磁共振的基本原理
核磁共振工作原理
核磁共振工作原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种重要的分析技术和研究手段。
它基于原子核之间的电磁相互作用，通过利用核自旋在外加磁场和射频场作用下的共振吸收现象，实现对样品的结构和性质的分析。
本文将详细介绍核磁共振的工作原理。
一、基本原理核磁共振技术的核心是核磁共振现象。
当一个样品置于磁场中时，其核自旋将受到外加磁场的影响，导致核自旋的量子态能级发生分裂。
此时，如果给样品施加一个与能级间距相符的射频波，将出现共振吸收现象。
这种共振现象的产生是由于外加磁场与样品中核自旋的磁矩相互作用所致。
二、共振条件核磁共振的共振条件可以用以下公式表示：ω = γB0其中，ω表示射频波的角频率，γ是核磁矩的旋磁比，B0是外加磁场的大小。
根据这个公式可知，当外加磁场的强度发生变化时，共振条件也会相应改变。
三、工作步骤核磁共振的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 加样处理：样品通常会进行处理，以提高信噪比和磁场均匀性。
处理包括稀释、混合、旋转等。
2. 形成磁场：通过磁铁产生一个强大的静态磁场，这是核磁共振实验的基础条件。
3. 校准射频场：根据样品的特性和实验需求，校准出一个合适的射频场。
4. 施加射频激发信号：给样品施加一个与共振频率匹配的射频激发信号，使样品中的核自旋从基态跃迁到激发态。
5. 探测共振信号：探测样品中的共振信号，记录共振频率和共振幅度。
6. 数据处理和分析：对探测到的共振信号进行处理和分析，提取样品的结构和性质信息。
四、应用领域核磁共振技术在许多领域都有广泛的应用，包括化学、物理、生物、医学等。
在化学领域，核磁共振可以用于分析有机物的结构、鉴定化合物的纯度等。
在物理领域，核磁共振可以用于研究材料的磁性、超导性等性质。
在生物领域，核磁共振可以应用于蛋白质结构研究、DNA解旋等。
在医学领域，核磁共振成像（MRI）可以用于人体各类组织和器官的诊断。
综上所述，核磁共振工作原理是基于核自旋共振现象的。
磁共振的原理
磁共振的原理磁共振是一种重要的物理现象，它被广泛应用于医学、化学和物理等领域。
本文将围绕磁共振的原理进行阐述。
一、磁共振的概念磁共振是指当原子或分子处于磁场中时，受到磁场的作用而产生共振现象。
磁共振的产生与原子或分子的核自旋有关。
二、核磁共振的原理核磁共振是利用核磁共振现象进行成像的一种技术。
下面将介绍核磁共振的原理。
1. 核自旋原子核由质子和中子组成，其中质子具有正电荷。
当原子或分子处于磁场中时，它们的核会沿磁场方向取向，这个取向被称为“朝上”或“朝下”。
2. 磁场核磁共振需要使用强磁场，通常是一个恒定的静态磁场。
磁场的强度被表示为磁通量密度。
3. 激发在核磁共振实验中，一个射频脉冲作用于样品，使得某些核的自旋倒转了。
这个过程被称为激发。
一旦核自旋倒转，它就开始以特定频率发射电磁波，这个频率被称为共振频率。
4. 探测探测是核磁共振成像的一个关键环节。
当被测试的样品放置在强磁场中，我们会发送一个射频脉冲，这个脉冲会激发样品中的原子核，使其产生共振现象。
这个现象可以被从样品中发射的信号所检测到。
三、磁共振成像的原理磁共振成像是一种非侵入性的医学检查技术，它利用核磁共振原理对人体内部进行成像。
下面将介绍磁共振成像的原理。
1. 原理磁共振成像的原理是利用不同组织在强磁场中的旋转速度不同，从而产生不同的信号。
这些信号被接收器捕捉并转化成数字信号，然后计算机通过数学算法将这些信号转化成图像。
2. 步骤进行磁共振成像需要经过以下几个步骤：（1）患者躺在磁共振机床上。
机器会将患者放置在一个强磁场中。
（2）机器会发送射频脉冲激发患者体内的原子核。
（3）原子核在磁场中发生共振，产生信号。
（4）接收机捕捉这些信号，并将其转化成数字信号。
（5）计算机利用数学算法将数字信号转化成图像。
四、磁共振的应用磁共振已经被广泛应用于医学、化学和物理等领域中。
以下是一些典型应用：1. 医学影像学磁共振成像已成为医学影像学中的重要技术，它可以产生高分辨率的三维影像。
核磁共振的工作原理
核磁共振的工作原理
核磁共振是一种基于原子核内部自旋特性的物理现象，用于分析和探测样品的结构和性质。
核磁共振扫描的工作原理基于以下几个步骤：
1. 构建磁场：在核磁共振设备中，需要建立一个恒定强度的磁场，通常使用超导磁体来产生高强度磁场。
2. 激发核自旋：将待测样品置于恒定磁场中，样品中的原子核具有自旋，这些原子核呈不同的能级分布。
通过施加特定功率的高频射频脉冲电磁波，可以使部分原子核自旋向上或向下翻转，从而达到激发的状态。
3. 自旋弛豫：激发后的原子核自旋会在一段时间内返回到平衡状态，这个过程称为自旋弛豫。
不同原子核的自旋弛豫时间和方式与样品的物理化学性质相关。
4. 探测信号：在自旋弛豫过程中，原子核向外释放能量，称为自旋-晶格弛豫或自旋-自旋弛豫。
这些能量以形式的方式被检测器检测到，产生电信号。
5. 数据处理：通过对探测到的信号进行处理和分析，可以获取关于样品分子结构、组成和相互作用的信息。
这些信息可以转化为图谱或图像，供进一步分析和解读。
总之，核磁共振利用原子核自旋特性的激发和松弛过程，通过
探测在样品中的信号来获取样品的信息。
这种技术广泛应用于生物化学、医学、材料科学等领域，为分析和研究提供了强大的工具。
磁共振知识点总结
磁共振知识点总结一、磁共振成像（MRI）基本原理。
1. 原子核特性。
- 许多原子核都具有自旋特性，例如氢原子核（单个质子）。
当置于外磁场中时，这些自旋的原子核会发生能级分裂，产生两种不同的能量状态（平行和反平行于外磁场方向）。
- 两种状态的能量差与外磁场强度成正比，公式为Δ E = γℏ B_0，其中γ是旋磁比（不同原子核有不同的旋磁比），ℏ是约化普朗克常数，B_0是外磁场强度。
2. 射频脉冲（RF）的作用。
- 当施加一个频率与原子核进动频率相同（拉莫尔频率，ω_0=γ B_0）的射频脉冲时，原子核会吸收能量，从低能级跃迁到高能级，处于激发态。
- 射频脉冲停止后，原子核会释放能量回到低能级，这个过程产生磁共振信号。
3. 弛豫过程。
- 纵向弛豫（T1弛豫）- 也称为自旋 - 晶格弛豫。
是指处于激发态的原子核将能量传递给周围晶格（分子环境），恢复到纵向平衡状态的过程。
- T1值反映了组织纵向弛豫的快慢，不同组织的T1值不同。
例如，脂肪组织的T1值较短，水的T1值较长。
- 横向弛豫（T2弛豫）- 也称为自旋 - 自旋弛豫。
是指激发态的原子核之间相互作用，导致横向磁化矢量衰减的过程。
- T2值反映了组织横向弛豫的快慢，一般来说，纯水的T2值较长，固体组织的T2值较短。
二、MRI设备组成。
1. 磁体系统。
- 主磁体。
- 产生强大而均匀的外磁场B_0，是MRI设备的核心部件。
常见的磁体类型有永磁体、常导磁体和超导磁体。
