磁共振的原理与结构
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。
磁共振成像过程及原理
磁共振成像过程及原理
磁共振成像（MRI）是一种非常先进，非侵入性的影像技术，通过
利用强大的磁场、射频脉冲和计算机技术来获取高分辨率、三维和非
侵入性的人体或动物组织结构的图像。
MRI的原理主要基于原子核在强磁场下的行为。
原子核具有自旋角动量，自旋角动量可以看作是原子核本身围绕自身轴线旋转的一种运
动形式。
在强磁场下，几乎所有原子核都会对齐，而且有些原子核在
外加射频电磁波的作用下，会进入高能激发态，这就是核磁共振现象。
在MRI扫描中，人体或动物被放置在一个强磁场中心的区域内。
这个强磁场会使原子核的自旋角动量趋向于沿着磁场方向和反磁场方
向一一对齐。
此时，外加的射频信号会让原子核进入激发态，当磁场
到达恒定状态时（平衡状态），将准备好的强磁场中心向患者的身体
部位引领一个小的旋转力向量，获取正负磁场相互作用中的信息。
其次是接下来的退相干和重建阶段。
在射频信号发出后，系统会
使原子核自旋恢复到原来的位置，在此过程中，控制磁场的脉冲会间
歇性的修改。
然后再次向患者的身体部位加入射频信号，重复上一步操作，重复修改脉冲参数，直到整个图像数据被成功完成。
最后，将收集到的信号传输到计算机中进行处理。
利用计算机对接收到的NMR信号进行数学分析，计算机会利用专用算法对各种谱和图像进行处理和可视化，以生成体部分的详细图像。
MRI的成像分辨率极高，可提供几乎所有生物组织的图像，并且不需要265 X光辐射及其他有害的放射线，所以常用于体检和临床诊断及手术规划操作。
影像物理磁共振成像(MRI)的原理
十二、加权像：通过调节TR、TE 得到突出某个组织特征参数的图像
质子密度N（H）加权像： 长TR：1500~2500ms、短TE：15~25ms。 T1加权像（T1WI）：短TR：500ms， 短TE：15~25ms。 T2加权像（T2WI）：长TR：1500~2500ms， 长TE：90~120ms。
十四、MR图像用信号强度代表能 量的高低
高信号：白 中等信号：灰 低信号：黑 1、信号强度与T1成反比：同一时间内Fat的MR 强,H2O的MR弱. 2、信号强度与T2成正比：同一时间内H2O的 MR强,Fat的MR弱. 3、分子量： 中等分子信号强、低分子信号弱、 高分子信号弱（黑色素、含铁血黄素）。 4、质子密度：某一定区域内自旋质子的密度。 5、流空效应：
十七、其它脉冲序列
反转恢复序列IR： 快速自旋回波序列：TSE 梯度自旋回波序列：TGSE 快速反转恢复序列：TIR 半付理叶采集单次激发快速自旋回波序列： HASTE 平面回波成像（EPI）
十八、新进展
磁 共 振 波 谱 技 术
磁 共 振 水 成 像 技 术
七、自旋质子弛豫
90ºRF停止时，M垂 直于B0, Mz=0，平行于xy平面， Mxy最大。 180ºRF停止时，M平 行于B0， 但方向相反，横向磁化 矢量Mxy=0， Mz最 大。
小结
①质子带有正电荷，并不停地作旋转运动。 ②旋转着的质子产生磁场犹如一个小磁棒。 ③病人入磁场后，体内的质子（小磁场）以二 种方式排列（顺低能态，逆高能态）。 ④RF激励质子进动，如陀螺在重力下旋转 ⑤进动频率可依Larmor公式计算；外加磁场愈 强，进动频率愈高。 ⑥磁共振现象：指某些特定的原子核置于静磁 场内，并受到一个适当的RF磁场的激励时， 所出现的吸收和放出RF磁场的电磁能的现象。
核磁共振实验报告
引言概述：
核磁共振是一种重要的研究分析手段，广泛应用于化学、生物、医学等领域。
本文旨在通过针对核磁共振实验的详细阐述，展示其原理、方法和应用，并结合实验结果进行分析和总结，以进一步深化对核磁共振的理解。
正文内容：
一、核磁共振的原理
1.原子核的自旋与核磁矩
2.磁共振现象的基本原理
3.施加磁场与共振条件的关系
二、核磁共振仪的结构和原理
1.核磁共振仪的主要组成部分
2.磁场与调节系统
