核磁共振弛核磁共振弛豫过程的特性

核核磁磁共共振振弛弛豫豫过过程程的的特特性性及及其其应应用用核核磁磁共共振振弛弛豫豫过过程程的的特特性性及及其其应应用用1 1 2 2
刘聪 ,任朝辉 ,汪红志 ,张学龙
1. 上海理工大学理学院,上海,200093;
2. 上海理工大学医疗器械学院,上海,200093;
上海市营口路 101 号,Email: xuelongz@//0>.
摘摘要要: 几乎所有用核磁共振技术对物质结构和性质的分析方面,都要涉及到驰豫过程的特性
摘摘要要
及相应的驰豫时间的分析,并由它获取相关的信息。

本文在结合讨论驰豫过程微观机制的基
础上,阐明驰豫时间这个参数的重要的性质特征,然后重点分析研究核磁共振驰豫特性在油
井储层中确定孔隙结构参数、在食品研究中分析食品品质、在医学诊断中判明病理病灶等方
面的重要应用。

关关关关键键键键词词词词: 核磁共振;弛豫时间;孔隙结构;水含量;玻璃化温度;自由水;结合水
中图分类号 O482.53;TE311;X836;[R35]
自 1924 年 Pauli预言核磁共振发生的可能性,到 1946 年 Bloch和
Purcell各自发现核磁
共振现象以来,随着计算机科学技术的快速发展进步,核磁共振(Nuclear Magnetic
Resonance,NMR)技术已成为石油勘探、食品分析和医学诊断等行业和领域重要的研究分
析手段。

核磁共振是原子核的磁矩受恒定磁场和相应频率的射频磁场同时作用,且满足一定条件
时在它们的磁能级之间所发生的共振吸收现象。

具体而言,样品中的自旋不为零的原子核,
它们的磁矩在静磁场中会发生能级分裂。

若用射频电磁波(Radio Frequency,RF)照射样
品,当电磁波的能量等于能级分裂的差值时,低能级的原子核会吸收能量发生能级跃迁,产
生共振吸收信号。

而一旦恢复原状,原子核又会把多余的能量释放出来,同时状态发生变化。

因此,它是一种利用原子核在磁场中的能量和状态变化来获得关于核(及其相关物质)信息
的技术。

在核磁共振(成像、波谱或其他分析)技术中,物质的大量原子核受射频场作用撤除后
以非辐射的方式逐步恢复到平衡状态的过程叫做驰豫。

驰豫过程的特征常
数――驰豫时间是
一个重要的参数,几乎所有用NMR技术对物质的分析都要涉及到这个参数,并由它获取相
关的信息。

本文在结合讨论驰豫过程微观机制和本质特征的基础上阐明驰豫时间这个参数的
重要作用,分析研究核磁共振技术在油井储层、食品品质和病理判断等方面的应用。

1 弛弛弛弛豫豫豫豫过过过过程程程程的的的的本本本本质质质质特特特特征征征征
物质单位体积中所有原子核磁矩的矢量和称为原子核的磁化强度矢量 M 。

无外磁场作
用时,由于热运动,自旋核系统中各个核磁矩的空间取向杂乱无章,M 0。

有外磁场 B(沿
0 0
z 轴方向)时,磁化强度矢量沿外磁场方向。

若在垂直于磁场 B (90°)方向施加射频场,
磁化强度矢量将偏离 z 轴方向(偏离时称 M 为 M) ) ;一旦射频脉冲场作用停止,自旋核系
) )
统自动由不平衡态恢复到平衡态,并释放从射频磁场中吸收的能量。

[1]
NMR 中的弛豫按其机制的不同分为两类 :一类是在 RF场关断后,自旋核和周围晶格
互相传递能量,使粒子的状态呈玻耳兹曼(Boltzmann)分布,称为纵向Gitudinal relaxation
弛豫,又叫 T 弛豫。

由于这个过程是氢核与周围物质进行热交换,最后到达热平衡,故又
1
称为热驰豫或自旋-晶格驰豫。

磁化强度矢量 M在 90°RF脉冲停止照射后,在 z轴方向恢复
到原来最大值的 63%时所需时间叫纵向驰豫时间。

另一类是在 RF场关断后,由于各个共振核的化学环境不同,致使它们的相位逐渐恢复
1到不同步、整个共振核系统的分布符合 Boltzmann Distribution 平衡状态的要求,这个过程为
横向Transverse relaxation弛豫过程也叫 T 弛豫。