- 永磁体：不需要电源，磁场强度相对较低（一般小于0.5T），维护成本低，但重量大。
- 常导磁体：通过电流产生磁场，磁场强度一般在0.2 - 0.5T，需要大量电力供应，产生热量多。
- 超导磁体：利用超导材料在超导状态下的零电阻特性，通过强大电流产生高磁场（1.5T、3.0T甚至更高），磁场均匀性好，但需要液氦冷却，设备成本和维护成本高。
- 梯度磁场系统。
- 由X、Y、Z三个方向的梯度线圈组成，用于在主磁场基础上产生线性变化的梯度磁场。
核磁共振技术的基本原理和应用
核磁共振技术的基本原理和应用引言：近年来，随着科技的不断发展，人类创造了许多先进的科学技术，其中之一就是核磁共振技术。
核磁共振技术作为一种非侵入性的检测手段，在医学、化学、生物学等领域中得到了广泛的应用。
本文将对核磁共振技术的基本原理以及其在不同领域中的应用进行探讨。
一、核磁共振技术的基本原理核磁共振技术是利用原子核自旋磁矩与外加准直磁场、射频场交互作用的一种技术。
其基本原理可简要概括为以下几点：1. 原子核自旋磁矩：原子核由质子和中子构成，质子和中子的自旋造成了原子核的自旋磁矩。
具体而言，核自旋磁矩是指带电粒子（比如质子）绕自身转动产生的旋转磁矩。
2. 磁共振：当核自旋磁矩遇到外加准直磁场时，核自旋会在磁场中取向，形成两个能级：平行与反平行。
能级差值与自旋的有效尺度、核数、外加磁场大小有关。
3. 预cession 磁滞：在外加均匀磁场和射频场诱导下，核自旋会绕着磁场方向进行进动，称为预cession。
预cession频率与环境中的磁场强度以及射频场频率有关。
4. 能级跳变：当射频场频率与系统能级之间的差值相等时，能级间会出现共振现象，这种跳变会引起固有信号。
二、核磁共振技术在医学领域的应用核磁共振技术在医学中的应用非常广泛，尤其在医学影像领域中发挥着重要的作用。
1. 核磁共振成像（MRI）：核磁共振成像是核磁共振技术在医学影像学中的应用，它能够通过对人体局部区域进行扫描和成像，帮助医生观察人体组织结构、器官病变以及异常功能等。
MRI成像不需要使用任何放射性物质，因此相比传统的X光照射方法更为安全。
2. 核磁共振波谱（NMR）：核磁共振波谱是利用核磁共振技术对蛋白质、药物、代谢物等进行分析的一种方法。
通过对样品中的核磁共振信号进行分析，可以推断样品中分子的结构、组成以及浓度等信息，从而达到检测和分析的目的。
三、核磁共振技术在生物学和化学领域的应用除了在医学领域，核磁共振技术还在生物学和化学领域中得到了广泛的应用。
磁共振成像技术的基本原理及其应用
磁共振成像技术的基本原理及其应用磁共振成像技术是一种常用于医学诊断的无创检查方法，其基本原理是利用磁共振现象上的差异来观察人体内部器官和组织的构成和内部结构，从而获得有关人体疾病和异常情况的信息。
磁共振成像技术的广泛应用，已经大大提高了医学领域的诊断和治疗水平，为人类健康事业做出了重要贡献。
一、磁共振成像技术的基本原理磁共振成像技术利用强磁场和射频脉冲来观察人体内部器官和组织的构成和内部结构。
其基本原理是利用人体内原子核的磁共振现象，即在外磁场中，原子核会预先进入能量较低的状态，而外加射频场会引起原子核的能级变化，当射频场停止时，原子核通过释放能量恢复到预先进入的能量状态，释放出的能量被检测器捕捉并转化成图像。
不同类型的组织和器官原子核之间的信号强度和特殊性质不同，这种差异通过计算和处理后被显示在成像上。
二、磁共振成像技术的应用磁共振成像技术已经成为医学诊断的重要手段，广泛应用于神经学、心脏病学、肿瘤学、骨科、妇科等领域。
在神经学领域，磁共振成像能够对脑部和脊髓进行高分辨率成像，对中风、多发性硬化症、脑肿瘤等疾病的诊断和治疗起到关键作用。
在心脏病学领域，磁共振成像能够检测心肌缺血、心肌肥厚、心包炎等疾病，对于评估心脏功能和预测心血管疾病风险有重要作用。
在肿瘤学领域，磁共振成像能够检测出较小的肿瘤和癌细胞分布，对于肿瘤的评估和治疗起到至关重要的作用。
在骨科领域，磁共振成像能够检测出骨折、关节炎等骨骼系统的疾病，对于骨髓炎、软骨损伤和脊柱疾病的诊断和治疗也有一定的帮助。
在妇科领域，磁共振成像能够检测妇女的生殖系统和相关疾病，如卵巢囊肿、子宫肌瘤、宫颈癌等。
三、磁共振成像技术的优势与其他成像技术相比，磁共振成像技术具有很多优势。
首先，磁共振成像所用的是非离子辐射，与X射线相比，无辐射危害，不会对人体组织产生伤害。
其次，磁共振成像具有高灵敏度、高分辨率的特点，能够更明确地显示出人体内部组织和器官，对于复杂部位的成像有优势，如脑、脊柱等。
MRI磁共振成像基本原理及读片
MRI磁共振成像基本原理及读片MRI（磁共振成像）是一种医学影像技术，利用磁共振原理来获得身体内部的高分辨率图像。
本文将详细介绍MRI的基本原理及读片过程。
一、MRI的基本原理1.磁共振现象：MRI利用磁共振现象来获得图像。
人体组织主要由氢原子构成，而氢原子含有一个质子，质子带有正电荷。
在强磁场的作用下，质子将朝向磁场的方向旋转。
质子的旋转频率与外部磁场的强度成正比。
2.弹性波：磁共振装置内的一套辅助磁场可以加入特定的辅助磁场，这些辅助磁场将会给氢原子的原子核一个脉冲的影响，并造成它们间接或直接在周围的分子上加入一个特定的力，这个力的效应可以用声音形容，并且它的效应在短时间之内会消失。
3.回弹：当辅助磁场停止作用时，氢原子的原子核会回到基本对齐的状态。
在这个过程中，它们会向周围发出信号，被称为MR信号或回声。
回声信号会被感应线圈捕获并送到计算机中进行处理和图像重建。
4.信号解析：计算机将回声信号解析为图像。
这里有几种常用的重建方法，包括傅立叶变换、快速傅立叶变换和回声信号积分。
二、MRI读片过程1.图像质量评估：在开始读片之前，需要对图像质量进行评估。
评估因素包括图像分辨率、对比度、噪声、伪影等。
图像质量好与否对于正确认识病灶和提供准确诊断至关重要。
2.解剖结构分析：先观察解剖结构，包括脑、脊髓、血管、骨骼等。
通过比较对称性、大小、形态等，可以初步判断是否存在异常。
3.病灶检测与定位：在观察解剖结构的基础上，进行病灶的检测与定位。
常见的病灶包括肿瘤、脑梗死、脑出血等。
通过对信号强度、位置、边界特征等进行分析，可以初步判断病灶的类型和范围。
4.强度与序列分析：MRI图像的信号强度与脉冲序列有关。
不同的脉冲序列可以提供不同的对比度和重建方式。
通过比较不同脉冲序列的信号强度变化，可以更好地分析病灶的性质，并提供更准确的诊断依据。
5.影像报告编写：根据对图像的分析和判断，编写MRI影像报告。
报告通常包括病人基本信息、病灶的位置、大小、特征、诊断意见等。
核磁共振法的基本原理是什么
核磁共振法的基本原理是什么？在材料研究中的应用如何？１、核磁共振（ＮＭＲ）的基本原理：核磁共振是指原子核在外磁场作用下，其在能级之间共振跃迁的现象。
原子核磁性的大小一般用磁矩L表示，L具有方向性，L=γhI, h是普朗克常数, I为自旋量子数，简称自旋。
