac Rabi）携妻子海伦踏上了赴欧求学之路。当时，斯特恩已成为了汉堡大学的物理化学教授和实验室主任，并且创建了颇有影响的分子束实验室。见到斯特恩后，拉比将自己对于分子束实验的一个改进思想告诉给了斯特恩，斯特恩立即建议拉比在他的分子束实验室里将这一想法付诸实践。拉比在均匀磁场中完成了他的第一个分子束实验。1929年回到美国后，在哈罗德·尤里（Harold Urey）的帮助下，拉比在哥伦比亚大学创建了分子束实验室。[5]从此，原本专攻理论物理的拉比开始了他一系列成就非凡的核磁共振实验研究。
1944年，拉比由于发明了精确测定了一些核磁属性的方法而获得了诺贝尔物理学奖。到这个时候，世界上仍没有将核磁共振实验技术转向应用研究发展的端倪出现。
在二战之前，美国政府对科技活动的支持仅限于个别领域，对全国科技如何发展，政府并没有形成全面影响的指导政策。基础研究是以民间支持自由发展为主，政府的功能主要体现在立法上。在宪法中规定了要保护发明人的权益。1790 年制定了保护专利的第一部法律。1802 年成立了联邦专利局。1862 年林肯政府通过了《土地赠与法案》(The Land Grant Act)，宽泛地鼓励对教育和研究事业的支持。总的来说，二战前美国基本谈不上什么系统的科技政策，政府主要是对农业部门进行适度的支持[6]。而哥伦比亚大学是一所私立的常春藤盟校，所以拉比的赴欧留学是一种在当时的政策大环境下的个人行为。1963年12月库恩对他进行访谈时，拉比回忆说，他认为在他去欧洲之前，美国本土并没有几个真正懂量子力学的物理学家，他到欧洲学习的主要志向就是要改变美国物理学落后的现状的[9]。在得到在美国访问的海森堡的推荐，回到哥伦比亚大学当讲师后，拉比能建立分子束实验室在很大程度上得益于尤里（Harold Urey，一个1934年获得诺贝尔奖的化学家）的慷慨捐助。尤里将自己7600美元的诺贝尔奖金的一半给了资金遇到困难的拉比，他对别人说：“那个人（拉比）将会获得诺贝尔奖”[7]。
2二战结束之后核磁共振实验技术的发展
2.1核磁共振开始真正进入实用技术领域
接下来对核磁共振研究的理论和实验作出卓越贡献的物理学家是布洛赫（Felix Bloch）和珀塞尔（Edward Mills Purcell）。
与拉比一样，珀塞尔成长于美国本土，作为交换生，1934年珀塞尔到德国卡尔斯鲁厄理工学院（Technische Hochschule, Karlsruhe）跟随光谱学教授卫泽尔（Walter Witzel）学习了一年。回国后，1938年在哈佛获得了博士学位。布洛赫出生于瑞士的一个犹太人家庭，1928年，在莱比锡师从海森堡获得了理论物理学的博士学位。1933年，迫于形势，移居美国接受了斯坦福大学的一个教职。
二战是美国科技政策的一个重要转折点。
二战期间，美国政府向麻省理工学院的辐射实验室（Radiation Laboratory）注入资金，罗斯福总统任命万尼瓦尔·布什为这一实验室的领导人，率领一大批物理学家从事军事研发的工作，这其中就包括拉比、布洛赫和珀塞尔。这一实验室无疑对美国在战后物理学的研究和发展影响深远，意义重大。也正是这一时期与拉比等物理学家的合作和交往为布洛赫和珀塞尔在核磁共振领域的研究和贡献打下了坚实的基础。1945年二战刚一结束，分别回到斯 2 坦福和哈佛的布洛赫和珀塞尔就同时用新的方法，在精确测定物质的核磁属性方面取得了突破和进展[8]，并因此而共同荣获了1952年诺贝尔物理学奖。
要强调的是，他们的核磁共振研究并没有政府行为的影响，而且研究所需的经费也不是从政府或是有利益诉求的投资方来取得的。
布洛赫回忆说，当他们想在斯坦福建造一台回旋加速器和购置一些设备时，首先碰到的就是资金来源问题，他们甚至没有得到校方的任何支持和帮助，而最终是从洛克菲勒基金会（Rockefeller Foundation）获取到了资助，而洛克菲勒基金会的宗旨是为了“促进全人类的安康”而进行无偿援助的。并且当时基金会的管理人员也完全清楚布洛赫他们是以纯基础科学研究为目的的[9]。那么同样，当时他们从事核磁共振研究的资金也主要是自筹为主。
1946年7月，帮助军方研究微波雷达的拉塞尔·瓦里安（Russell Varian）也回到了斯坦福，作为物理学教授汉森的实验助手，他却敏锐地意识到了核磁共振技术在化学分析领域的广泛应用前景，捕捉到了其商机所在。虽然布洛赫和汉森对此并不以为然，可瓦里安还是促使他们俩人在1948年共同取得了这一技术的专利权。同年4月，瓦里安兄弟俩共同创建了以核磁共振技术应用为目的的瓦里安公司。
就在布洛赫和珀塞尔获奖的1952年，瓦里安公司研制出了世界上第一台商用核磁共振波谱测定仪（Varian HR-30），同年9月，这台仪器在德州贝城市的一家石油公司（Humble Oil company）里投入使用。
在诺贝尔颁奖宴会演说（Banquet Speech）中，珀塞尔表达了对和他共同研究这一课题的一些国内及国际同行的感激，介绍了他们的一些重要研究成果。并由衷赞赏了科学家同行们在共同研究问题时，互相之间毫无保留的无私精神[10]。这也从一个侧面反映了当时布洛赫及其他科学家的研究在主观上是排除技术创新或是任何商业动机在外的。
2.2核磁共振技术创新、发展和应用的全面繁荣 上世纪五十年代，核磁共振在理论上也不断取得突破和创新，比如在分析和解释弛豫现象方面，先后有1953年布洛赫提出的布洛赫方程(Bloch equations)，1955年所罗门提出的所罗门方程（Solomon equations），和1957年雷德菲尔德理论（Redfield theory）等[11]。
从第一台商用核磁共振波谱测定仪诞生之后起，核磁共振技术就迅速向应用技术领域不断取得突破和进展。而这些进展则几乎都和一些科技公司或是技术创新的诉求相联系，已不再像早期发展的那样，主要是以基础科学研究为目的了。
1962年，世界上第一台超导磁体的核磁共振波谱测定仪在瓦里安公司诞生。
1965年，在瓦里安公司工作的恩斯特（Richard R Ernst）提出了利用核磁共振技术来测定物质结构的新方法，将傅立叶变换方法真正引入到了核磁共振技术中，相对于化学界所使用的传统光谱学方法，这一创新数十甚至数百倍的提高了物质结构测定的敏感度。
1966年到1968年间，为了用傅立叶变换方法处理大量的数据，计算机引入到了核磁共振的数据处理和程序控制当中。
1970年，世界上第一台用于商业化目的的超导磁体傅立叶变换核磁共振波谱测定仪在德国的布鲁克公司（Bruker Company）正式生产。