由于是自旋核之间相互交换能量的过程,
2
所以又叫自旋-自旋驰豫过程。

磁化强度矢量 M 在 90°RF 脉冲作用下,倒向 xy 平面,并在
xy 平面散开,撤除 RF 照射后,其宏观磁矩水平分量减小 63%时所需的时间
叫做横向弛豫
时间。

这个过程表示 M在 xy平面的投影从最大值衰减到零的变化快慢,其本质是自旋核的
磁矩由相对有序状态向相对无序状态的过渡过程。

驰豫过程和驰豫时间所具有的这些含义和特征,使它成为 NMR技术分析中的重要参数。

了解 T 、T 的本质及它们受外界的影响是掌握 NMR 理论应用的重要的物理依据和基础。

1 2
对于 T 弛豫过程,样品中的自旋核与晶格以热辐射的形式相互作用。

显然,所研究的
1
对象必须是物质中的自旋核,即自旋不为零的核,而到目前为止一般是针对物质样品中的氢
核。

这是由含氢物质的旋磁比、天然含量和赋存状态决定的,例如在岩石骨架和孔隙流体中,
1 23 35 1
几种丰度大的自旋不为零的核素是 H、 Na、 Cl,后两种现在还不能测定,只有 H 的丰
度大,磁性强,容易测定。

油井勘探储层中大量的水和烃(油、气)即如此。

又如生物组织
[2] 1
或器官内水的成份占 70% ,所以在其成像和波谱分析中都是将 H作为研究对象。

晶格一般指自旋核以外的部份,即自旋核的外环境。

物质样品一般是由多种化学元素构
1
成的化合物或混合物,于是所测得的 T 值是指物质不同分子结构中 H核 T 值的平均值(T
1 1 2
1
值亦如此) 。

即在不同分子结构中的 H 核,由于其所属环境不同,其 T 值(或 T 值)是不
1 2
1
一样的。

H O 中的 H 核的 T 为最长,这样当组织与器官中含水量增加时,如水肿,则该组
2 1
织的 T 会增加。

有些病灶在不同阶段上含水量不同,这可以表现在 T 的大小上,利用这一
1 1
点可以对病灶作病理分期。

热辐射也是一个能级跃迁的过程,可以有受激
和自发两个可能的辐射过程。

但无论哪一种可能性
(概率)增加都会使热辐射进程加快,T 缩短。

根
1
据受激励辐射理论,当外界电磁波频率与能级跃迁
1
频率一致时,受激辐射就将发生。

样品的 H核因处
于不同的分子中而有不同的共振频率,于是就有一
个共振频率段,样品环境的热辐射的电磁波谱比较
宽,其中有一部分和共振频率段相重叠,总的趋势
是当环境温度越高时重叠的部分越小,反之当温度
[3]
越低时重叠部分增多(如图 1)。

样品内发生的受激
图 1 温度、粘度对 T 的影响曲线
1
辐射的概率增加,从而使 T 缩短。

同理可知,环境
1
中组织液的粘度增加(相当温度降低) ,同样会使 T 缩短,而组织液中粘度随其中蛋白质的
1
含量增加而增加。

另外,当主磁场 B 数值增大时,样品磁化强度矢量 M 增大,亦即参与弛豫过程的自
0 0
旋粒子数增多,于是弛豫过程加长,T 值增加。

再者,自旋核所处环境若是顺磁性,也会
1
增强自旋-晶格相互作用,T 会明显缩短。

这些都是影响纵向驰豫的基本因素。

1
对于T 弛豫过程,样品中磁化强度矢量的水平分量衰减到零,这种衰减来自于邻核局部
2
场及静磁场的不均匀性引起的散相。

根据拉莫尔(Larmor)进动,自旋核的角动量(磁矩)
绕主磁场 B 做旋进,但样品(自旋核系统)中各个自旋核旋进的频率(角频率)不会一致。

这是因为每个自旋核相当于一个小磁体,自旋核之间必然存在磁相互作用,其作用结果使核
磁矩从聚焦的方向上分散开来,这种分散导致M在xy平面的投影从最大值衰减到零。

自旋-自旋弛豫只是磁的相互作用而不存在能量向外的释放,故T 与环境温度、粘度无
2
关。

T 与主磁场的相关性也不大,但T 与主磁场的均匀性关系特别大,因为
磁场的不均匀会
2 2
大大加剧自旋核磁矩方向分散,使T 明显缩短。

因实际主磁场不均匀性的存在,相应的横向
2
2弛豫时间T *T 。

2 2
2 利利利利用用用用驰驰驰驰豫豫豫豫特特特特性性性性确确确确定定定定孔孔孔孔隙隙隙隙结结结结构构构构参参参参数数数数
在岩心分析、石油勘探中,压汞毛管压力曲线测量技术是确定孔隙结构参数的传统方法,
但有诸多弊端:使用有毒的汞作为介质,对操作人员和环境构成威胁;计算结果精度不高并
受个人因素影响较大;对岩石有永久性破坏作用,不易进行大规模的研究。