旋磁比γ实际上是原子核磁性大小的度量，γ值大表示原子核的磁性强，反之亦然。
在天然同位素中，以氢原子核(质子)的γ值最大(42.6 MHz /T),因此检测灵敏度最高，这也是质子首先被选择为NMR研究对象的重要原因之一。
当把有磁矩的核置于某磁场中,该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动－拉莫尔进动,其频率由下式决定:ω=2πγ。
式中ω为角频率,γ为拉莫尔进动频率。
当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时,处于低能态的核便吸收射频能,从低能态跃迁到高能态,此即核磁共振现象。
没有自旋的原子核(I=0)没有磁矩,这类核观察不到NMR 信号,如14C,16O,32S等, I=½的原子核是NMR中研究得最多的核,如:1H,13C,19F,15N等。
２、核磁共振技术的实验装置实现核磁共振可采取两种途径:一种是保持外磁场不变,而连续地改变入射电磁波频率；另一种是用一定频率的电磁波照射,而调节磁场的强弱。
图1为核磁共振现象的装置示意图:采用调节入射电磁波频率的方法来达到核磁共振，样品装在小瓶中,并置于磁铁两极之间,瓶外绕有线圈,通有由射频振荡器输出的射频电流。
于是,由线圈向样品发射电磁波。
调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化,当频率正好与核磁共振频率吻合时,射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰。
这可以在示波器上显示出来。
同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。
核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器,主要由磁铁、探头和谱仪三大部分组成。
磁铁的功用是产生一个恒定的磁场；探头置于磁极之间,用于探测核磁共振信号；谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来。
核磁共振工作原理
核磁共振工作原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种基于原子核的物理现象的仪器技术，它在医学、化学、材料科学等领域具有重要应用。
核磁共振工作原理是指通过外加磁场和射频脉冲来激发样品中的原子核，从而探测和分析样品的结构和性质。
核磁共振的工作原理可以简单地解释为：当一个物质处于磁场中时，其原子核会表现出一种特殊的行为，即核自旋。
核自旋可以理解为原子核围绕自身轴线的旋转运动，类似于地球自转。
根据原子核的不同性质和组成，其自旋的性质也不相同。
当外加一个静态磁场时，原子核自旋会沿着磁场方向分裂成不同的能级，这称为塞曼效应。
在低温下，原子核自旋的能级差异很小，因此大多数原子核处于基态。
但当外加一定能量的射频脉冲时，能量将被吸收，部分原子核从基态跃迁到激发态。
当射频脉冲停止后，激发态的原子核会逐渐返回基态，并释放出能量。
通过测量释放出的能量，可以得到关于样品中原子核的信息。
核磁共振的信号获取和处理过程可以分为三个主要步骤：激发、接收和处理。
首先，通过外加磁场和射频脉冲来激发样品中的原子核。
接着，利用接收线圈来接收原子核释放出的能量信号。
最后，通过一系列的信号处理方法来提取样品的信息。
核磁共振的仪器由主磁场、射频系统、探头和信号处理系统等组成。
主磁场是核磁共振的基础，它提供了一个稳定的磁场环境。
射频系统用于产生射频脉冲，激发和探测样品中的原子核。
探头则用于将射频信号转换为电信号，并将其送入信号处理系统进行分析和解读。
核磁共振技术在化学领域有着广泛的应用。
通过核磁共振技术，可以确定化合物的结构和组成，分析化学反应的动力学和热力学参数，研究分子间的相互作用等。
核磁共振技术还可以用于医学诊断，如核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）。
MRI通过扫描人体内部的核磁共振信号，可以获取不同组织的图像，用于医学诊断和疾病治疗。
核磁共振工作原理是基于原子核自旋的物理现象，通过外加磁场和射频脉冲来激发和探测样品中的原子核。
核磁共振基本原理
核磁共振基本原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)是一种利用原子核旋转产生的特殊频率信号来研究物质结构和性质的方法。
它是一种核磁共振现象的应用。
核磁共振现象是指，在外加磁场作用下，具有自旋的原子核会产生旋转进动，并与外加磁场产生相互作用，从而产生特定的共振信号。
核磁共振的基本原理可以简要描述如下：1.原子核自旋：原子核由质子和中子组成，这些粒子都具有自旋。
当原子核自旋不平衡时，将会引起磁性。
2.环境磁场：核磁共振实验中，通过施加一个强大的静态磁场，将样品中的原子核自旋取向与外部磁场相互作用。
这个环境磁场可以使原子核自旋分裂成不同能级。
3.射频激励：在静态磁场的作用下，通过施加一个与原子核预选取方向相垂直的射频脉冲，可以引起原子核自旋的共振跃迁。
这个射频激励的频率通常接近核磁共振频率。
4.共振信号：当原子核自旋跃迁匹配射频激励的频率时，原子核会吸收能量并进入高能态。
当射频脉冲结束后，原子核会返回低能态，并释放出能量。
这个过程会通过探测器检测到，并转化为共振信号。
5.谱线解析：通过测量吸收或发射的射频信号的频率和强度，可以得到物质的谱线图。
不同原子核的共振频率与化学环境相关，因此可以用来研究物质的化学结构和性质。
核磁共振可以应用于多个领域，包括化学、生物化学、物理学等。
例如，在化学中，核磁共振可以用来确定分子结构、分析化合物的组成、测量化学键的长度和角度。
在生物化学中，核磁共振可以用来研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和功能。
总之，核磁共振是一种强大的分析技术，利用原子核自旋的共振现象来研究物质结构和性质。
其基本原理是通过施加静态磁场和射频激励来引起原子核的共振跃迁，并测量吸收或发射的射频信号的频率和强度来获取物质的谱线图。
合成mri原理
MRI技术，即磁共振成像技术，其原理如下：
1. 建立强磁场：在MRI扫描时，患者被置于一个强磁场中，该磁场通常是超过 1.5特斯拉的静态磁场。
这个强磁场会使人体内的原子的核磁矩（磁场作用下产生的磁偶极矩）产生定向，即沿着磁场方向排列。
2. 施加射频脉冲：医生会向患者的身体内部发送一系列射频脉冲，这些脉冲会使一部分原子的核磁矩发生共振，这个过程可以被称为激发。
3. 释放能量：被激发的原子核磁矩由于能级的跃迁会释放能量，这个能量可以被检测出来，也可以被用来建立图像。
因为不同的组织中原子核磁矩的数量和激发后释放能量的方式是不同的，所以这个能量可以被用来区分不同的组织，生成图像。