3.射频系统的工作原理
4.检测信号的采集与处理
三、核磁共振实验的基本步骤
1.样品的制备与装填
2.核磁共振参数的测定
3.核磁共振谱图的获取
4.核磁共振谱图的解析
5.参数的计算与分析
四、核磁共振在化学分析中的应用
1.核磁共振谱图的解析与结构鉴定
2.化学位移与电子环境的关系
3.倍分辨核磁共振技术的应用
4.核磁共振在反应动力学研究中的应用
5.核磁共振在质子化学位移的定量分析中的应用
五、核磁共振在生物医学中的应用
1.核磁共振成像原理与技术
2.核磁共振成像与疾病诊断
3.核磁共振成像在器官显影中的应用
4.动态核磁共振技术在生物医学中的应用
5.核磁共振在药物研发中的应用
总结：
通过本文对核磁共振实验的详细阐述，我们对核磁共振的原理、方法和应用有了更深入的了解。
核磁共振作为一种重要的分析手段，在化学、生物、医学等领域发挥着重要作用。
根据实验结果分析和总结，我们可以得出核磁共振在化学分析和生物医学领域的
广泛应用前景，并提出进一步探索和研究的方向，以推动核磁共振技术的发展和应用。
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(MRI)成像原理
横向弛豫
七、横向弛豫
横向弛豫
七、横向弛豫 由于受磁场不均匀的影响，实际上90°射频脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量将呈指数式
的快速衰减，我们把宏观横向磁化矢量的这种衰减称为自由感应衰减也称T2※弛豫。 利用180°聚焦脉冲可以剔除主磁场不均匀造成的宏观横向磁化矢量衰减，组织由于质
子群周围磁场微环境随机波动造成的宏观横向磁化矢量的衰减才是真正的横向弛豫，即T2弛 豫。T2弛豫的能量传递发生于质子群内部，即质子与质子之间，因此T2弛豫也称自旋一自 旋弛豫（spin-spin弛豫）。
横向弛豫
七、横向弛豫 90°脉冲关闭后，组织中的宏观横向磁化矢量将逐渐减小，最后将衰减到零。90°脉冲
使组织中原来相位不一致的质子群处于同相位进动，质子小磁场的横向磁化分矢量相互叠加， 从而产生旋转的宏观横向磁化矢量。
90°脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量衰减的原因与之相反，同相位进动的质子群逐渐失 去了相位的一致，其横向磁化分矢量的叠加作用逐渐减弱，因此宏观横向磁化矢量逐渐减小 直至完全衰减。
子核中的质子数是相同的，所不同的是中子数，这种同一元素的不同原子 核被称为同位素，如元素氢的同位素就有H（氢核）、H（氘核）和H（氚 核），一般标为1H（氢核）、H（氘核）和3H（氚核）即可。
物质基础
一、物质基础：自旋和核磁共振 原子核具有一定大小和质量，可以视作一个球体，所有磁性原子核都有一个特性，就
弛豫
六、核磁弛豫
A.在激发前平衡状态下，组织中只有宏观纵向磁化矢量（向上空白 粗箭）； B.90°脉冲激发后即刻，组织中宏观纵向磁化矢量消失，产生一 个旋转（带箭头圆圈）的宏观横向磁化矢量（水平空白粗箭）； C.等待一段时间后，组织中的宏观横向磁化矢量有所缩小，宏观纵 向磁化矢量有所恢复； D.再等待一段时间后，组织中的宏观横向磁化矢量进一步缩小，宏 观纵向磁化矢量恢复更多； E.再过一段时间，组织中的宏观横向磁化矢量已经完全衰减，而宏 观纵向磁化矢量进一步恢复； F.到最后，组织中的宏观纵向磁化矢量已经完全恢复到平衡状态。
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。
磁共振成像技术的基本原理
磁共振成像技术的基本原理随着现代医学的不断发展，磁共振成像技术（magnetic resonance imaging，MRI）已成为常见的医学检查手段之一。
MRI以非侵入性的方式生成高质量二维或三维影像，被广泛用于诊断和研究许多疾病。
但是，对于很多人来说，MRI技术完全是个谜。
那么，让我们来探究一下MRI的基本原理。
1. 原子核的自旋MRI的基本原理涉及原子核自旋。