采用NMR技术可以克服这些不足,并能提供更加直观、可靠的数据。

最初测井时利用
地磁场作为静磁场,但这样得不到完整信息,这是由于固液界面效应的影响,岩石孔隙中油
与水的弛豫时间差异相当小而某些孔隙水的核磁弛豫非常快,致使孔隙度和饱和度都很难求
准;而且井内泥浆的影响很大,必须添加顺磁物质消除井眼信号,相当复杂和
麻烦。

之后,
为消除固液界面效应和井内泥浆的影响,用放入井中的磁体取代地磁场产生梯度场,再通过
下井仪把一个很强的极化磁场加到地层中,等氢核完全极化后撤去极化场,则氢核磁化矢量
便绕地磁场自由进动,在接收线圈中产生感应电动势,于是得到NMR信息。

由于储层中的水和烃(油、气)分子结构中含氢量的不同,纵向驰豫时间T 相差很大,
1
也就是它们的纵向恢复速率很不相同。

具体而言,水的纵向恢复时间比烃快得多。

如果选择
不同的极化时间,进行一系列的测量,得到衰减幅度不同的信号分布,就能分辨出油、气、
水的信息。

但在现场测井时,T 测量速度很慢,而且受界面影响严重,测量结果重复性差。

1
而T 在现场却可以较快的速度获得较准确的结果,因此现在实际上一般只测T 。

2 2
通过测量驰豫时间T 的分布可以确定孔喉半径r 的分布,孔喉半径分布是反映岩石孔隙
2 C
结构的参数之一。

根据分子物理学可知,毛管压力与毛管孔径之间的关系为2s cos q
P 1
C
r
C
式中P 为毛管压力mPa;σ表示流体界面张力;θ为润湿接触角;r 为毛管半径μm。

对
C C
2
汞来说,σ 49.44 N/ cm ,θ 140°,代入上式,略去负号,则有
0.735
P 2
C
r
C
孔隙中的流体按所处的区域可分成两部分:一部分为束缚水,其扩散受到孔壁的限制,
并与孔壁发生相互作用。

由于孔壁顺磁中心的存在等诸多因素,使该区域内氢的弛豫时间变
短,该区域称快弛豫区;另一部分是孔隙腔体,它称为慢弛豫区。

这两个区域内的氢由于流
体分子的扩散运动而发生强烈的交换,并不断地混合。

因此实际测得的是岩石孔隙内各种弛
豫的总效果。

当岩石孔径单一,孔隙内只有一种类型的流体,且在观察流体弛豫的时间内流
体分子的扩散长度大于孔径时,孔隙内快慢驰豫的粒子能很快完成混合,磁化强度矢量的横
向分量逐渐衰减,此时观察到的横向弛豫衰减随时间呈单指数衰减
*
- t / T
2
M t M e 3
*
其中, M 为初始磁化强度;T 为观察到的弛豫时间,它是孔隙内各区域驰豫时间并联形式
0 2
的平均值,可用下式表示为
1 1 1
+ 4
*
T T T
2 2b 2s
式中T 为孔隙流体处于集聚态(这里处于孔隙的中心部位)时的弛豫时间,简称体弛豫(b
2b
是英文Bulk的第一个字母,Bulk的意思是整体);T 为表面相互作用面对孔隙内流体弛豫时
2s
间的贡献。

3为了具体给出T 与单位孔隙的表面积S和单位岩石中孔隙体积V的关系, Korringa、
2s
[4]
Seevers和Torrey于1962 年提出了一种后来称为KST的模型。