4. 信号处理和图像重建：MRI系统收集从被激发的原子核发出的能量信号，并将其转化为数字信号进行处理，最终重建成一个高分辨率的图像。
总的来说，MRI技术原理是利用原子核磁矩在强磁场中的共振现象，通过施加射频脉冲来激发原子核，从而获得人体内部组织的高清晰度图像。
磁共振的工作原理
磁共振的工作原理
磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是利用人体水分
子中的氢原子核产生共振信号来获取人体内部结构信息的一种医学成像技术。
它的工作原理如下：
1. 静态磁场：首先，在病人周围建立一个强大的静态磁场。
静态磁场通常是由超导磁体产生的，其磁场强度一般在1.5到
3.0特斯拉之间。
2. 矢量旋转：当病人进入静态磁场后，体内的氢原子核会受到静态磁场的影响，使得它们的自旋沿静态磁场方向发生矢量旋转。
3. 激励脉冲：然后，通过发送一系列的无线电波脉冲，使得体内的氢原子核发生共振。
这些脉冲将被发送到病人的身体部位，以激发特定的核自旋。
4. 信号接收：被激发的氢原子核将放射出共振信号，这些信号可以被特制的射频线圈接收到。
5. 数据处理：接收到的信号将经过复杂的数学计算和信号处理，来生成高质量的图像。
由于不同类型的组织对共振信号的时间和强度有不同的反应，这些图像可以提供人体内部结构的详细信息。
通过这样的工作原理，磁共振成像可以提供高分辨率的图像，并且可以在不使用放射线的情况下获取人体内部结构的信息。
然而，由于设备复杂、成本昂贵和对患者需要一定的合作度等限制，磁共振成像并不适用于所有人和情况。
磁共振成像的原理
一、磁共振成像基本原理1．磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性;核子的自旋产生小磁矩,类似于小磁棒;质子数或中子数至少有一个为奇教的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化来,其磁化矢量与静磁场同向;而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动一方面不断自旋,同时以静磁场为轴做圆周运动,进动频率precession f requency即质子每秒进动的次数为00一/Bo,7为原子核的旋磁比对于每一种原子核,7是一个常数且各不相同,如氢质子7值为42. 5MHz/T,Bo为静磁场的场强大小;人体含有占比重70%以上的水,又由于氢质子磁矩不为零,这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源,其余信号来自脂肪、蛋白质和其他化合物中的氢质子; 对静磁场中的质子群沿着垂直于静磁场的方向施加某一特定频率的电磁波——其频率在声波范围内,故称为射频radio frequency,RF-原来的宏观磁化就会以射频场为轴发生偏转章动,其偏转角度取决于射频场的施加时间、射频强度和射频波形;当然,一个关键条件是：射频的频率必须与静磁场中的质子的进动频率一致;宏观磁化发生章动的实质是质子群中一部分质子吸收了射频的能量,使自己从低能级跃迁到了高能级;这种现象即称为原子核的磁共振现象;如果将此时的宏观磁化进行二维分解,会发现射频激励的效果是使沿静磁场方向的磁化矢量纵向磁化减小,而垂直于静磁场方向的磁化横向磁化增大了;RF脉冲有使进动的质子同步化的效应,质子同一时间指向同一方向,处于所谓“同相”,其磁化矢量在该方向上叠加起来,即横向磁化增大;使质子进动角度增大至90;的RF脉冲称为90;脉冲,此时纵向磁化矢量消失,只有横向磁化矢量;同样还有其他角度的RF脉冲;质子的进动角度受RF脉冲强度和脉冲持续时间影响,强度越强、持续时间越长,质子的进动角度越大,且强RF脉冲比弱RF脉冲引起履子进动角度改变得要快;2．弛豫及弛豫时间短暂的射频激励一般为几十微秒以后,宏观磁化要恢复到原始的静态;从激励态恢复到静态要经历一个与激励过程相反的两个分过程,一个是横向磁化逐渐减小的过程即为横向弛豫过程,T2过程图6-1；另一个是纵向磁化逐渐增大的过程纵向弛豫过程,T1过程图6-2;纵向弛豫过程的本质是激励过程吸收了射频能量的那些质子释放能量返回到基态的过程;能量释放的有效程度与质子所在分子大小有关,分子过大或很小,能量释放将越慢,弛豫需要的时间就越长;如水中的质子,0. 5T场强下弛豫时间>4000毫秒；分子结构处于中等大小,能量释放就很快,T1就短,如脂肪内的质子,场强下弛豫时间仅为260毫秒左右;横向弛豫过程的本质是激励过程使质子进动相位的一致性逐渐散相即逐渐失去相位一致性的过程,其散相的有效程度与质子所处的周围分子结构的均匀性有关,分子结构越均匀,散相效果越差,横向磁化减小的越慢,需要的横向弛豫时间T2就越长；反之,分子结构越不均匀,散相效果越妤,横向磁化减小越快, T2就越短;3．自由感应衰减磁共振成像设备中,接收信号用的线圈和发射用的线圈可以是同一线圈,也可以是方向相互正交的两个线圈,线圈平面与主磁场Bo平行,其工作频率都需要尽量接近Larmor频率;线圈发射RF脉冲对组织进行激励,在停止发射RF脉冲后进行接收;RF脉冲停止后组织出现弛豫过程,磁化矢量只受主磁场Bo的作用时,这部分质子的进动即自由进动,因与主磁场方向一致,所以无法测量,而横向磁化矢量垂直并围绕主磁场方向旋进,按电磁感应定律即法拉第定律,横向磁化矢量的变化,能使位于被检体周围的接收线圈产生随时间变化的感应电流,其大小与横向磁化矢量成正比,这个感应电流经放大即为MR信号;由于弛豫过程横向磁化矢量的幅度按指数方式不断衰减,决定了感应电流为随时间周期性不断衰减的振荡电流,因而它是自由进动感应产生的,被称为自由感应衰减free induction decay,FID;9 0;脉冲后,由于受纵向弛豫T1和横向弛豫T2的影响,磁共振信号以指数曲线形式衰减,如图6-3所示,其幅度随时间指数式衰减的速度就是横向弛豫速率l/T2;图6-3 自由感应哀减信号及其产生4．空间定位磁共振信号的三维空间定位是利用施加三个相互垂直的可控的线性梯度磁场来实现的;根据定位作用的不同,三个梯度场分别称为选层梯度场Gs、频率编码梯度场Gf和相位编码梯度场G;；三者在使用时是等效的,可以互换,而且可以使用两个梯度场的线性组合来实现某一定位功能,从而实现磁共振的任意截面断层成像; 1选层：沿静磁场方向叠加一线性梯度场Gs可以选择发生磁共振现象的人体断层层面,RF的频带宽度与梯度场强度共同决定层厚图6-4;层厚与RF带宽呈正相关,与梯度强度呈负相关；图6-4射频带宽与选层梯度场共同决定层厚2频率编码：沿选定层面内的X方向叠加一线性梯度场Gf,可使沿X向质子所处磁场线性变化,从而共振频率线性变化,将采集信号经傅立叶变换后即可得到信号频率与X方向位置的线性一一对应关系,如图6-5所示;3相位编码：沿选定层面内的Y方向施加一线性梯度场G;时间很短,在选层梯度之后,读出梯度之前,则沿Y方向的质子在进动相位上呈现线性关系,将采集信号经傅立叶变换后,可以得到Y向位置与相位的一一对应关系,如图6-6所示;实际的序列中还有一些梯度场不起空间定位作用,主要有相位平衡梯度、快速散相梯度、重聚相梯度等;5．