1971年美国科学家雷蒙德·达马迪安（Raymond Damadian）在实验鼠体内发现了肿瘤和正常组织之间核磁共振信号有明显的差别，从而揭示了核磁共振技术在医学领域应用的可能性。
1973年保罗·劳特布尔（Paul C Lauterbur）和彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）分别独立地发表文章，来阐述核磁共振成像的原理[12][13]。他们都认为用线性梯度场来获取核磁共振的空间分辨率是一种有效的解决方案，因而为核磁共振成像奠定了坚实的理论基础。就在同一年，世界上第一幅二维核磁共振图像产生。
1974年，劳特布尔获得活鼠的核磁共振图像。1976年曼斯菲尔德获得世界上第一幅人体断层像。
从此，核磁共振成像技术（MRI）向医学临床应用和其他更广泛的领域迅速扩展，引发了众多学科的基础研究和技术发展和应用的深刻变革。
二十世纪八十年代，在约翰·芬恩（John B Fenn）、田中耕一（Koichi Tanaka）和科特·维特里希（Kurt Wüthrich）等科学家的共同努力下，又成功地解决了生物大分子的核磁共振波谱测量技术，这对于生物学和医学基础理论的研究都有不可估量的重要意义[14]。例如，他们的成果几乎立即就对生物制药领域产生了深刻的影响，特别是在上世纪九十年代对艾滋病药物的研制有突出的贡献。他们也因此而荣获了2002年诺贝尔化学奖。
到目前为止，核磁共振技术的发展仍然方兴未艾。该技术在物理学的量子信息处理方面，在化学领域的分子结构测试及有机合成反应等方面，在心理学及精神卫生方面，在生物和食品制造加工方面，在煤层勘探和油气测量方面，在测井技术方面，在木材加工和处理方面，在造纸技术方面等等众多领域基础理论的研究和突破以及应用等方面都有着非常重要的贡献和潜在的技术创新前景。
3结语
核磁共振研究的发展历程告诉我们，这一科学研究在不同的发展阶段是呈现出不同的鲜明特点的。正因为其在基础研究和应用研究两方面形成了良好的双向互动关系，所以在近百年来，核磁共振研究才在人类的众多研究、生产和生活领域中作出了卓越的贡献。
有统计表明，在诺贝尔自然科学奖中，属于重大科学发现和重大理论突破而获奖的比例平均在80%左右[15]。因此，很显然诺贝尔自然科学奖的大部分是属于基础研究的。换言之，一个国家在某个时期内所获的诺贝尔自然科学奖的数量基本可以代表这个国家在那个时期的基础科学的研究水平。到目前为止，有关于核磁共振技术而颁发的十项诺贝尔自然科学奖中，有六项的主要贡献是美国的科学家所做出的，因而核磁共振研究从一个侧面反映和代表了美国在基础研究领域的世界领先地位，体现出了美国的基础科学研究和科技创新之间非常密切的关联度和良性互动关系。这些情况都充分表明，基础研究和应用研究并重对一个国家的科技发展至关重要，只有在它们同时坚实而稳定发展的基础上，形成良好的双向互动关系，才能真正为一个国家的科学、技术、经济、文化等各方面的发展提供持久强劲的推动力。
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Liu Zhijun(The Institute for the History of Natural Science,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190)（Department of Physics and Electronics,Xinzhou Teacher’s University,Shanxi Xinzhou 034000,China)
核磁共振成像技术及其应用 篇3
[关键词]核磁共振成像技术结构鉴定测量分析
1引言
自从人们发现核磁共振NMR(Nuclear Magnetic Resonance)现象到研制成核磁共振谱仪已逾60载。由于核磁共振谱仪可深入物质内部，而又不破坏其结构。利用其进行定性及精密的定量分析精度可达10-12～10-13。使得核磁共振已成为鉴定化合物结构和研究化学动力学的极为重要的方法。因此，在有机化学、生物化学、药物化学和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药工业等方面得到了广泛的应用。
2核磁共振原理
2.1核磁矩
原子核由质子和中子组成。质子和中子是自旋为1／2的粒子，同时在核内具有相对运动，因而又具有相应的轨道角动量。所有核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核的自旋。由于原子核同时又是一个带电的系统，因为自旋便产生磁矩。其磁矩在无外磁场时，原子核的取向是随机的，不产生宏观的净磁效应。原子核的磁相互作用正是原子光谱的超精细结构的来源。
2.2核磁共振
当原子核处于外磁场中时，较多的质子磁矩指向与外磁场的方向一致，质子处于低能态；而较少量质子的磁矩指向外磁场的反方向，质子处于高能态。因此，在增加外磁场后就将出现与外磁场方向一致的净宏观磁矩。并且核磁矩在磁场的作用下产生进动。
当被激励系统的固有频率跟激励频率一致时，就会产生共振现象。如果在垂直于原磁场的方向上，加一个高频或微波磁场(射频场)，当射频场的频率与核磁矩进动频率相等时，则处在不同能级上的磁核将会受激跃迁。由于处在低能级上的磁核略多于处在高能级上的磁核，其结果是低能级的核吸收了电磁波的能量跃迁到高能级上，表现为核磁矩系统对射频场产生强烈的共振吸收。该射频场的频率即为共振频率。
3核磁共振成像技术
核磁共振成像技术是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。组成人体的诸多元素中，只有原子序数为奇数的原子核(如氢和氮等的原子核)才有核磁矩。人体内部75％是水，水中含有氢原子核。氢原子核在恒定磁场和射频场的共同作用下，氢核就会产生共振吸收，当射频脉冲终止后，原子核处于激发态，质子群的磁矩在原有磁场的转矩作用下要重新回到原磁场方向。该磁矩围绕磁场以进动频率旋进，磁矩的变化将使周围的闭合线圈产生感应电流。将这个电流放大，便可以得到核磁共振信号。由于受到质子群磁矩返回时间(即驰豫时间)的影响，该信号将以指数曲线衰减。而驰豫时间又取决于受检人体的组织特性。所以该信号能反映出组织部位的正常或异常，这就是诊断疾病的依据。在成像过程中，核磁共振断层诊断装置以氢的驰豫时间为信号。由体外电子仪器收录，并用计算机处理，最后将人体各组织的形态形成图像，这就是核磁共振成像技术。人体组织中由于存在大量水和碳氢化合物而含有大量的氢核，一般用氢核得到的信号比其它核大1000倍以上。由于正常组织与病变组织的电压信号不同，结合CT电子计算机断层扫描技术，便可以得到人体组织的任意断面图像。