所有物质都由原子构成，而原子又是由正电荷的质子和带有负电荷的电子组成的。
质子有一个内部旋转运动，也称为自旋。
尽管这个过程非常微小，但因为质子是正电荷，所以原子的自旋具有电磁性质。
2. 磁场与磁共振MRI使用强大的磁场来测量原子核的自旋。
磁场是一种可感知的物理力，即使在不接触或触摸其表面的情况下也能对物质进行作用。
在MRI中，磁体产生磁场，将磁性物质中的质子排列到一个方向上，使其形成磁性形状。
这个方向比起自然环境下，使围绕原子核的电子更倾向于朝向一个方向。
当质子处于磁化状态时，可以通过引入一个短暂的无线电波来激发它们。
这个过程称为共振，也就是磁共振。
已经激发的质子被称为横向磁化，它们在磁场中环绕的平面上旋转。
这些状态的运动不会持续太久，大约在几毫秒后，它们会返回到磁化的状态，发出另一种电磁波，可以被接收到并用于图像生成。
3. 磁共振成像的图像识别MRI利用计算机技术对这些信号进行处理和分类，生成高质量的图像。
不同类型的组织对信号有不同的响应，这种差异在MRI图像中呈现出不同的亮度。
对具有磁性质的组织如髓鞘、血管和软骨等能够被MRI扫描显示，而对于其他组织如软组织，MRI图像显示的更为详细。
综上所述，MRI是一种先进的医学诊断技术，它利用原子核磁性及与其自旋状态有关的参数来产生具有丰富生物学信息的图像。
MRI图像构建需要经过信号采集、信号处理、图像重建和图像分析4个过程，而MRI图像的表现形式是结构与连接。
MRI技术的优点在于对人体没有明显的损伤和创伤，同时也不具有放射性；涉及到的磁场力度强，因此患者应该遵守特定的MRI安全规定才能进行检查，有一定的禁忌要求。
核磁共振原理
核磁共振原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种重要的物理现象和分析技术。
它利用原子核在外加磁场作用下的共振吸收，通过测量吸收和释放电磁辐射的能量，探测和研究物质的结构、动力学和相互作用等信息。
本文将介绍核磁共振原理及其在科学研究和医学诊断中的应用。
一、原子核的磁矩先来了解一下原子核的磁矩。
原子核由质子和中子组成，而质子和中子都带有自旋，从而产生了磁矩。
当原子核在外加磁场下，原子核的磁矩就会取向，这种取向可以用经典磁体来类比，磁针指向磁场方向。
原子核的磁矩与自旋的大小和磁量子数有关。
二、核磁共振现象核磁共振现象是指当处于外加磁场中的核磁体系统受到一定频率的射频场辐射时，核磁体中的核会发生共振吸收和辐射现象。
具体来说，核磁共振发生时，原子核会吸收射频辐射的能量进入激发态，而后再次向周围环境辐射能量回到基态。
此过程中，核磁体的状态由一个经典的示波器或一个脉冲时间描绘。
观察到的核磁共振信号是由各种特定频率的核成分形成的，这些频率通过调整外加磁场或射频辐射频率来选择，并且是由特定核原子性质所决定的。
从核磁共振信号的特征谱线中可以获取丰富的信息，如化学位移、偶合常数、自旋-晶格弛豫等。
三、核磁共振的应用核磁共振在化学、物理、生物、材料科学等领域得到广泛应用。
其中，核磁共振谱学是研究有机分子结构的重要手段之一。
通过核磁共振谱学，可以确定化合物的分子结构、官能团及其相对位置，同时可以测定与化学位移、耦合常数等相关的物理化学参数。
在医学领域，核磁共振成像技术（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种无创的影像诊断手段，常被用于人体内部器官结构的观察和病变的检测。
核磁共振成像利用原子核的磁共振信号来得到影像信息，并通过计算机处理得出组织结构、代谢情况等高分辨率的图像。
此外，核磁共振还可应用于核磁共振光谱分析、核磁共振动力学、核磁共振等离子体诊断等领域。
核磁共振工作原理
核磁共振工作原理
核磁共振（NMR）是一种利用原子核的磁性来研究物质结构和性质的物理学和化学技术。
核磁共振成像（MRI）则是将核磁共振技术应用于医学影像学中，用来检查人体内部组织和器官的非侵入性成像技术。
核磁共振的原理基于原子核的磁性。