成像方法磁共振成像方法指的是将人体组织所发出的微弱的磁共振信号如何重建成一幅二维断面图像的方法,主要有点成像法、线成像法、面威;纭法,钵薇『成缭法等;1点成像法：对每个组织体素信号逐一进行测量成像的方法,主要包括敏感点法和场聚焦法;2线成像法：一次采集一条扫描线数据的方法,主要包括敏感线成像法、线扫描以及多线扫描成像法、化学位移成像法等;3面成像法：同时采集整个断面数据的成像方法,主要包括投影重建法、备种平面成像法以及傅立叶变换成像法等;4体积成像法：在面成像法的基础上发展起来的,不使用选层梯度进行面的选择,而是施加二维的相位编码梯度和一维的频率编码梯度同时对组织进行整个三维体积的数据采集和成像方法; 磁共振的成像方法很多,但选择RF脉冲的带宽和形状,使之能激发一个已知的频带, 并控制梯度场来选取一个点、一条线、一个层面,甚至选取整个成像体积来获得信号,是各种成像方法的共同点;任何一种成像法的实现,均与机器的软硬件设计紧密相关; 二、磁共振成像脉冲序列一幅灰度磁共振图像的实质有两个：①每个像素与人体组织体素之间的一一对应关系, 即对获取到的MR信号进行空间定位；②是每个像素的灰度值的确定,即尽量使正常组织和病变组织在图像上体现出较大的明暗差别对比度来;磁共振脉冲序列pulse sequence就是为了解决第二个问题的;根据病变组织和正常组织之间的多个参数密度、T1、T 2、含氧量、扩散系数、弹性、温度、流动效应等的不同,研发出不同的脉冲序列,通过不同的灰度更好地显示出病变组织和正常组织之间的对比;所谓脉冲序列就是通过对射频脉冲的幅度、宽度、波形、软硬以及时间间隔、施加顺序、周期等和梯度磁场的方向、梯度大小、空间定位作用的协调控制与配合施加的总称,目的是获取符合诊断要求的图像来;目前的脉冲序列名目繁多,各个公司推出的序列名称总计大概有100多种,出现了许多同质不同名的序列,如同为快速自旋回波序列,可称为TES turbo SE、FSE fast SE、RISE rapid imaging SE;按照MR信号的类型脉冲序列可划分为三大家族：自由感应衰减free induction decay,FID序列家族、自旋回波spin echo,SE序列家族、梯度回波gr a-dient echo,GE序列家族; 自由感应衰减序列家族利用FID信号来进行重建图像;晟早期的磁共振序列就是这一家族的部分饱和partial saturation,PS脉冲序列,又称为饱和恢复saturation recovery, SR脉冲序列,其序列形式如图6-7所示;实际上它是TR时间极长3～5倍T1时间而TE极短为0的SE序列,因此图像反映的是完全的质子密度像,与C T图像反映的组织参数相同;图6-7部分饱和恢复序列FID自旋回波序列家族中的SE序列是目前临床中最基础、最常用的序列,其序列形式如图6-8所示;该序列可以通过采用相应的TR时间和TE时间来获取不同的组织参数加权像,使得正常组织和病变组织或两种组织之间的不同参数的差别体现在图像对比度上,比如人脑内的脑白质和脑灰质,二者的密度参数很接近,因此反映密度参数的CT图像上二者灰度很接近,不能很好地分辨;但二者的T1和T2参数差别较大,因此通过配合改变TR和TE时间,可以获得脑部的T1加权像或T2加权像,在这些图像上,灰质和白质将有着较大的对比;一般,较长的TR和较长的TE,获得T2加权像T2WI；较短的TR和较短的TE,获得Tl加权像TIWI；较长的TR和较短的TE,获得质子密度加权像PdWI；这一序列中较常用的序列还有多层自旋回波序列multi-slice SE和多次回波序列multi-echo SE;图6-8基本自旋回波SE序列梯度回波序列家族中最基本的序列就是梯度回波脉冲序列,其序列形式如图6-9所示; 它利用翻转的梯度获取信号,相比SE序列缩短了获取信号的时间,开创了快速磁共振成像的先河;该家族序列通过对射频翻转角a、TR和TE三个参数的配合控制,可以在较短的时间内分别获取反映组织Pd、Tl、T2和T2”参数差别的图像来;因此该序列家族得到了越来越广泛的使用;图6—9梯度回波GRE系列快速磁共振成像序列是磁共振发展的一个热点,也是磁共振的生命所在;不管其如俩快速,具体实现的时候可能是两种或三种的结合再结合减少傅立叶并行采集技术来达到缩短扫描时间的目的的;快速磁共振成像序列是指可以用较短的时间获取或重建出磁共振图像的序列;缩短磁共振的扫描时间对磁共振的飞速发展和广泛使用具有极其重要的意义：①功能磁共振的开展直接取决于快速磁共振成像序列；②对一些运动器官或组织的成像也依赖于快速序列；③对于流体比如血管、心脏的造影也是基于快速成像序列的基础上的；④提高磁共振的临床使用效率也得益于快速成像序列; 磁共振快速序列的发展基本上经历了三个阶段：第一阶段,使用快速自旋回波序列fast spin echo．F SE使成像时间从原始的10分钟级缩短到了分钟级；第二阶段,梯度回波序列gradient echo,;E使成像时间从分钟级缩短到了秒级；第三阶段,回波平面序列echoplanner imaging,EPI将成像时间从秒级缩短到了几十毫秒级；许多方法都利用了K空问的对称性而减少了用以重建图像所需要的数据量的技术,还有结合了不同的缩短成像时间的方法; 脉冲序列的控制参数主要有重复时间TR、回波时间TE、反转时间TI、扫描矩阵、计算矩阵、扫捕视野、层面厚度、层间距、翻转角、信号平均次数、回波链长度、回波间隔时问、有效回波时间、第一回波时间等;。
核磁共振的基本原理及应用
核磁共振的基本原理及应用1. 简介核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的物理现象和分析技术。
它基于原子核在外加磁场作用下的行为，在吸收和发射电磁波时的特定频率上表现出共振现象。
本文将介绍核磁共振的基本原理和其在科学研究、医学诊断和化学分析等领域中的应用。
2. 原理核磁共振的基本原理是原子核在外加磁场中的行为。
当外加磁场作用下，原子核将在两个能级之间发生能量转移，从而引起电磁辐射。
这种辐射可用于探测物质的结构、组成和动力学特性。
以下是核磁共振的基本原理： - 原子核具有自旋，常见的核磁共振实验中常使用的是具有自旋的质子（氢原子核）。
- 在外加静态磁场下，原子核将呈现两个能级：顺磁态和正磁态。
- 通过外加射频脉冲，可以将原子核从一个能级激发到另一个能级。
- 当原子核从高能级返回到低能级时，会以特定的频率释放能量，这也是所谓的共振频率。
3. 应用核磁共振在许多学科领域中得到广泛应用，包括但不限于以下几个方面：3.1. 科学研究核磁共振是研究物质结构和动态行为的重要工具之一。
它可以提供关于分子结构、化学键的信息，帮助科学家解决一系列的科学问题。
具体应用包括： - 研究核酸和蛋白质的结构和功能。