4核磁共振成像系统的应用
核磁共振技术是鉴定有机化合物结构的一个重要手段。当分子中存在一个以上的键时，在图像上将出现不止一个的频率峰值。通过对吸收线数目的统计，就可以计算出分子中键的数目。含有氢的原子决定了信号的强度，化学移位的大小和每种原子衰减的时间。原子问的键会在图像里产生多条峰值线——单峰、双峰、二峰等。峰值的大小显示了分子中存在的原子数目。多个峰间的相对高度和化学移位将显示出特定的分子和化合物。峰的幅度显示了特定键的减相时间。通过分析不同峰的高度，位置以及形状，并且利用已知的基本元素和化合物属性对它们进行比较，就可以断定样品组分的存在和浓度。
例如用C7H1603的H--NMR图谱，即可推断出它的结构式(如图1所示)。δ=1.2，附加的峰为CH3CH2一基的甲基峰，被邻接－CH2一裂分为二重峰；δ=3.6，峰为与氧相连的亚甲基峰移向低场，同时被邻接的甲基裂分为四重峰；更低场时δ=5.2，此时峰为单峰，说明无氢核耦合，再由峰面积比9：6：1和化学位移判断，应是与3个氧相连的次甲基峰。由此推断，此化合物为(CH3CH20)3CH。同样的道理，还可以推断出乙醇的结构式及图谱(如图2所示)。
核磁共振水冷系统改造探讨 篇4
我院使用的是GE公司的1.5T磁共振, GE公司配套的是阿尔西水冷系统。
阿尔西水冷是由两套相同且独立的水冷系统组成, 它们同时对梯度线圈和液氦压缩机进行冷却, 而且是24小时连续运行, 这就对水冷系统的稳定性、可靠性提出了更高的要求。
自从2005年装机以来, 我院水冷系统也出现多次故障停机, 如:水锈堵塞过滤器, 水流速度不够, 制冷不强;制冷管道破裂, 泄露制冷剂;压缩机漏油不工作等等。在维修过程中, 为了保持梯度线圈和液氦压缩机的制冷, 只能通过切换铜阀, 断开水冷进出水口, 打开自来水管路, 通过自来水冷却。但是, 自来水带走热量有限, 特别是夏天时自来水温度高, 制冷效果不佳。于是, 就想通过管路改造来解决不使用自来水冷却的问题。
按照图2所示改造水管, 将系统变为两套可独立也可单独使用。正常使用时, 铜阀1、2关闭, 铜阀3、4、5、6开启。如果其中一套水冷系统出现故障, 通过铜阀切换 (将阀1、2开启, 阀3、4或5、6关闭) , 另外一套系统可同时支持梯度线圈和氦压机工作。在实际使用中, 一套系统足够带动对梯度线圈和氦压机的冷却, 实测水泵水压表和输入电流表读数与两套冷却系统分开工作对比, 均没有明显变化。
在维修时, 如果要试验维修好的水冷系统, 必需有通畅循环的水路, 需要频繁切换铜阀, 恢复成两套循环系统, 切换很麻烦。于是把部分水路循环起来, 让维修部分可单独试验, 同时核磁共振也正常使用。改造后如图3所示。在正常使用时, 铜阀1、2、5、8关闭, 其他铜阀开启。如果其中一套水冷系统出现故障 (以氦压侧为例) , 通过铜阀切换 (将阀1、2、5开启, 阀3、4关闭) , 另外一套系统可同时支持梯度线圈和氦压机工作, 同时, 制冷系统侧也形成回路, 试验时不会干扰到机器正常使用。
水冷系统改造完成后, 在实际使用中出现故障后, 通过管路切换, 可以缩短机器的停机时间, 也方便了制冷部分的维修和维护。
摘要：核磁共振, 作为影像诊断里的一种非常重要的仪器, 因为其没有电离辐射危害、具有实现多参数、高对比度成像的优点, 在现代医院里起到了举足轻重的作用。本文简要分析GE公司配套的水冷系统的改进管路设计
关键词：核磁共振,水冷,管路
参考文献
[1]王洪.医用核磁共振成像设备 (MRI) 设备技术学[M].中国医药科技出版社, 2011:23-39.
核磁共振在化学中的应用 篇5
摘要: 本文综述了核磁共振在复杂分子结构解析、光学活性化合物构型确定、有机合成反应机理研究、组合化学、高分子化学等方面的应用进展。关键词: 核磁共振、化学构型 1 概述
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance ,NMR)现象是1946 年由哈佛大学的伯塞尔(E.M.Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F.Bloch)用不同的方法在各自的实验室里观察到的[1]。六十年来,核磁共振波谱技术取得了极大的进展和成功.检测的核从1H 到几乎所有的磁性核;仪器不断向更高频率发展;从连续波谱仪到脉冲傅立叶变换谱仪,并随着多种脉冲序列的采用而发展了各种二维谱和多量子跃迁测定技术;固体高分辨核磁技术和核磁共振成像技术的出现[2]。随着这些实验技术的迅速发展,核磁共振的研究领域不断扩大。核磁共振提供分子空间立体结构的信息,是分析分子结构和研究化学动力学的重要手段。在化学领域,核磁共振为化学家提供了认识未知世界的有效途径。应用核磁共振确定有机化合物绝对构型
有机化学家常常需要确定合成或分离得到的光学活性化合物的绝对构型。应用核磁共振方法测定有机化合物的绝对构型,主要是测定R和S手性试剂与底物反应的产物的1 H 或13 C NMR 化学位移数据,得到Δδ值与模型比较来推定底物手性中心的绝对构型[3]。包括应用芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型的NMR 方法和应用配糖位移效应确定绝对构型的NMR 方法。表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。2.1 芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型
利用芳环抗磁屏蔽效应测定有机化合物绝对构型最为典型的方法是应用1 H
1NMR 和应用19 F NMR 的Mosher 法[4-5]。H NMR 的Mosher 法是将仲醇(或伯胺)分别与(R)和(S)-MTPA(α2甲氧基三氟甲基苯基乙酸)反应形成酯(Mosher 酯),然后比较(R)和(S)-MTPA 酯的1 H NMR 得到Δδ(Δδ=δS-δR), 在与Mosher 酯的构型关系模式图比较的基础上,根据Δδ的符号来判断仲醇手性碳的绝对构型。19 F NMR 的Mosher 法的应用前提是β位取代基的立体空间大小不同。通常情况下,两个非对映异构体(R)和(S)-MTPA 酯中其它影响19 F NMR化学位移因素是相对固定的,19 F NMR 化学位移的不同主要是由于两个非对映异构体中羰基对19 F 的各向异性去屏蔽作用不同引起。通过比较(R)和(S)-MTPA 酯的19 F NMR 的化学位移值结合模型图确定手性中心的绝对构型。2.2 配糖位移效应确定绝对构型