原子核带有电荷，因此在运动过程中会产生磁场，即磁矩。
当这些原子核置于外部磁场中时，它们会对外部磁场发生作用，使得原子核的磁矩方向发生改变，这种现象被称为磁共振。
核磁共振的工作原理可以简单地描述如下：
1. 样品置于外部强磁场中：将要研究的物质（比如水、蛋白质等）置于强磁场中，这个磁场通常是由大型超导磁体产生的。
2. 加入辅助磁场：在强磁场中加入一个辅助磁场，这个辅助磁场可以是一系列的脉冲磁场，它们的方向和大小可以控制，通过改变脉冲磁场的参数，可以控制样品内部原子核的磁矩方向和大小，使其发生磁共振。
3. 探测信号：当样品内部原子核发生磁共振时，会产生一个高频信号，这个信号可以被外部探测器（如射频线圈）接收并转换成电信号。
4. 数据处理：通过对接收到的信号进行处理，可以获得物质结构和性质的信息。
核磁共振技术广泛应用于物理学、化学、生物学、医学等领域，可以用于分析物质的分子结构、动力学过程、疾病诊断、治疗监测等。
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磁共振成像设备的工作原理
磁共振成像设备的工作原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种常用于医学诊断的非侵入性扫描技术，它利用磁共振原理，通过对人体组织的磁性物质的成像进行分析，得出病灶位置和病理变化的信息。
下面将详细介绍MRI设备的工作原理。
MRI设备主要由主磁场系统、梯度线圈系统、射频系统和计算机系统组成。
1. 主磁场系统主磁场系统是MRI设备的核心组成部分，它由一个超导磁体构成。
这个超导磁体能产生一个稳定的高强度磁场，通常是1.5T或3T。
这个磁场可以将人体内的水和脂肪等有机分子的原子核（如氢核、氧核等）原子核自旋取向，从而为后续成像提供必要的条件。
2. 梯度线圈系统梯度线圈系统由三个互相垂直的线圈组成，即横向、纵向和轴向梯度线圈。
这些线圈的作用是产生稳定强度和变化频率的梯度磁场，用于在空间上定位图像中不同的区域。
梯度线圈系统的变化频率决定了成像的分辨率，变化强度决定了成像的对比度。
3. 射频系统射频系统由发射线圈和接收线圈组成，它的作用是产生高频电磁场和接收返回的信号。
在成像过程中，射频系统会向人体内部提供一个高频脉冲电磁场，导致人体内的原子核自旋发生能级跃迁。
原子核回到基态时，会发送出一个特定的信号，通过接收线圈接收并传回计算机系统进行处理。
4. 计算机系统计算机系统是MRI设备的控制中心，它负责控制整个设备的运行、数据采集、图像重建和存储。
在成像过程中，计算机会通过梯度线圈和射频线圈产生的信号，对人体内部的原子核进行测量和记录。
然后利用这些数据，通过复杂的数学计算和图像处理算法，生成最终的MRI图像。
具体工作流程如下：1. 开始扫描前，患者需要去除身上的金属物品，因为磁场会对金属产生吸引力和磁化。
2. 患者躺在MRI设备的扫描床上，床会进入主磁场系统中央，电脑通过脚踏开关控制床的位置。
3. 当主磁场系统通电后，会产生一个均匀的磁场。
此时，射频系统会向人体内部发送射频脉冲，使原子核自旋发生能级跃迁。
磁共振成像系统原理和功能结构
磁共振基本原理第一章主要讲述电荷、电流、电磁、磁感应方面的基本概念。
这里将介绍余下章节中将提到的大量的词汇。
你可以快速复习这些概念，但是要注意关键定义和一些重要的概念，因为这些概念有可能在考试中出现。
同时也包括一些对向量和复数关系的解释。
如果你有工程师的背景就请略过这些章节，否则请多花些时间研究2D、3D向量，振幅和相位、矢量和复数方面的知识。
矢量在MRI中有极其重要的作用，因此现在多花些时间学习是值得的。
静电学研究的是静止的电荷，在MRI中几乎没有太大意义。
我们以此作为开场白主要是因为电学和磁学之间有密切的关系。
静电学与静磁场非常相似。
最小的电荷存在于质子(正)和电子(负)中，集中在很小的一团或以量子形式存在。
虽然质子比电子重1840倍，但是他们有同样幅度的电荷。