该模型认为在一个体积为V的
孔隙内,有一层紧贴着孔壁、厚度为h的薄层液体,体积为V Sh。

整体水所占的体积V V
s b
- V 。

于是观测到的总弛豫应是两部分液体弛豫之和,忽略V 和V的差别,有下列最后的结果:
s b
1 1 V 1 V 1 h S
b S
+ + 5
*
T T V T V T T V
2 2b 2s 2b 2 s
式中S/V为岩石的孔隙比表面积;令ρ h/T 称为表面弛豫率Surface Relaxation,表示颗粒
2 2s
表面使质子产生弛豫能力的一个物理量。

对于矿井测量ρ可称为流体与岩石骨架相互作用的
2
强度(“表面驰豫强度”),它取决于孔隙表面的矿物组成和孔隙中含氢流体的性质。

可见
表面的性质对于表面弛豫有很大的影响。

例如,砂岩的表面弛豫率是碳酸盐岩的三倍。

还有,
含有大量铁和其他磁性矿物的岩石,其表面弛豫率的数值比常见值要大很多,因而弛豫时间
要短很多。

需要说明的是,上面的3、4式适用于孔隙较小的情况。

当孔隙大到一定程度,流体
的扩散长度小于孔径时,可观察到孔内各部分流体的不同驰豫时间,此时孔隙内的流体驰豫
衰减不是呈单指数衰减,这类孔隙归属为慢扩散范畴。

对于快扩散范围的孔隙,由于孔隙较
小,比表面S/V大,表面相互作用的影响很大,驰豫快,T 小;而T 的数值比较
大,通常试
2s 2b
管中的水可以看作整体水,体弛豫时间很长,在40 ℃时为3700mS。

多孔碳酸盐岩的弛豫时
间可达到这个数值。

然而对于一般岩石孔隙,弛豫时间较短,例如砂岩的弛豫时间常在10mS
小孔隙到500mS 大孔隙范围内。

因此通常式(5)前一项可以忽略,于是有
1 Sr 6
2
*
T V
2
由式(6)可看出,假定孔隙由理想球体组成,则S/V 3/r ;如果喉道由理想柱体组成,
C
则S/V 2/r 。

若再假设孔隙半径与喉道半径成正比,式(6)可改写为
C
1 F
S7
*
T r
2 C
式中,F 为孔隙形状因子,对球形孔隙,F 3;对柱状喉道,F 2。

式(7)表明孔隙半
S S S
径与T 值成正比。

联立式(2)和式(7),可以得到
2
C
P8
C
*
T
2
式中,C 0.735/ρ F 称为转换系数。

在测得T 分布的情况下,根据式8能够近似得到毛管
2 S 2
压力曲线。

上述给出了弛豫时间与孔隙度结构的关系,由此可以进一步求取束缚水饱和度和渗透率
等参数。

实践已经证明,核磁共振测井求得的渗透率比用常规测井方法求得的要准确。

关于纵向驰豫时间T 信息的测量,近年来有新的进展,发现它对测井有非常优越的价值。

1
这主要是随钻核磁共振测井技术将备受关注,该技术是在钻进过程中实现对地层的核磁共振
测量,在线提供地层的孔隙度、束缚水孔隙体积以及相关信息。

在随钻井(Logging While
Drilling, LWD)曲线测量中,T 信息能将钻挺移动的影响分离,而且T 测量获得的信息从物
1 2
[5]
理原理上讲也不如T 数据。

目前已有研究表明 ,T 测井是用于LWD的更为有效方法。

1 13 利利用用驰驰豫豫特特性性分分析析食食品品品品质质
利利用用驰驰豫豫特特性性分分析析食食品品品品质质
4对于食品的研究,无论是生产加工、仓储保存还是使用消费,人们无非是针对它的变性
程度、营养价值和口感好坏等食品品质相关的因素进行分析,而这其中的大多数因素均与食
品中的水份(含量、活度和结构等)有关。

对食品中水份的最早研究仅仅是测定食品中的水
份含量,以往应用广泛的有DSC(Differential Scanning Calorimeter,差示扫描量热)、DMA
(Dynamic Mechanical Analyzer,动态机械分析)、DMTA(Dynamic Mechanical Thermal
Analysis, 动态热机械分析)等测定方法,但食品作为非均匀的复合体系,这些方法不能提
供关于食品水份的完整信息(如结合水的物理状态等)。