应用配糖位移效应通过核磁共振可确定二级羟基绝对构型,如运用13 C 的配糖位移效应来测定仲醇的绝对构型[6-7]。这种方法包括5 个步骤(13 CNMR 图谱在吡啶里测定):测定仲醇的13 CNMR 图谱;合成仲醇β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体;测定β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体的13 CNMR 图谱;计算葡萄糖单元端基碳、仲醇α碳和两个β碳的配糖位移;将已知绝对构型的仲醇的配糖位移Δδ值总结列于表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。3 应用核磁共振解析复杂化合物结构
核磁共振技术是复杂化合物结构解析最为主要的技术。利用该技术可以获得化合物丰富的分子结构信息,广泛应用于天然产物的结构解析。其近期技术革新主要在于以下几个方面:探头、线圈和核磁管相关技术、固相核磁新技术、核磁共振
[8]。在天然产物分析中,核磁共振仪的检出限较其它波谱分析仪器为高,这对于产率较低的天然产物化合物来说无疑是一种瓶颈制约因素。所以,研究和发展新的核磁共振技术来降低检出限就显得尤为重要。除了提高有限的磁场强度外,更多集中在对核磁共振仪的探头、线圈和核磁管等的改进。常规的5 mm 核磁管及相匹配的探头、线圈在NMR 谱测定时所需样品一般在mg 级以上。近年来逐步发展了微量核磁管及相匹配的探头、线圈,使得样品的检出限大为降低,达到μg 级,甚至ng 级。有关探头、线圈和核磁管相关技术的最新典型应用是Rus2sell 等应用3 mm 低温探头在500 MHz 核磁共振仪上测定了溶解在150μL 氘代苯中的40μg 士的宁的HSQC 谱,在相同的信噪比下比应用传统探头下所需积分时间降低12—16倍[9 ]。此技术对于解析质量和容积有限的复杂天然化合物样品结构具有非常大的优点。4 核磁共振在有机合成反应中的应用
核磁共振技术在有机合成中不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定,在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。
4.1 研究合成反应中的电荷分布及其定位效应
配合物中金属离子与配体的相互作用强弱虽然可以用紫外光谱、红外光谱、电化学等方法来研究和表征,但核磁共振谱能够精细地表征出各个H 核或C 核的电荷分布状况,通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用,从微观层次上阐释配合物的性质与结构的关系。芳环上原子周围的电子云密度大小可以通过化学位移值得到反映,芳环碳上的电子云密度大小又与其连接取代基的电子效应有关,取代基对苯环的影响为诱导效应和共轭效应的综合。可以通过单取代苯的13 C 化学位移计算常见基团的诱导效应、共轭效应及电子效应,进而根据电子效应强度值定量地表征定位效应、定位规律和苯环的活化与钝化[10 ]。4.2 推测反应机理
有机合成反应对反应机理的研究主要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。1H NMR 可以由积分曲线得到总质子数和部分质子数,以及由化学位移鉴别羧酸、醛、芳烃(有取代)烷基、链烷基的质子和杂原子,断定邻接不饱和键等的甲基、亚甲基和次甲基的相关氢信息,从自旋2偶合讨论邻接基团, 或鉴别C1 至C4 的各种烷基结构;而13 C NMR 则可以确定碳数,同时还可以从碳的偏共振去偶法确定键合于碳上的氢数,以及鉴别SP3碳、SP2碳和羧基碳,并由羧基碳的化学位移等确定羰基碳的种类, 还可以确定甲基、芳基取代基的种类等获得相关碳的杂化形式、碳的骨架等信息[11]。核磁共振技术在组合化学中的应用
组合化学的飞速发展拓展了常规固相NMR 技术的空间,出现了新的超微量探头。魔角自旋技术(magic angle spinning , MAS)的应用和消除复杂高聚物核磁共振信号的脉冲序列技术的出现,已经可以保证获得与液相NMR 相同质量的图谱。高通量NMR 技术已经用于筛选组合合成的化合物库,成为一种新的物理筛选方法。5.1 核磁共振在固相合成的应用
固相合成的特征是以聚合树脂为载体,载体与欲合成化合物之间连有官能团连接桥,欲合成分子通过连接桥逐步键合到树脂上,最终产物通过特定的切割试剂切落下来。固相合成发展的一个主要障碍是缺少可以对反应历程进行实时监测的简单、快速、无破坏性的分析方法。核磁共振光谱法是鉴定有机化合物结构的重要手段之一。但是,对于与固相载体相连的化合物来说,高聚物的流动性有限,载体上有
机分子的流动性也很有限,这都会使谱线变宽,分辨率下降。另外,载体骨架产生的背景信号会掩盖化合物的信号峰,使之难以辨别。近年来,魔角自旋技术解决了这方面的困难,魔角自旋是指在偏离静态磁场54.7°下旋转样品,这个角度能将偶极偶合平均到零,消除了因固体或非均相溶液中磁化率的不同和样品表面以及边缘磁化率的不连续性造成的谱线加宽。魔角自旋技术与一系列新技术在固相NMR 中的广泛应用,使谱图分辨率和谱线质量得到很大地提高。目前,已经有多种固相NMR 技术应用于合成研究中。如HR/ MAS-NMR 可以直接跟踪固相有机合成反应,为快速优化组合合成的化学反应条件提供了一个新方法[12 ]。6 结束语
随着科学的进步和现代仪器的发展,核磁共振技术的发展很快。通过与计算机科学的完美结合,核磁共振正在成为发展最迅猛、理论最严密、技术最先进、结果最可靠的一门独立系统的分析学科[14] ,不仅应用于化学学科各领域,而且广泛渗透到自然科学、医学应用和工业应用等各个方面,成为一个异常广阔的谱学研究领域。参考文献
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膝关节损伤核磁共振成像诊断讨论 篇6
【关键词】MRI；膝关节；诊断；影像学；核磁共振
【中图分类号】R684【文献标识码】A【文章编号】1044-5511（2011）10-0048-01
膝关节作为人体结构中最复杂、最大的负重关节，其活动最多，极易受损，在损伤后，通常采用X线平片进行检查[1][2]。而实际工作中，我们常常发现部分患者有典型外伤史，且具有临床症状，但X线却不能发现病灶，即假阴性。这种情况的发生，往往导致临床上的漏诊。MRI检查软组织对比度及空间分辨率较高，三维成像，对显示半月板、前后交叉韧带及侧副韧带损伤，其影像学表现具有特征性[3]。我院对近一年来42例膝关节损伤病例影像学资料进行研究，报道如下：