电荷的单位是库仑，是6.24*1018个电子的总和,这是一个非常大的数量。
一道闪电包含10到50个库仑。
一个电子或质子的电荷为±1.6*10-19库仑。
与一个粒子所拥有的分离的电荷不同，电场是连续的。
关键的概念是相同的电荷相互排斥，不同的电荷相互吸引。
同时，你应该知道电场强度与电荷呈线形变化，和电荷的距离的平方成反比。
换句话说，如果总的电荷数增加，电场的强度也会增加，与电荷的距离越远，电场强度越弱。
将相同的电荷拉近，或将不同的电荷分开都需要能量。
当出现这种情况时，粒子就有做功的势能。
就象拉开或压缩一个弹簧一样。
这种做功的势能叫电动力（emf）。
当一个电荷被移动，并做功时，势能可以转化成动能。
每单位电荷的势能称电势能，它是电荷相对于电场的位置的函数（1/d2）。
电荷位于周边，它尽量要处于一个舒服的位置，但这也不是一件容易做到的事。
它不断地运动、做功。
运动的电荷越多，每个电荷做功越多，总功越大。
运动的电荷叫做电流。
电流的测量单位为安培（A）。
第一个电流图描绘的是电池产生直流电（DC）。
电厂里的发电机产生的是变化的电压，也称为交流电（AC）。
磁共振成像原理及结构
(二)外磁场对原子核自旋的影响
0＝0
：磁旋比常数 0：外加磁场强度 0:质子进动频率
拉莫（Larmor)频率 原子核的共振频率
(二)外磁场对原子核自旋的影响
由于有无数个质子在 进动，其磁矩在X和Y轴 方向上的分量将相互抵 消，只有沿Z轴方向的 分量叠加起来形成了纵 向磁化矢量，它不能被 直接测量。
当质子磁化矢量只受主磁场作用时，由于自由进动 与主磁场方向一致，所以无法测量。
当RF脉冲对组织激励又停止后，组织出现了弛豫过 程，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，将这个电流信号放大后即为MR信号，它是一个 随时间周期性不断衰减的电流，又因为它是由自由进动 感应产生的，所以叫自由感应衰减。
磁共振成像（MRI〕原理 与磁共振机的结构
晋中三院 影像科
一、磁共振成像
磁共振成像： Magnetic Resonance Imaging，MRI 是利用人体内原子核在磁场内与外加射频磁场
发生共振而产生影像的一种成像技术,它既能显示形 态学结构，又能显示原子核水平上的生化信息及某些 器官的功能状况，更有无辐射的优点，其发展潜力巨 大。
(二)外磁场对原子核自旋的影响
在一定温度和磁场条件下，自旋质子就产生 了一个沿外磁场方向的宏观磁矩，这样当原子核 围绕自己的轴作自旋运动时，外加磁场又会产 生一个旋力臂作用于自旋质子的磁矩上，使得 质子旋进于一个锥形的磁矩轴上，称为拉莫进 动。
(二)外磁场对原子核自旋的影响
质子进动的速度用 进动频率来衡量，也 就是质子每秒进动的 次数，进动频率与外 加磁场的强度成正比， 场强越高，进动频率 越高。
T1是一个时间常数，描述组织的纵向磁化矢量恢复的 快慢程度。其长短依赖于组织成分、结构和环境，如 水为长T1，脂肪为短T1 。
磁共振基础知识
何为加权？？？
所 “重 谓的加权就是 点突出”
的意思
T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫（ 纵向弛豫）差别
T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫（ 横向弛豫）差别
质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质子含 量差别
T1WI T2WI
T1WI T2WI
人体不同组织的
磁共振检查技术
平扫（T1WI，T2WI，PDWI) 增强（TIWI） 动态增强（Dynamic MR） 磁共振血管造影（MRA） 脂肪抑制成像（STIR） 水抑制成像（FLAIR） 水成像（MRCP、MRU） 灌注成像（Perfusion) 弥散成像（Diffusion） 功能成像（Function MR）