- 分析和表征有机和无机化合物的结构和性质。
- 探测物质中存在的杂质和污染物。
3.2. 医学诊断核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种无创性的医学影像技术，通过利用人体组织对磁场的不同响应来获得高分辨率的图像，从而实现对人体内部结构和功能的观察。
主要应用包括： - 检测和诊断肿瘤、炎症和损伤等疾病。
- 观察人体器官的结构和功能，如心脏、脑部、骨骼等。
3.3. 化学分析核磁共振谱学是化学分析领域的重要技术，可以提供有机和无机物质的结构和组成信息。
常见的应用包括： - 分析有机化合物的结构和纯度。
- 通过测定物质中的化学位移，确定有机物质中的官能团和官能基。
核磁共振的基本原理
核磁共振的基本原理
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种
通过核自旋与外磁场相互作用的物理现象，利用谱仪测定核自旋的技术。
其基本原理可以概括为以下几点：
1. 核自旋：原子核除了带有正电荷外，还具有自旋角动量。
核自旋可能是1/2、1、3/2等，表征了核自旋粒子的角动量。
2. 磁矩：具有磁性的核自旋具有自旋磁矩。
在外磁场作用下，核自旋磁矩会在空间中取向。
对于1/2自旋核，只有两个方向，通常分别称为上态和下态。
3. 共振：当外磁场的大小与核自旋的能级之间的能量差（称为共振频率）相等时，核自旋会发生能级跃迁，并吸收或释放能量。
这种现象被称为共振。
4. 预cess核磁共振谱仪：核磁共振谱仪由强磁场和射频场组成。
强磁场使核自旋磁矩定向，射频场用于激发核自旋能级跃迁。
当改变外磁场的强度或射频场的频率时，可以获得不同核自旋的共振信号。
5. 化学位移：不同的核自旋所共振的频率是不同的，同时受到化学环境的影响。
这种频率差异被称为化学位移，是核磁共振谱的重要特征之一。
通过分析共振峰的化学位移，可以确定样品中的化合物成分或结构。
6. 核磁共振图谱：核磁共振谱由一系列共振峰组成，每个峰对
应于不同核自旋的化学位移。
峰的强度与相应的核自旋数量和取向相关。
总而言之，核磁共振利用核自旋和外磁场之间的相互作用实现了核自旋共振现象。
通过测定共振频率和化学位移等参数，可以获得样品的结构和成分信息，为化学、生物等领域的研究提供了有力工具。
核磁共振的基本原理
核磁共振的基本原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种用于研究物质的结构和性质的重要分析技术。
它基于原子核自旋的相互作用，利用核磁共振现象来获得关于样品的信息。
本文将详细介绍核磁共振的基本原理。
核磁共振技术的基础是磁共振现象。
原子核具有自旋，类似于一个小磁铁。
当处于磁场中时，原子核的自旋会在磁场的方向上进行朝上或朝下的取向。
在没有外部影响的情况下，两种取向的能量是相同的。
但当外部磁场的作用下，两种取向的能量会发生微小的差异。
核磁共振是指当处于外部磁场中的原子核受到特定频率电磁波的照射时，它会吸收电磁波的能量并发生共振现象。
这个特定的频率被称为共振频率或Larmor频率。
核磁共振实验通常使用恒定磁场（主磁场）和射频场（射频辐射）来观察样品的反应。
主磁场是核磁共振实验中最重要的参数之一、它是通过使用大型电磁体产生的一个恒定的磁场，用于将样品中的原子核取向。
通常使用的主磁场强度在几特斯拉到几十特斯拉之间。
当样品放置在主磁场中时，样品的原子核将取向与主磁场平行或反平行，形成两个能级。
这两个能级之间的能量差取决于原子核的自旋和主磁场的强度。
为了使原子核进入共振状态，必须应用射频场。
射频辐射的频率与共振频率相同，通过磁场中的变化来激发原子核。
应用恰当的射频场能够使原子核从一个能级跃迁到另一个能级。
当原子核吸收或发射射频辐射时，它们会发生共振现象。
这个过程需要定向的射频辐射并满足共振条件。
共振发生时，原子核的能级会发生变化，产生一个共振信号。
共振信号的频率与射频场的频率相同，而其强度与原子核的种类、数量和环境有关。
核磁共振的强大之处在于它可以提供丰富的信息。
由于不同元素和同位素的原子核具有不同的共振频率，因此可以通过对样品的核磁共振信号进行分析来确定化合物的组成、分子结构以及相互作用。
核磁共振技术可以用于无机、有机、生物、药物、聚合物等不同领域的研究。
除了基本原理之外，核磁共振技术还涉及脉冲技术、图谱解析、结构确定等方面的知识。
磁共振基本原理
磁共振基本原理
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，它利用原子核在强磁场和高频电磁场作用下的共振现象，获得人体内部组织的高分辨率影像。
其基本原理如下：
1. 原子核的自旋：原子核具有自旋，类似于地球的自转。
2. 磁矩：原子核自旋产生一个磁矩，类似于地球的磁场。
3. 预cession：在外磁场作用下，原子核磁矩会在磁场方向上产生一个旋转运动，称为预cession。
4. 共振现象：当外加一个与预cession频率相同的高频电磁场时，原子核的磁矩会受到激发，产生共振现象。
5. 信号检测：共振现象会产生一个电磁信号，通过检测信号的强度和位置，可以获得组织的空间分布信息。
6. 图像重建：通过对信号进行处理和重建，可以得到高分辨率的影像。
总体来说，MRI的基本原理就是利用原子核在强磁场和高频电磁场作用下的共
振现象，获得组织的空间分布信息，从而实现高分辨率的影像重建。
磁共振工作原理
磁共振工作原理磁共振（Magnetic Resonance）是一种常用的医学成像技术，也被广泛应用于化学分析和物理实验中。
它基于原子核或电子在外加磁场的作用下，发生共振吸收或发射电磁波的现象。
本文将详细介绍磁共振的工作原理。
一、原子核的自旋和磁矩原子核在自旋运动中产生一个自旋磁矩μ，其大小与原子核的自旋量子数有关。
自旋磁矩在外加磁场的作用下会发生预cession（即类似于陀螺仪的进动运动）。
当外加磁场的频率与原子核自旋运动的固有频率一致时，原子核将吸收外加磁场的能量。
二、磁共振现象的发生当医学成像设备中的磁场被打开时，原子核在外加磁场中立即开始运动。
初始状态下，原子核的自旋与外加磁场方向相搭配。
此时，外加射频脉冲被加入，频率与原子核自旋的固有频率匹配。
射频脉冲通过磁场传递给原子核系统，进一步激发了原子核的自旋磁矩。
由于原子核电磁波的吸收具有共振特性，一部分原子核自旋状态会由低能量状态跃迁到高能量状态。
这种跃迁会导致吸收能量的减少，通过探测器可以发现这种能量减少的信号。
这就是磁共振的基本原理。
三、磁共振成像的实现过程1. 建立外加磁场：在磁共振成像设备中，首先需要建立一个强大且均匀的外加磁场。
通常使用超导磁体来产生一个几Tesla的恒定磁场。
2. 激发原子核：通过加入射频脉冲，与原子核的自旋频率匹配，激发原子核的共振吸收。
3. 探测吸收信号：通过探测器等设备，捕捉原子核跃迁吸收能量的信号，并进行信号的放大和处理。