1 资料和方法
1.1 基础资料
以我院自2010年7月～2011年7月我院收治的42例膝关节损伤患者为研究对象。42例患者中，男31例，女11例，年龄14~67岁，平均41.3岁，均伴运动或暴力所致的明显外伤史。临床表现主要是膝关节肿胀、疼痛、及运动功能受限等。病程：4小时～2个月。
1.2 检查方法
42例患者先行X线检查，后行磁共振检查。应用philips 1.5T 超导磁共振机，患者取仰卧位，足先进模式，膝部外旋一般15°—30°，应用表面线圈，使髌骨的下缘与线圈中心靠紧后，固定膝关节。应用快速自旋回波矢状位或（和）轴位扫描，短T1反转恢复冠状位扫描。T1WI扫描：TR=510 ms，TE=20 ms；T2WI扫描参：TR=5 650ms，TE=126 ms；T2WI双回波(TR=2120ms，TE=18／90 ms)、短T1反转恢复扫描(TR=510 ms，TE=20 ms)。FOV均为160 mm，层厚4 mm，间隔0．8 mm。
1.3统计学方法处理
数据应用相应软件包进行数据处理并进行相应的统计学分析。数据采用±s表示，应用t检验，计数数据需采用χ2进行检验，α=0.05。
2 结果
2.1 X线检查结果
42例患者，除软组织肿胀外，另有16例阳性发现，包括13例骨折、4例关节内外间隙不对称及1例脱位。
2.2MRI检查
发现39例阳性表现，其中，16例骨折 (除X线平片检查外，发现3例髁间隆起骨折)、25例骨挫伤、21例半月板损伤、18例关节囊积液、11例前或后交叉韧带损伤、1例脱位。
2.3 X线检查与MRI检查结果比较见表1。
表1X线检查与MRI检查结果比较
经计算，两种检查方法，阳性结果差异显著，P<0.05。
3 讨论
由结果得到，出现有21例半月板损伤，MRI检查表现：黑色半月板有点状、片状或线状的异常信号，T1WI高信号，T2WI高信号。按Mink的临床半月板信号改变进行分级，I级6个，Ⅱ级11个，Ⅲ级4个。韧带损伤11例，韧带肿胀6例，表现韧带增粗变形，边缘可有波浪状改变，长或等T1信号、长T2信号。撕裂3例，表现不均匀异常高信号或斑块状高信号，可连续或不连续。骨折16例，骨折线表现T1WI 低信号，T2WI 高信号。18例关节腔积液，关节囊大多表现T1WI 低信号，T2WI 高信号，也可有TIWI/T2WI均高的出血信号。半月板处于胫骨平台的内侧及外侧关节面上，横断面大致为三角形，稍凹，可與股骨髁紧密吻合，其下面较平，以与胫骨平台结合。这样股骨髁恰好在胫骨平台凹陷内，增加了稳定性。半月板前后端附于胫骨平台中部，髁间棘的前方及后方。半月板的损伤可表现其形态、体积和内部信号的异常[4]。在半月板发生损伤时，信号低的半月板会表现异常的高信号。MRI在交叉韧带检查成像时，是无创的，且对病变的评估准确度高。可直接显示韧带形态和信号的改变。其直接征象为韧带增粗变形，边缘可有波浪状改变，信号增强。对于骨折的显示，X线平片对骨小梁的细微断裂不能显示，但MRI相对敏感，可早期显示异常骨髓组织改变，表现表现T1WI 低信号，T2WI 高信号，呈大片地图样或网络状。关节腔的积液或积血多因韧带损伤或骨折导致，表现为长T1、长T2信号。
综上，膝关节的MRI检查是一种无创伤，诊断率高的检查技术，可有效显示关节病理变化，准确判断出病变程度，与X线平片相比有明显优势。临床目前对于膝关节损伤的诊断，MRI技术相对可靠，诊断结果与其他方法相比，与手术吻合率最高。对膝关节损伤及其复杂病变可作鉴别诊断，还可为临床确定有效治疗方案，其参考价值较高。
参考文献
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核磁共振录井技术的应用分析 篇7
现代油田的发展, 各种录井技术的出现, 包括地化技术、热解色谱技术、定量荧光技术等, 其准确率不断提高, 使得油田开发人员对于油井有了更加正确深入的了解, 以此为基础制定的各项钻井方案其合理性更高, 具有较多的优越性。但是其也存在一定的缺陷, 如无法对储集层的地质条件通常较差特殊油层进行准确的解释, 包括低孔低渗储集层、隐蔽储集层等复杂地层等。核磁共振录井技术的研发, 使得岩石物性分析可以从实验室解脱出来, 而逐步进入钻井现场, 从简单的分析岩心, 发展到分析岩屑及井壁取心, 具有所需样本量少、分析效率高、投入成本低等特点, 且不会损伤到岩样, 较为准确的获得各项参数, 对其进行深入的研究是十分有必要的。
一、核磁共振录井技术思维技术原理分析
核磁共振录井技术, 是先检测岩样孔隙内流体的性质及流体量, 并掌握岩石孔隙固体表面与流体的影响关系, 以此迅速的获得各项评价参数, 具体来说及技术原理可以细化为几下几点: (1) 在测量的过程中, 利用核磁共振录井技术能够得到一个T2衰减曲线, 其主要的构成部分是数量不等的相异孔隙流体的衰减信号的叠加, 该衰减信号则包含了各种空隙信号, 如自由流体、束缚流体、裂缝、粘土、溶洞等; (2) 将T2衰减曲线实施相应的数学方法处理, 可以获得T2弛豫谱, 其横坐标即是T2弛豫时间, 能够表现出固体表面对流体的作用力情况, 能够反映出许多潜在的信息, 如流体性质、固体表面性质、孔隙大小等。一般情况下, 弛豫时间长则表示孔隙大, 油质也较轻。其纵坐标能够表现出核磁信号幅度。如果弛豫图的束缚部分及其可动部分是不间断的, 说明储层孔隙的均匀度较为良好, 一般属于碎屑岩储层, 如果弛豫图的束缚部分及其可动部分是间断的, 表明储层孔隙的均匀度不佳, 一般是存在溶洞或者裂缝的情况[1]。
二、核磁共振录井技术的应用
1. 碎屑岩的储层物性的评价
在进行碎屑岩的储层物性的评价时, 根据不同的方式, 可以将其分为不同的两种情况:一种是根据核磁图谱形态对于储层的好坏进行判断, 即物性相对更为良好, 储层弛豫时间相对较长时, 可动流体则相对较为发育, 相对应的即是束缚流体相对发育; (2) 根据测量数据进行定量准确的评价活动, 需要先全面掌握各项数据, 再将其与常规物性资料进行全面的比较, 构建适应判断不同应用区块碎屑岩物性的评价指标, 在实际的录井工作中, 迅速的对各项录井资料进行准确的评价与判断[2]。
2. 稠油储层的评价
利用核磁共振技术判断稠油储层情况时, 核磁信号会受到各种稠油性质的影响, 包括稠油的粘度、较高的密度、低流动性等, 另外其温度也会造成一定的影响。如果稠油的弛豫时间较稀一些的原油短, 核磁信号相较稀油更加薄弱。其也会表现在T2弛豫谱形态的变化上, 且稠油核磁信号会与束缚流体的信号出现重叠的现象。其会对核磁的解释评价造成一定的限制, 需要先将稠油信号系数进行恢复, 才能保障稠油测量数据的准确性、真实性、可靠性。