进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互 抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础
z M
x
按照单一核子 进动原理,质子 群在静磁场中 y 形成的宏观磁 化矢量M
Z
B0
Z
MZ
X A
Y
X
在这一过程中，产生能量
Y MXY
B
A:施加90度RF脉冲前的磁化矢量Mz B:施加90度RF脉冲后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor频率横向施进 C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M 以螺旋运动的形式倾倒到横向平面
X
X
体各类组织均有特定T1 、
（4）停止后一定时间 （5）恢复到平衡状态 T2值，这些值之间的差
异形成信号对比
弛豫：Relaxation;
自然界的一种固有属性；即任何系统都有在外
MR 信 号 特 点
核磁共振分析的基本原理、结构和实验技术
目录
7.1 核磁共振分析的历史及现状 7.2 核磁共振分析的基本原理 7.3 核磁共振仪器结构及组成 7.4 核磁共振分析的实验技术 7.5 核磁共振分析在材料研究领域的应用
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7.1 核磁共振分析的历史及现状
7.1.1 核磁共振技术的发展历程
（1）核磁共振现象的发现
OCH3 CH3O Si OCH3
OCH3
四甲基硅烷
20
7.2.6 核磁共振基本参数
（1）化学位移
各峰的化学位移
Pd-diimine 催化剂的 1HNMR 谱图
四甲基硅 烷基准峰
化学位移单位：ppm 21
7.2.6 核磁共振基本参数
（2）自旋偶合和自旋分裂
H0
H‘ H‘
H=H0-2H’
H0
H‘ H‘
作用下将产生同方向的
核外非球形对 称电子云
感应磁场，使磁核所受 实际磁场强度高于外加 磁场强度H0。
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7.2.6 核磁共振基本参数
（1）化学位移
H0
各种感应磁场 H0‘
原子核处于 特定分子环境中
远磁屏蔽效应： 除了磁核自身的核外电 子云外，远处各类原子 或基团的成键电子云也 将产生感应磁场，使磁 核所受磁场强度高于或 低于外加磁场H0。
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7.3.3 仪器实例介绍
德国布鲁克（Bruker）公司
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7.3.3 仪器实例介绍
视频资料介绍：
图7 SampleXpressTM 核磁共振仪
SampleXpress TM是布鲁克公司 最新产品之一。 可以采用各种长 度的样品管 （100-190 mm）, 其最高 频率达800M。
核磁共振与分子结构
核磁共振与分子结构
核磁共振是一种分析分子结构的重要方法之一。
它是基于原子核在外加磁场下的不同行为而发展起来的。
具体来说，核磁共振采用核磁共振现象来分析分子中原子核的结构和性质。
核磁共振原理是基于原子核的磁矩而发展的。
磁矩是指原子核在外磁场下产生的磁偶极矩，它是原子核的内在性质。
当一个原子核处于一个外加磁场中时，它会产生一个磁偶极矩。
当外加磁场方向不变时，这个磁偶极矩将与外磁场相互作用，从而使原子核的能量级发生分裂。
这种现象称为磁共振。
在实际应用中，通过对样品中的原子核进行特定的激发，可以观察到原子核发出的磁共振信号。
这种信号将被检测器捕捉，转换为电信号，并进行进一步处理和分析。
这样，就可以得到分子中原子核的详细信息。
通过核磁共振，可以分析分子结构中的各种信息：如分子中原子核的位置、化学键的类型、原子核的旋转、构象等等。
根据核磁共振谱图，可以确定分子的结构模型，进而进一步解释物质的性质和行为。
