莱斯大学与橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种全新的基于物理的核磁共振（NMR）弛豫模型。该模型通过精确描述水分子与造影剂在微观层面的相互作用，突破了以往简化模型的局限，不仅有望显著提升医学 MRI 成像的清晰度与安全性，更为电池设计、地质勘探等涉及流体行为的领域提供了强有力的理论工具。
突破“近似值”的局限
在进行 MRI（磁共振成像）扫描时，医生通常会使用金属基（如钆）造影剂来增强图像的对比度。这些造影剂通过改变周围水分子的反应方式来工作。然而，长期以来，科学界描述这一过程的模型都依赖于大量的简化假设，无法真实反映复杂的分子运动，从而限制了预测的准确性。
为了解决这个问题，研究团队采用了一种名为 NMR 本征模框架（NMR eigenmodes framework） 的新方法。
- 基于物理全貌： 该模型求解了 Fokker-Planck 方程（一种描述分子位置和速度概率演变的方程），从而捕捉到了分子运动和弛豫的完整特征。
- 不仅预测，更能解释： 与以往只能进行数据拟合的模型不同，新工具能够解释现象背后的物理机制。
“通过更好地模拟液体中核磁共振弛豫的物理过程，我们获得了一个不仅能预测，还能解释该现象的工具。当生命安全和技术发展依赖于准确的科学理解时，这一点至关重要。”
—— Walter Chapman，莱斯大学化学与生物分子工程教授
捕捉完整的“和声”
为了让非专业人士理解这一复杂的物理过程，研究人员用音乐做了一个生动的比喻。新的框架能够识别水分子在微观层面响应造影剂的“自然模式”。
- 旧模型： 仅捕捉到一两个单独的“音符”。
- 新模型： 捕捉到了完整的“和声”。
这项研究的第一作者 Thiago Pinheiro 指出，该框架不仅能以极高的精度再现临床 MRI 频率下的实验测量结果，还证明了目前广泛使用的那些简化模型，实际上只是这个更全面理论的特例。
超越医学的广泛应用
这项研究的影响力远不止于让医疗诊断更清晰。由于 NMR 弛豫技术被广泛用于研究各种科学和工业应用中的液体行为，这一新框架将为多个领域带来革新：
- 电池设计： 帮助理解电解液在电池内部的行为。
- 能源与地质： 分析多孔岩石中的地下流体流动。
- 生物学： 深入了解生物细胞等受限空间内的流体动态。
目前，研究团队已将相关代码开源，以鼓励全球科研人员采用这一新标准并进行后续开发，从而推动从新药研发到能源技术的全面进步。