3. 判断储层流体性质
一般流体均会在核磁弛豫谱上的响应出相应的位置, 不同的流体其反应位置也会有所区别, 根据该位置的不同, 对储层流体性质进行准确的判断, 并结合各项参数, 包括含油饱和度、核磁可动流体饱和度等, 初步构建出各个地区, 不同油品且储层不同的流体解释标准。再掌握各个地区油气试采资料及物性特征等信息, 构建更加详细的建解释评价标准, 最后制作出解释图版, 促进解释评价工作的实施[3]。
4. 非碎屑岩的评价
该项应用可以结合我国某油田的情况加以阐述。该油田的情况较为特殊, 存在数量不等的非碎屑岩储层, 油藏分布没有规律, 且不均匀。油田中各个方向的构造缝连通起来, 其渗透率有了显著的提升, 且该油田容易出现孔、洞、缝等次生孔隙, 油气藏储运能力较强, 而裂缝能够进行油气储集, 也能够将独立的气孔、孔隙连接起来, 提升其储层渗透性, 逐步成为火山岩后期的溶蚀作用的条件。因此, 裂缝是评价火成岩储层性能的重要指标。核磁共振能够测量出洞、缝, 并定量计算出其容积。由于裂缝孔隙及溶洞孔隙相较岩样内其它孔隙, 尺寸更大, 弛豫时间值更长, 其与其它性质的孔隙之间的孔径的分布连续性不足, 而孔隙峰及其它峰之间会显示出连续性[4]。
总结
现代油田的发展经历了较长时间, 各项开发技术水平也得到了较大的提升, 录井技术作为油田技术中极为常用的一项, 其的发展也十分显著。核磁共振录井技术作为一种较为新型的录井技术, 其优点在于测量的准确度较高, 分析评价需要的时间较少, 且成本低, 能够得到各项参数, 使得油田开发的过程中, 能够准确的对试采层进行定位及判断。但是其在某些方面也存在一定的缺陷, 需要进一步发展。本文仅从一般的角度分析了其基本原理及应用, 在实践应用过程中, 还需要技术人员根据油田的实际情况不断探索, 改进技术, 提升录井技术, 使之能够达到更加准确, 促进油田开发事业的发展。
摘要：现代社会的发展, 社会各界对于各项能源的需求量不断增加, 石油作为能源行业的重要组成部分, 其行业在良好的社会形势下不断发展, 各项技术有了较大的提升。其中核磁共振录井则是一项较为新型的录井技术, 利用该技术能够得到储集层物性和储集层流体性质的各项数据, 包括孔隙度、可动流体含量、含油饱和度, 钻井时可以参考上述数据, 及时调整钻井工艺, 并完善钻井方案, 保障钻井的顺利。本文简单的分析了核磁共振录井技术的基本原理, 并阐述了其在油田中的应用情况, 包括碎屑岩的储层物性的评价、稠油储层的评价、判断储层流体性质、非碎屑岩的评价等, 为从事油田录井工作的人员提供一定的参考与借鉴。
关键词：油田,录井技术,核磁共振,技术原理,应用,分析
参考文献
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核磁共振录井技术应用研究 篇8
所谓核磁共振录井技术, 即通过检测岩样孔隙内流体性质和流体量, 岩石孔隙固体表面和流体之间的相互作用, 以快速获得储层孔隙度、渗透率和油水饱和度等评价参数的新兴录井技术。其基本原理为: (1) 核磁共振录井在实测过程中获取由多种相异孔隙流体的衰减信号叠加而成的T2衰减曲线 (该曲线主要由裂缝、粘土、自由流体、束缚流体和溶洞等孔隙信号组成) , 如下图一所示。 (2) T2衰减曲线经特定数学方法处理得到T2弛豫谱, 如下图二所示。其中, T2弛豫谱横坐标 (即T2弛豫时间) 反映了流体受固体表面作用力的强弱, 包含了流体性质、固体表面性质和孔隙大小等隐含信息。一般来说, 弛豫时间越长则孔隙越大, 油质也越轻。而T2弛豫谱纵坐标则反映了核磁信号幅度。实践表明, 若弛豫图的束缚部分及其可动部分是连续的, 则表明储层孔隙较为均匀, 即为碎屑岩储层, 反之则表明储层孔隙不均匀, 存在溶洞或裂缝。
2 核磁共振录井技术应用现状
当前, 核磁共振录井技术在国内外油气田勘探开发中均得到了较成功的应用, 结合国内外核磁共振录井技术的应用实例可知, 该技术主要用于获取以下孔隙度、渗透率和油水饱和度等评价参数。
2.1 用于识别储层流体性质
依据不同性质流体在核磁弛豫谱上的响应位置不同可判断储层流体性质, 在通过含油饱和度和核磁可动流体饱和度等参数建立不同储存、不同地区及不同油品的不同储层流体解释初步标准, 并通过该地区油气试采资料和物性特征等资料建立各地区的解释评价标准, 并通过绘制解释图版以开展解释评价工作。
2.2 用于评价碎屑岩的储层物性
该方面的主要应用为: (1) 依据核磁图谱形态来定性判断储层好坏, 即物性相对较好, 储层弛豫时间相对较长时, 可动流体则比较发育, 反之则束缚流体相对发育; (2) 依据测量数据开展定量准确评价工作, 即通过不断总结并对比常规物性资料, 从而建立各应用区块的碎屑岩物性评价标准, 并在实际录井过程中对实时录井资料进行快速评价。
2.3 用于评价稠油储层
稠油因具有高粘度、高密度和低流动性等特征而不同程度上影响了核磁信号, 且受影响程度与密度、粘度和温度有关。一般来说, 稠油的弛豫时间较稀油短, 且核磁信号较稀油弱, 因而T2弛豫谱形态也有较为显著的变化, 且稠油核磁信号和束缚流体信号重叠。在一定程度上影响了核磁的解释评价, 因而要对稠油信号开展系数恢复工作以使稠油测量数据较为准确可靠。
2.4 用于评价区域物性资料
在单井物性评价资料的分析基础上, 对比分析区域多井物性资料, 以了解区块物性情况, 为石油勘探开发评价提供依据。
2.5 用于评价非碎屑岩
以我国辽河油田为例, 该油田的非碎屑岩储层较多, 且其油藏分布极不均匀。众所周知, 构造条件是成藏的关键因素, 而该油田的构造缝相互连通使得其渗透率极大提高。另一方面, 该油田易产生孔、洞和缝等次生孔隙, 因而极大提升了其油气藏储运能力。实践表明, 裂缝不但可作为储集空间, 也可连通孤立气孔或连通性较差的孔隙, 以拉高储层渗透性, 为火山岩后期的溶蚀作用提供了良好通道。综上所述, 裂缝是火成岩储层性能评价的关键参数之一。而核磁共振测量可识别洞、缝的存在, 且可定量计算出其空间大小。一般来说, 裂缝孔隙和溶洞孔隙要比岩样内其它孔隙大很多, 其弛豫时间值一般也较长 (一般在100m s左右) , 且其和岩样内的其它孔隙之间孔径分布的连续性较差, 因而其孔隙峰和其它峰之间也呈现连续性趋势。
2.6 用于评价低渗透储层