另外,测定过程中的加热会导致一
系列诸如蛋白质变性、淀粉糊化、汁液外流等变化,使得其结果不真实。

利用NMR驰豫过
程的特性能够快速、无损地进行测定,提供食品中水份的动态信息。

[6]
食品体系中的水可分为三种类型 :结合水、自由水、处于结合水和自由水之间的水,
后两者与食品中大分子或粒子易发生质子交换。

水的这些性质和含量都能够在NMR驰豫时
间的特性上反映出来。

3.1 驰驰豫豫特特性性与与食食品品中中水水的的含含量量
驰驰豫豫特特性性与与食食品品中中水水的的含含量量
以淀粉中的水为例,图2给出水含量与T 的关系。

图中曲线显示T 存在最小值,这是因
1 1
为在水份含量非常低的区域内,水分子被强烈结合(束缚),驰豫慢,T 大;随着水含量的
1
增加,水与淀粉分子间的作用力增大,驰豫快,T
下降;当T 下降到最小值后,在高水份区,水分子
1
的流动性增强,相互作用减弱,驰豫变慢,T 逐渐
1
增加。

天然的淀粉-水体系是复杂的、多相且不平衡的
体系,其沉积和凝固或老化过程会处于一个固液两
相的体系,图3显示这个体系的FID Free Induction
图2. T 和水分含量之间的关系
1
Decay 曲线。

最初是固相质子的磁共振信号快速衰
减,然后是水的信号慢速衰减。

后者是因为液相质
子之间的距离相对较远,弛豫时间较长;而对固相体系而言,刚性晶格中质子间的距离短,
便于能量的传递。

大概在90 脉冲后的60~70m S的
瞬间,固相的大部分已衰减。

因此在60~70m S处
的信号强度与液相水质子的浓度成正比。

如果将
FID曲线的最大信号值记为S (它一般比实际的总
T
信号值小,且在延迟一段时间以后才开始收集信
号,将60~70m S处的信号值记为S ,那么固相溶
质的信号S 就是S 与S 之差,体系液相与固相的比
S T L
图 3 固、液相 FID 衰减曲线
率R 等于:
L/S
S
L
R 9
L / S
S - S
T L
这样,利用NMR先对已知含水量的标样做实验,再通过简单的数学运算,建立R 和含水量
L/S
的关系,能够测知样品的含水量。

Sung-Gil和William用FID方法研究常温下小麦淀粉的含水
[7]
链,发现100g干淀粉中含“单层水”8.617g 。

3.2 驰驰驰驰豫豫豫豫特特特特性性性性与与与与食食食食品品品品中中中中水水水水的的的的结结结结合合合合性性性性质质质质
水结合与水合都是用来表示水与包括细胞物质在内的亲水物质缔合的一般倾向的,水结
合的程度与强度取决于非水成份的本质、盐的组成、pH值和温度等因素。

食品中最为典型
的就是腌肉中的水结合性质。

腌肉制品因选用的腌渍液组份不同而使本身的持水力存在差
异。

采用自旋-晶格驰豫和自旋-自旋驰豫研究经食盐和磷酸盐处理的样品中的水份,发现食
5盐和磷酸盐会增加腌肉的持水力,经蒸煮后驰豫时间下降。

其原因主要是食盐和磷酸盐对肌
肉的结构单元产生影响,两者的协同作用使细胞内蛋白质肌纤丝膨胀、溶解、断裂。

另外,
不同类型的水分子之间或水分子与其它可交换质子的分子之间,通过化学交换质子也使驰豫
加快,驰豫时间减少。

蒸煮会进一步造成肌肉的收缩和水份的损失,加热会引起增溶蛋白的
凝胶。

所有这些都会降低平均扩散距离,因旋转运动的偶极-偶极相互作用效率低,使得蛋
白质聚集降低了水分质子的驰豫时间,相应的驰豫速率上升。

人们对不同种类大米的蒸煮试验发现,随着蒸煮过程的进行,以游离状态存在的自由水
的纵向驰豫时间T 逐渐缩短,说明这部分水份的游离程度渐趋减弱。

分散在
支链淀粉所构成
1
的连续有序的立体网络中的直链淀粉分子,在受热条件下,从原本处于无序的亚稳态的螺旋
线形伸展为直线,开始从网络中逃出,分散于水中并在某种程度上与米粒中的有机物趋向结
合。

[8]
图4分别给出粳米、糯米和籼米在蒸煮过程中T 的变化关系米。

在糊化过程的第一阶
1
段,即可逆吸水阶段,水分子开始进入淀粉粒的非品质部分,与游离的亲水基发生结合,因
此T 有所降低;当蒸煮温度上升到50°C
1
时,粳米的T 由1080mS缩短到892.6mS,
1
糯米由464.4mS降至354.5mS,籼米也由
809.5mS缩短为565.6mS。

