核磁共振工作的简略原理(一)

温脑

定义：

核磁共振(通常缩写为NMR)是将一个适当的原子核置于磁场中观察到的现象。核磁共振仪通过观察和测量给定样品中的射频能量(RF)与原子核的相互作用来确定物质的分子结构，以产生核磁共振波谱。最常见的波谱是氢(通常称为质子或缩写为1H)和碳(13C)。
核磁共振系统的5个组成部分：

• 能产生均匀磁场的稳定磁铁；
  
• 能够产生必要电磁辐射的射频(RF)发射器；
  
• 一种高灵敏度射频接收器，可以检测共振原子核产生的微弱信号；
  
• 控制射频脉冲并将接收端检测到的信号转换为数字格式的控制台；
  
• 可以用来帮助操作者解释仪器所产生的数据的软件。
  

核磁共振的原理：

简单来说就是如果把具有磁矩(magnetic moment)的原子核(氢原子核1H、碳原子核13C)置于强磁场中，它就会像陀螺一样以特定的频率发生进动(precess)。这种进动(precession，也叫做旋进)是原子核的基本属性，是能够使用核磁共振的一个不可缺少的条件。
这里先解释一下磁矩：磁力产生的力矩就是磁矩，所以也可以把磁矩当作是一种特殊的力矩。然后，再看下图 贴吧大神的解释，再结合力矩的定义，就能搞懂什么是磁矩了。总的来说 只需要明白它能产生一个转动效应就可以了。

然后是进动，

处在外加磁场中的氢质子除了围绕着自己的小磁场进行自旋运动外(类比为地球自转)，还会绕着外加磁场(主磁场)进行旋转摆动(类比为地球绕着太阳公转)，这种氢质子的旋转摆动就称为进动。(PS: 磁性原子核绕着自己的轴进行高速旋转的特性称为自旋)。
然后说几个人体中关于氢原子的要素：

• 由于氢质子在人体内的排列无序，存在(磁场)相互抵消的缘故，可以把人体视为无磁场存在；
  

• 当有外界磁场干涉时，人体内的氢质子开始作有规律的排列；
  

Notice that some of the protons align parallel to the magnetic field ... And others align in the antiparallel direction.

• 氢原子的磁矩按磁场方向排列，大部分氢原子核磁矩与磁场方向平行，少数与磁场方向反向平行；
  

• 与外加磁场方向相同的小磁场数目大于方向相反的数目；
  
• 人体组织内产生一个与外加磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量；
  
• 每100万个氢核中，低能量级的核数仅比高能量级多7个；
  
• 在25度环境下，0.2T的磁场内顺磁场方向的质子比反向的仅多1.5个/每百万氢核中，只占据极微小的优势。此时MR线圈不易检测到宏观纵向磁化矢量。
  

因此，射频脉冲的加入就很有帮助了 (给一个射频场能量，让质子转到X-Y轴的方向上，此时再测量纵向的磁化矢量就方便了)。
待射频脉冲加入后，质子开始吸收能量产生共振，
微观上，质子吸收能量后可能会跃迁到高能级；
宏观上，感应的磁场方向会发生变化，原来是朝向外加磁场方向，现在会慢慢进行转动。

与下图是一个意思

在弛豫过程中，会对信号进行收集和测量。

这里的B0指的是原先的外加磁场

这里的B1指的是射频磁场

想要知道这个梯度线圈有什么用？请看文末post的Youtube第一个视频1分20秒起

下一篇再讲各个参数的含义。。。。。。。。
本篇主要参考资料：

另外附几个Youtube上的短视频链接，讲的非常形象和生动，推荐大家看看 (第三个视频比较久)。


来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/409397253
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