4. 形成影像：通过计算机对原子核吸收信号进行处理，可以重构出高分辨率的图像，从而实现对人体组织结构和病变的观察、诊断。
四、磁共振成像的优势和应用相对于传统的X射线成像和CT扫描，磁共振成像有许多优势。
首先，磁共振成像不使用任何放射性物质，对人体无辐射损害。
其次，磁共振成像可以提供不同角度和平面的图像，提高了诊断的准确性。
此外，磁共振成像对软组织的显示效果更好，可以观察到更细微的结构变化。
磁共振原理
纵向驰豫
• 中断RF脉冲后，质子从高能状态返回到低能状态，即重新指向上 方，图中‘一个接一个地’画出来。结果纵向磁化增加，恢复到 原来的数值。为了好看起见，没有把质子画成同相。
• 从RF脉冲吸收的能量 被传递到周围，即所谓晶格（lattice）。又 称为自旋--晶格驰豫(spin-lattice-relaxation)。
• 当晶格由中等大小的分子组成（体内多数组织可被看 作是含有不同大小分子的液体），这些分子运动、磁 场波动接近进动质子的Larmor频率时，能量传递要快 的多，因此T1短。
T1受什么影响
• 脂肪为什么是短T1 ----脂肪酸末端的碳键接近Larmor频率，所
以能量传递十分有效。 • 为什么在较强的磁场中T1变长 ----进动频率依赖场强，其关系用Larmor方
物理学基础----射频脉冲 radio frequency(RF)pulse
• 一个短促的电 磁波，称为射 频脉冲。
• 当质子频率与 射频脉冲频率 相同时，就能 进行能量交换。
物理学基础----共振
• 质子有进动频率，这一频率可由Larmor 方程算出。
• Larmor方程提供了需要发射的RF脉冲频 率。
横向磁化
• 质子的进动频率有它们所处的场强来决定，而且所有的质子都要 接受相同的场强，然而，事实并非如此。
• 病人所处的MR磁场,并非均匀一致，在强度上略有差异，因而引 起不同的进动频率。
• 每一质子都受到邻近核小磁场的影响，这些核分布不均匀，因而 也导致不同的进动频率。这些内磁场的差异可以某种方式作为一 种组织的特征。
• --对于不纯液体,如含有大分子的液体,局部磁场有较大 差异,因为较大的分子运动不太快,局部磁场抵消的也不 多,结果使质子进动频率有较大的差别.这样,失去相位一 致性的速度加快,T2就较短。
磁共振的工作原理
磁共振的工作原理
磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种利用磁共
振现象实现人体内部组织和器官成像的医学检查技术。
其工作原理可概括为以下几个步骤：
1. 建立磁场：首先，通过在患者周围放置强大的恒定磁场，例如常见的1.5特斯拉（T）或3.0T的全身磁共振设备，产生一
个强大且均匀的磁场。
2. 激发共振：在恒定磁场作用下，通过向患者体内注入一种特定的脉冲无线电频率场（射频脉冲），刺激体内的水分子中的原子核（例如氢核）发生共振。
3. 检测共振信号：患者体内的原子核在受到射频脉冲的刺激后，会重新排列自旋状态，其中一部分原子核会返回到低能级状态，释放出特定的能量。
4. 接收信号并解码成图像：在患者周围的设备中，安装了一组称为线圈的接收器，用于接收并放大患者体内释放的能量。
然后，将这些信号转化为图像并进行后续处理。
磁共振的成像原理是基于不同组织或器官中的原子核含量、自旋速率以及周围磁场中的局部变化等因素的差异。
通过对这些差异进行分析，磁共振可以生成具有高对比度和空间分辨率的图像，用于诊断和监测疾病。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁共振基本原理磁共振成像的依据是与人体生理、生化有关的人体组织密度对核磁共振的反映不同。
要理解这个问题，就必须知道核磁共振和核磁共振的特性。
一、核磁共振与核磁共振吸收的宏观描述由力学中可知，发生共振的条件有二: 一是必须满足频率条件，二是要满足位相条件。
原子核是自旋的，它绕某个轴旋转（颇像个陀螺）。
旋转时产生一定的微弱磁场和磁矩。
将自旋的原子核放在一个均匀的静磁场中，受磁场作用，原子核的自旋轴会被强制定向，或与磁场方向相同，或与磁场方向相反。
重新定向的过程中，原子核的自旋轴将类似旋转陀螺般的发生进动。
不同类的原子核有不同的进动性质，这种性质就是旋转比（非零自旋的核具有特定的旋转比），用γ表示。
进动的角频率ω一方面同旋转比有关；另一方面同静磁场的磁场强度 B 有关。
其关系有拉莫尔（Larmor）公式（ω又称拉莫尔频率） : ω=γ·B (6-1)静磁场中的原子核自旋时形成一定的微弱势能。
当一个频率也为ω的交变电磁场作用到自旋的原子核时，自旋轴被强制倾倒，并带有较强的势能；当交变电磁场消除后，原子核的自旋轴将向原先的方向进动，并释放其势能。
这种现象就是核磁共振现象（换言之，当电磁辐射的圆频率和外磁场满足拉莫尔公式时，原子核就对电磁辐射发生共振吸收），这一过程也称为弛豫过程，释放势能所产生的电压信号就是核磁共振信号．也被称为衰减信号（FID）。
显然，核磁共振信号是一频率为ω的交变信号，其幅度随进动过程的减小而衰减。
图6-1表示几种原子核的共振频率与磁场强度的关系。
这些频率是在电磁波谱的频带之内，这样的频率大大低于 X 线的频率，甚至低于可见光的频率。
可见它是无能力破坏生物系统的分子的。
在实际情况下，由于所研究的对象都是由大量原子核组成的组合体，因此在转入讨论大量原子核在磁场中的集体行为时，有必要引人一个反映系统磁化程度的物理量来描述核系统的宏观特性及其运动规律。
这个物理量叫静磁化强度矢量，用 M表示。
由大量原子核组成的系统，相当于一大堆小磁铁，在无外界磁场时，原子核磁矩μ的方向是随机的，系统的总磁矩矢量为（6-2）如果在系统的 Z 轴方向外加一个强静磁场B。
，原子核磁矩受到外磁场的作用，在自身转动的同时又以 B。
为轴进动，核磁矩取平行于 BO 的方向。
按照波尔兹曼分布，在平衡状态下，处于不同能级的原子核数目不相等，使得原子核磁矩不能完全互相抵消，从而有（6-3）此时可以说系统被磁化了，可见 M 是量度原子核系统被磁化程度的量，是表示单位体积中全部原子核磁矩的矢量和。
图6-1几种原子核的共振频率与磁场强度的关系1系统的核是大量的，位相是随意的，所以位相的分布是均匀的。
图6-2 ( a）是把系统中所有相同进动位相的核的矢量和用一箭头表示，并平移到坐标的O点，由于核进动位相分布服从统计规律，所以其各向进动的核的矢量和用相同长短的箭头表示，这就构成上下两个圆锥，图中M＋表示处于低能级进动核数在 Bo方向的矢量和M-表示高能级核数在Bo反方向的矢量和，因低能级核数略多于高能级，所以 M + > M - , M + M-方向相反，所以系统出现平行于Bo的净磁化强度 Mo，用黑箭头表示，见图6-2 ( b）。
由于M +、M -的位相分布是均匀和对称的，它们在XY平面上的投影互相抵消，所以在垂直于Z轴方向上的分量，即横向分量Mxy就等于0，也就是说系统在平衡态时的核磁化强度矢量 M0就等于纵向分量Mz 。