当物化过程进
入不可逆吸水阶段时,水分子开始进入
淀粉粒的内部,与一部分淀粉分子相结
合,淀粉粒不可逆转地迅速吸收大量的
水份,自由水与淀粉粒的结合更趋紧密,
T 继续减小。

在物化温度达到76°C时,
1
图 4 稻米蒸煮过程中 T 的变化曲线
1
T 由892.6mS变为423.2mS,大约降低了
1
一半。

在蒸煮终了水份由结合水和自由水并存为1种状态,驰豫时间介于结合水和自由水之
间的187mS。

这些都表明,在蒸煮过程中测定T 的变化,与淀粉的糊化及蛋白质变性等理化
1
反应过程有明显反映。

3.3 驰驰驰驰豫豫豫豫特特特特性性性性与与与与食食食食品品品品玻玻玻玻璃璃璃璃态态态态的的的的转转转转化化化化
早在80年代,美国学者Levine和Slade提出了食品聚合物科学理论,建立了玻璃化转变温
度T 与食品的结构特征和微生物活性之间的联系,于是T 是成了控制食品质量和稳定性的关
g g
键因素。

影响食品聚合物性质的是随温度而改变性质的高分子链段,它符合
著名的WLF方
[9]
程 :C t - t
T
1 S?
ln a ln - 10
T?
T C t - t S2 S
式中,a 是位移因子,C 和C 是两个经验常数,T和T 分别是温度t和t 下的弛豫时间。

T 1 2 S S
WLF方程反映了聚合物高分子链段独特的温度依赖性,它可以在整链质量中心不移动
的前提下发生运动。

无定形的聚合物在较低温度下,分子的热运动能量很低,只有较小的运
动单元,聚合物所表现出的力学性质与玻璃相类似,故称之为玻璃态,其分子间的排列为近
程有序而远程无序,实际上是一种“过冷液体”。

此时聚合物链段被冻结,整体不易流动、
变形,没有活性,类似于固相体系,所以处于玻璃态的聚合物横向弛豫时间T 相对较小。

当
2
聚合物由玻璃态转变到橡胶态时,含有质子的基团运动频率增加,其核磁共振的驰豫时间会
有相应变化。

[10]
实验对置于磁场中的样品,在不断升温的过程中,测定T 。

实验研究表明 ,当聚合物
2
处于玻璃态时,T 不随温度而变,表现出刚性晶格的性质。

玻璃化转变后,突破刚性晶格的
2
6限制,T 随温度的升高而增大,由T 和温度曲线可求得玻璃态转变温度T 。

2 2 g图 5 麦芽糊精的 T 与温度关系曲线图 6 麦芽糊精的 T 与温度关系曲线
2 1图5和图6分别是麦芽糊精的自旋-自旋弛豫时间T 和自旋-晶格弛豫时间T 与温度之间的
2 1
曲线关系。

曲线表明存在一个转折温度T 。

对于T ,低于某个温度,曲线变化缓慢;高于这
C 2
个温度,曲线斜率增大。

而对于图6中的T 曲线,情况恰好相反:高于某个温度,曲线变化
1
缓慢;低于这个温度,曲线斜率增大。

使用线形回归计算,可以求得两条线的共同转折点
T 就是玻璃化温度T 。

面包、糕点等都可以用此方法测量T 。

C g g4 利利用用驰驰豫豫特特性性诊诊断断病病理理病病灶灶
利利用用驰驰豫豫特特性性诊诊断断病病理理病病灶灶
对生命体而言,第一重要的是蛋白质,第二重要的便是水。

人体的水份约占体重的 70%,
其余为蛋白质,脂肪和无机物。

在这些水中,约有 80%分布于细胞内,生理学上称之为细
胞内液;另外有 20%在细胞外,称之为细胞外液。

水的分子式为 H O,由此单位质量水中
2
氢的含量为 11%。

人体水的特性包括:密度分布、存在状态和运动情况。

在整个人体的脏器、
组织中,水载着细胞内、外环境的信息,临床 MRI 是靠水质子给出信息进行成像诊断的。

早期的动物实验和临床观察已经证明,人体的正常组织与异常组织间的氢质子弛豫特性有很
大的不同,这就形成了氢质子核磁共振在生物医学中应用的物理学基础。

在医学成像中,弛豫时间 T 和 T 等是重要的成像参数。

对于生物组织,T 和 T 的测量。