仍以辽河油田为例, 该油田进入勘探中后期之后, 勘探开发过程中出现了大量低孔渗油气藏。该储层的地质条件较差, 具有孔隙微小、比表面较大、粘土含量较高及孔隙内流体受固体表面束缚力较强等特点, 因而评价此类储层较复杂和困难。而油田工作人员在评价过程中, 充分考虑了束缚流体饱和度及可动流体饱和度这两个重要参数, 明确了储层内能流动流体占全部孔隙的百分比, 并通过结合孔隙度和渗透率等参数对开展了低渗透储层评价工作。资料表明, 辽河油田中粗面岩储层分布较广, 且基质孔隙和缝、洞是其主要存储介质, 因而该油田为低孔低渗储层。在T9井录井过程中, 钻进过程中遇到了粗面岩储层, 经资料分析可知该层核磁孔隙度为7.89%, 渗透率为0.09×10-3μm2, 可动流体占16.07%, 因而其物性较差, 经分析可知, 核磁解释为干层, 与其试油结论相吻合。
3 结论
核磁共振录井技术作为一项新兴的录井技术, 具有测量结果精度较高、分析评价速度快和解释结果较准确可靠等优点, 该技术为完钻讨论和确定试采层位等提供了准确及时的数据, 为油田勘探开发工作发挥了重要作用。但是, 该技术在参数应用、方法分析和储集层评价等方面仍需进一步研究, 以使核磁共振录井技术在油田开发中发挥更大的作用。
参考文献
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核磁共振系统典型故障维修及体会 篇9
核磁共振设备是由恒场磁体、梯度场线圈、射频场线圈、谱仪系统、计算机系统及成像系统等多部件组成的最先进的医学影像诊断设备。核磁共振成像是临床常用的影像学诊断方式, 具有操作简单、成像效果好、诊断准确率高等优势, 被广泛应用于临床。现主要应用于脏器、头部、神经系统等病变的诊断, 尤其在肿瘤、脑梗塞等病变的诊断中具有显著价值[1]。一旦仪器出现故障, 将直接影响诊断的准确性和诊断效率。因此需要尽快对核磁共振成像进行维修, 从而提高仪器的使用率[2]。我院对核磁共振典型的故障及维修方法进行深入研究, 并将研究结果介绍如下。
1 系统组成
核磁共振成像由硬件设施和软件系统组成。各部分中任何一个环节出现故障, 均将影响整个系统的正常工作, 因此需要对核磁共振成像的组成进行系统分析。具体组成部件如下
(1) 硬件设施。我院使用上海寰彤科教设备有限公司生产的HT-MRSI60-35A 1.5T (35 mm ) 核磁共振成像分析仪, 其硬件设施包括:① 恒场磁体;②梯度场线圈;③ 射频场线圈;④ 数字化控制系统;⑤数据处理系统;⑥ 计算机及图像重建系统[3]。
(2) 软件系统。常见的软件系统故障包括软件的损坏、数据丢失或操作不当等, 软件系统包括:① 操作系统:Windows XP计算机操作系统;② 应用模块:包括仪器控制、数据采集及呈像系统;③ 故障检查及维修系统[5]。
2 故障检测方法
维修人员应在详细了解上述各系统组成部件及仪器工作原理的基础上, 通过适当的检测方法对设备的故障进行检测, 明确核磁共振成像的故障, 为维修奠定基础。常用的检测方法有观察法、对比法、排除法、测量法、替换法、软件测试法及模拟检测法等[6]。根据故障的表现选择相应的检测方法, 必要时可联合多种方法进行综合检测。
3 故障案例
3.1 故障一
3.1.1 故障现象
仪器正常开机后, 点击校正, 扫描系统无反应。重新开机后故障未能排除。
3.1.2 故障检测
① 检查计算机和谱仪是否正确连接;② 检查射频发射是否正常;③ 对谱仪程序进行检测。
3.1.3 故障处理
① 连接问题:重新连接计算机和检查谱仪;② 文件丢失或损坏:将备份系统软件按目录覆盖到系统文件夹, 修复软件系统。
3.1.4 小结
非正常关闭计算机或扫描过程中突然断电是导致计算机文件丢失及损坏的主要原因, 因此工作人员需按程序关闭计算机, 并配备备用电源。
3.2 故障二
3.2.1 故障表现
① 进行正常的扫描过程中, 监视器内部分区域成像突然消失, 在扫描完成后, 无法重建图像;② 扫描过程中机器自行切换到关机界面, 并自行关机。重新启动后故障未能排除。
3.2.2 故障检测
① 检查机器磁盘运行是否正常;② 使用示波器检测电源电压是否正常;③ 检查机器的保养记录。
3.2.3 故障处理
① 电压不稳:更换电源, 确保电压稳定;② 仪器失养:因失于保养导致灰尘堆积, 影响设备使用, 则应立即进行维修保养;③ 若故障呈断断续续, 且无规律可循, 则需在全面检查的基础上, 针对具体故障进行排除。如磁盘损坏, 则更换磁盘[7]。
3.2.4 小结
导致扫描中断的常见原因有电压不稳和失于保养, 因此必须严格按照仪器说明书定期对仪器进行专业的保养。
3.3 故障三
3.3.1 故障表现
显示接收到的检测信号低, 无法进行正常的检测。
3.3.2 故障检测
① 检查患者体位是否正确;② 检查仪器频率选择是否准确;③ 检查仪器运行是否正常。
3.3.3 故障处理
① 调整患者的体位及仪器的频率, 恢复信号的强度, 保证正常检测;② 若仪器运行不正常导致上述故障, 则按照先检查硬件, 再检查软件的顺序依次进行故障排查, 根据检测结果进行维修。
3.3.4 小结
应对设备操作人员做好培训, 正确使用设备。
3.4 故障四
3.4.1 故障表现
监视器成像出现明显的斜条状伪影, 重新开机及更换线圈后进行扫描, 斜条状伪影仍未消失。
3.4.2 故障检测
① 检查各辅助设备连接是否正常;② 对磁体间的湿度和温度进行检测。
3.4.3 故障处理
① 重新连接各辅助仪器;② 当检查室的温度发生大幅度变化时, 应适时进行相应的养护, 确保仪器正常运行。
3.4.4 小结
检测前应仔细检查仪器的连接情况;定期对仪器进行保养, 尤其是在温湿度发生大幅度变化时, 应及时进行保养, 以保证仪器的正常使用。
4 总结
核磁共振成像在临床中应用的频率和范围日益增加, 已成为诸多疾病的首选诊断方式。因此一旦仪器出现故障, 不仅影响临床诊断的正常进行, 甚至会降低诊断的准确性, 进而影响疾病的治疗[8]。对核磁共振成像的典型故障及维修方法进行研究, 对提高仪器的利用率及诊断的准确率均具有重要价值。
参考文献
[1]裴玉明.核磁共振的典型故障维修三例[J].影像技术, 2011, 26 (2) :365-366.
[2]杨军, 肖海燕, 何贤国, 等.磁共振成像仪原理及故障排除探讨[J].中国医学装备, 2011, 22 (11) :632-634.
[3]陈宝剑.三星AI3000磁共振维修体会[J].医疗装备, 2012, 28 (5) :229-230.
[4]叶昌印.GE 1.5T核磁共振模块的故障探析[J].临床医学工程, 2012, 24 (5) :1256-1258.