图 6-2 核系统核磁矩矢量和设固定坐标系统XYZ的Z轴和旋转坐标系统 X 'Y 'Z'的 Z'轴重合， X ' Y' 绕 Z 轴旋转，当在 Z轴方向施加一个静磁场 Bo，同时又引人一个旋转电磁场，它的磁矢量B1 就在 X' 轴上，角速度矢量ω的方向沿着Bo相反的方向，即ω /γ与 Bo方向相反。
当 B1在 XYZ 坐标系统中以角速度ω旋转,X 'Y' Z' 坐标也以相同的角速度ω旋转，若旋转电磁场（图 6-3）的圆频率ω等于核系统磁化强度矢量 M 的进动频率ωo，即此时静磁场Bo与ω／y 完全相互抵消，只剩下在 X'轴上的磁场B1，又叫有效磁场。
（6-4）此时 X ' Y' Z' 坐标系统中的B1；就相当于是作用在 M 上的静磁场，所以 M 又绕着 B1场进动，其进动的角速度Ω=γB1（Ω为单位时间内 M 矢量在 X ' Y' Z'坐标系统中旋转的角度），即(6-5) 式中θ表示在 tp时间内 M 绕B1 转过的角度。
2图6-3 旋转磁场的运动由上可见，只要在Bo的垂直方向施加一旋转磁场B1 ，核磁化矢量M与静磁场 Bo方向的偏转角就要不断增大，见图6-4 ( a）。
增大的速度取决于B1与tp。
如果射频脉冲的持续时间和强度使M转动一个角度θ（θ角射频脉冲见图 6-4 ( b )）。
M 正好转到 XY 平面上，则称为司π/2脉冲，见图 6-5 ( b）。
图 6-4 θ角度的射频脉冲从 XYZ 坐标系统来看 M 的运动，这时M 以Ω的角速度绕石 B1进动的同时，又以ω的角速度绕Bo进动，其总的运动就呈现如图6-5 (a）的锥形转动，由 M的顶端划出一个球形的螺旋线，这是一个吸收能量的过程。
3图6-5 π/2射频脉冲二、弛像过程与自由感应衰减信号核系统在平衡状态时，其磁化强度矢量M在Bo方向的分量Mz=Mo，而在 XY平面上的横向分量Mxy=0。
如果在Bo垂直方向施加一激发脉冲，Mo就要偏离平衡位置一个角度，因而处于不平衡状态；此时Mz≠Mo 。
Mxy≠0，当激发脉冲停止作用后，M 并不立即停止转动，而是逐渐向平衡态恢复，最后回到平衡位置，这一恢复过程称为弛豫过程，这是一个释放能量的过程。
假设分量Mz,Mxy 向平衡位置恢复的速度与它们离开平衡位置的程度成正比，于是这两个分量的时间导数可写成(6-6)(6-7) 公式中的负号表示弛豫过程是磁化强度矢量变化的反过程。
解之得(6-8)(6-9)式中Mxy（ max ）为弛豫过程开始时横向磁化矢量城Mxy的最大值。
Tl物质特性而异的时间常数。
它们也是磁共振成像的重要参数。
从式（ 6-8 ）和式（ 6-9 ）可知，恢复到平衡状态时Mz、Mxy 是同时进行的两个过程，两个特征量 T1、T2具有时间的量纲，称为弛豫时间。
由图6-6还可以看出，Mz、Mxy）的恢复服从指数规律。
1 ．弛豫时间在弛豫过程中，原子核的自旋不断地与周围环境（晶格）进行着热交换，以达到能量平衡。
这个弛豫时间称为自旋-晶格弛豫时间，即 T1。
因为这个过程是以磁化矢量在Z轴上的纵向分量逐渐恢复为标志的，所以又称为纵向弛豫时间。
4图6-6 M的弛豫过程（a）自旋-晶体弛豫（b）自旋-自旋弛豫T1弛豫时间与核磁共振成像系统所采用的发射和接收频率，即拉莫尔频率有关，而拉莫尔频率与静磁场有关，因而T1弛豫时间与成像系统静磁场Bo的大小有关。
实验已证实组织中水的氢核在各种正常器官中或是正常组织与异常组织之间， T1都有很大的区别，都有一定的Tl值范围。
在弛豫过程中，自旋的原子核系统内部也在不断地进行着热交换，以达到能量平衡。
这个弛豫时间称为自旋-自旋弛豫时间，即T2。
在这个过程中，系统本身的能量不变。
但由于原子核同时受外加静磁场 Bo和附近核的磁矩影响，从而其进动频率稍有不同，且均匀地分布于 XY平面上，矢量和等于零。
这一过程是以垂直 Z轴上的磁化分量由大变小最终为零为标志的，所以称为横向弛豫时间。
由图 6-6（b）可见，T2定义为水平磁化矢量Mxy减少到其最大值（90度脉冲作用后的瞬时值）的37％时所需要的时间。
在理想的均匀磁场中，所有核的进动频率都应是相同的，并一致地以外磁场为轴进动。
但是由于磁场均匀性很难做得十分理想，加之组织内磁核产生的局部磁场都会对进动中的核产生影响，使各核磁矩以稍不同的频率进动。
这种共振频率的分散性导致各小磁矩具有不同的进动相位，从而引起水平磁化强度的衰减。
一般来说，T2不受施加到组织上的磁场强度的影响。
一般清况下，Bo空间不均匀性造成的Mxy减小更明显，因而实际所观察到的是T2，即(6-10)其中△ Bo为 Bo的偏差量。
可见 Mxy在Bo不均匀的情况下衰减得更快。
以上分析表明， Tl 和T2参数反映了’H 核与周围原子间的相互作用的程度大小，因而反映了物质的结构特性― ' H 核的分布和其周围的化学环境，这是磁共振成像揭示生物体生理、生化改变的物理基础。
2 ．自由感应衰减信号 F I D只要施加于受检体的射频脉冲 B1 ，存在时，核磁化矢量 M 围绕 B1 ；的进动角度θ便继续增大， M 在义 XY 平面中将会产生一个分量Mxy，当射频脉冲关断以后，由于核自旋之间和核自旋与晶格之间进行能量交换，产生纵向弛豫和横向弛豫，使核自旋从射频脉冲吸收的能量又放出来。
从宏观上看，M 继续围绕Bo以ω=γBo的频率进动，但它在 XY 平面上的投影 M xy随时间越来越小，最后等于零，其运动轨迹见图6一7 。
当在 X 或 Y 轴方向设有一接收线圈，这个线圈可以是发送射频脉冲的同一线圈或单独的接收线圈，由于Mxy在线圈轴线上转动，相当于线圈内磁场方向的变化，于是在线圈两端感应出一个很小的电动势。
这个电动势就是NMR信号，叫自由感应衰减信号（ free induction decay signal ）。
5图6-7 π/2脉冲的FID信号FID信号的强度按指数规律衰减，其衰减快慢由 T1 、T2决定，同时还与所研究区域的核自旋密度ρ有关。
FID 信号是磁共振成像系统的信号源。
3. BIoch 方程和化学位移以上从核系统的 Larrnor进动和弛豫过程说明了磁共振原理。
但是应该强调指出，磁化强度矢量 M 在RF场作用下发生自旋翻转和弛豫是同时进行的两个过程。
只要 M 偏离Bo场方向就有弛豫过程存在，在检测线圈中测得的磁矢量变化信号是该系统 MR 信号的宏观表现。
而且RF 场 B1一经开启，自旋翻转也就存在。
为了全面说明核磁共振和弛豫过程，下面给出Bloch 方程的数学表达式。
Bloch 方程的微分形式为(6-11 )其中Mx、My、Mz分别为磁化强度矢量M在 X 、Y 、Z 轴上的投影。
方程组说明了处于静磁场Bo中受到RF激励的原子核系统具有的弛豫过程的规律。
Bo场作用产生Larmor 进动，方程中的第二部分精确描述了这一特点。
RF 场作用使核系统产生共振吸收，同时产生弛豫过程。
式（ 6- 11 ）全面描述了核系统的状态。
除了核系统中的核密度，弛豫时间 T 1、T2 外，影响MR信号检测的因素还有化学位移、流体的流速等。