[5]范清刚, 岳彩法.P8型核磁共振机几例故障的维修[J].实用医药杂志, 2009, 18 (7) :122-123.
[6]覃丕.西门子1.5T核磁共振常见故障原因分析与处理[J].影像技术, 2012, 27 (1) :466-467.
[7]蒋东平, 何贤国, 何燕, 等.西门子磁共振射频系统原理与故障分析[J].中国医学装备, 2011, 22 (9) :868-870.
岩石孔隙对核磁共振测井的影响 篇10
关键词：核磁共振,岩石孔隙,流体性质,效果影响
核磁共振测井是利用氢核在已知磁场中的核磁共振现象, 探测地层孔隙及所含流体特征的一种方法。它的移谱、差谱法为测井资料直观识别油气水层提供了一种新的有效手段。但在生产实际中, 却发现水层也会出现明显的差谱信号和移谱现象。为了解决这个问题, 本文系统分析了岩石孔隙度、孔隙结构及流体性质对核磁共振测井资料质量和应用效果的影响, 以便更有效地应用核磁共振测井技术, 更准确地进行流体识别和储层评价。
1 孔隙度和孔隙结构
核磁共振测井测量的是岩石孔隙流体中的氢核信号。信号幅度反映的是地层的宏观磁化矢量强度, 宏观磁化矢量强度在零时刻的数值大小正比于地层孔隙中的氢核数, 因此, 零时刻的核磁共振信号幅度与地层孔隙度有对应关系。孔隙度越大, 核磁共振信号幅度也越大。岩石通常含有大小不一的多种孔隙系统, 各种孔隙具有不同的比表面积, 具有不同的核磁共振弛豫速率, 表面弛豫率大小也不一样。因而, 可以测量到不同形态的T2谱分布。理论推导和实验证明, 弛豫时间T2谱分布与压汞实验获得的孔径分布有很好的相关性, 孔隙结构和岩性为控制T2谱分布的主要因素。尤其当物性较差时, 流体对T2谱分布的影响变弱。为我们研究地层孔隙结构提供了经济简便的方法。
移谱、差谱法为测井资料直观识别油气水层提供了一种新的有效手段。但生产实际表明, 在水层也会出现明显的差谱信号和移谱现象。原因在于当大孔径高孔隙度 (孔隙度大于15%) 的岩石中饱含水时, T1、T2都很长, 在2s以内的等待时间, 氢核不能完全恢复, 故测得的T2谱幅度小。图1中当等待时间达到10s时, 大孔径高孔隙度中的氢核才能基本恢复, 造成长短等待时间的T2谱有明显差异。从而在水层出现差谱信号。
M R I L-P型核磁共振仪其最大等待时间为2s, 往往在大孔径高孔隙度水层中出现差谱信号。因此, 出现大的差谱信号不一定都是油气层。实验表明移谱现象不仅受地层流体扩散性质影响, 还受孔隙结构和孔隙度的影响。对于水层, 当孔隙结构发育均匀且以大孔径孔隙为主时, 移谱不明显, 当小孔径的孔隙占主导地位时, 不仅移谱明显, 形状和峰值也发生变化。当储层物性较差时, 储集空间较小, 所含流体少, 核磁共振测井T2谱幅度变小, 油层的移谱现象也不明显。所以, 根据移谱、差谱法判断油水层时, 应考虑孔隙度和孔隙结构的影响。
2 流体性质
核磁共振信号幅度正比于孔隙流体的含氢指数。不同流体具有不同的含氢指数, 水的含氢指数通常认为是1[1]。饱含水的岩心核磁孔隙度与标准岩心测量孔隙度非常接近也证明了这一点。特高矿化度地层水的含氢指数会明显减小。中等粘度油的含氢指数接近于1, 而天然气通常以甲烷为主, 其含氢指数明显小于1, 并与温度和压力有关。稠油的含氢指数也小于1, 且随原油粘度增大, 含氢指数变小。所以, 当地层孔隙中含有天然气或稠油 (粘度大于200m Pa.s) 时, 核磁总孔隙度小于地层真实孔隙度。
理论和实验的进一步研究表明, 由观测回波串反演拟合得到的T2分布, 只有当岩石孔隙中存在单相流体 (例如饱和水) 时, 才与孔径分布对应, 而当孔隙中同时存在油水两相、或油气水三相流体时, T2分布不仅反映孔径分布, 而且包含有流体性质与流体含量的信息。首先, 含油饱和度的大小对T2分布有影响。图2给出了用煤油驱替岩心孔隙中的水, 测量得到不同含油饱和度下的T2谱。实验结果表明, 随着含油饱和度的增加, 水的体积减少, T2谱的左边 (不可动) 部分没有变化。右边 (可动) 部分由于油的影响, 在油水同出前逐渐向右 (T2增大方向) 延伸, 峰的幅度降低;在油水同出后, T2谱向右 (T2增大方向) 延伸不明显, 而峰的幅度升高。因为当孔隙中注油后, 油是非润湿相, 处于被水包围的状态, 弛豫保持油固有的T2特征值, 分布在T2增大的方向。随着油含量的增多, 峰值幅度会不断增加且向T2大的方向移动, 水的信号幅度由于含量降低而下降。
其次, 流体粘度对T2分布也有影响。从图3中可看出, T1、T2随原油粘度的增加而缩短, 而且T1的变化要比T2明显。粘度对T1、T2的影响很大, 随着原油粘度增大, 长弛豫组分减少, 扩散弛豫减弱, T2谱有规律地向左移动, 且T2谱幅度降低 (图4) 。在测井资料解释中应考虑原油粘度对储层物性参数计算和流体识别的影响。
在相同的储层条件下, 由于原油成分复杂, 包括长、短弛豫组分, T2谱分布范围宽, 多数都具有超过1000ms的组分 (稠油层例外) ;而水层成分相对简单, T2谱分布范围窄, 位于油的T2谱分布范围。而油层孔隙中同时含有油和水, 测得的T2谱是油和水T2谱分布的叠加。因此, 仅从标准T2谱的谱峰位置变化识别油气层, 具有多解性。稠油的纵向驰豫时间较短, 较短的等待时间就能恢复。稠油层无明显的差谱信号。在大孔径高孔隙的地层中, 由于稠油层差谱上的剩余信号来自水相, 所以差谱信号微弱, 而水层有明显的差谱信号, 可以识别水层和稠油层。此外, 稠油以体积弛豫为主, 扩散弛豫很弱, 改变回波间隔TE, 移谱不明显。只有轻质油随TE的增大, T2谱移谱明显。所以, 移谱法仅适用于轻质油气。
3 结论及认识
(1) 根据移谱、差谱法判断油水层时, 应考虑孔隙度和孔隙结构的影响, 水层也会出现明显的差谱信号和移谱现象。
(2) 流体性质是影响核磁共振测井物性参数计算和流体识别的重要因素。只有当岩石孔隙中饱和单相流体时, T2分布才与孔径分布有对应性。
参考文献