在核磁共振中，可以应用各种技术，以适应不同的应用场景。
例如，常见的1H核磁共振谱是用于测定分子中氢原子的位置、化学键的类型等信息。
2D核磁共振谱则是用于细化各个原子核之间的关系，以帮助确定分子的立体结构。
总之，核磁共振是现代科学研究中不可缺少的一种方法。
它在分析分子结构、研究物质性质和行为等方面发挥着极为重要的作用。
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(二)外磁场对原子核自旋的影响
在一定温度和磁场条件下，自旋质子 就产生了一个沿外磁场方向的宏观磁矩， 这样当原子核围绕自己的轴作自旋运动 时，外加磁场又会产生一个旋力臂作用 于自旋质子的磁矩上，使得质子旋进于 一个锥形的磁矩轴上，称为拉莫进动。
(二)外磁场对原子核自旋的影响
质子进动的速度用 进动频率来衡量，也 就是质子每秒进动的 次数，进动频率与外 加磁场的强度成正比， 场强越高，进动频率 越高。
（七〕自由感应衰减
磁共振设备中，接收信号用的线圈平面与主 磁场平行，工作频率接近拉莫频率。 当质子磁化矢量只受主磁场作用时，由于自 由进动与主磁场方向一致，所以无法测量。而 当RF脉冲对组织激励又停止后，组织出现了弛 豫过程，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，将这个电流信 号放大后即为MR信号，它是一个随时间周期性 不断衰减的电流，又因为它是由自由进动感应 产生的，所以叫自由感应衰减。
有无辐射的优点，其发展潜力巨大。
二、MRI基本原理
•MRI影像形成的基本原理
(一)、原子核的自旋特性
含单数质子的原子核，例如人体内广泛 存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正 电，产生磁矩，有如一个小磁体。
(一)原子核的自旋特性
在有自旋特性的原子核周围存在的这 个微观磁场是磁偶极子，就是所谓的原 子核的自旋磁矩。 在没有外加磁场时，各个质子由于热 运动而处于杂乱无章的任意排列状态， 磁矩方向各不相同，相互抵消，所以在 宏观上不显磁性。
（六〕核磁共振弛豫
（六〕核磁共振弛豫
（六〕核磁共振弛豫
小结： 这种组织间弛豫时间上的差别，是 MRI的成像基础。有如CT时，组织间吸 收系数（CT值）差别是CT成像基础的 道理。但MRI不像CT只有一个参数，即 吸收系数，而是有T1、T2等几个参数。 因此，获得选定层面中各种组织的T1 （或T2）值，就可获得该层面中包括 各种组织影像的图像。
方面的内容：
1、激发产生磁共振现象并测量磁共
振信号的RF脉冲序列；
2、确定信号位置的空间编码；
3、将所测量的磁共振信号及其位置
信息重建成磁共振影像。
三、MRI系统的组成与功能
MRI系统主要由以下五部分构成： 1、主磁体系统 2、梯度磁场系统 3、射频（RF）系统 4、计算机处理系统 5、辅助设备
MRI扫描机基本结构示意图
（二）梯度磁场系统
梯度磁场三维方向示意图
成像层面选择
梯度磁场叠加在主磁场上，使得场 强随着位置呈线形分布，即每一层面 的场强都是不相同的。 RF脉冲并非只包含一种频率，而是 有一定频率范围（带宽）的脉冲，所 以它能激励的质子的拉莫频率也是一 个范围，这样产生共振的质子的层面 就可以确定了。
成像层面选择
(二)外磁场对原子核自旋的影响
0＝0
：磁旋比常数 0：外加磁场强度 0:质子进动频率
拉莫（Larmor)频率 原子核的共振频率
(二)外磁场对原子核自旋的影响
由于有无数个质子在 进动，其磁矩在X和Y轴 方向上的分量将相互抵 消，只有沿Z轴方向的 分量叠加起来形成了纵 向磁化矢量，它不能被 直接测量。
1、磁屏蔽 2、射频屏蔽 3、操作控制台 4、检查床 5、高压注射器
四、磁共振图像
腹主动脉MRA三维重建图像
四、磁共振图像
动静脉畸形（AVM）MRA三维重建图像
四、磁共振图像
磁共振脑功能成像
四、磁共振图像
磁共振脑功能成像
四、磁共振图像
冠状位心脏MR图像
四、磁共振图像
心脏MR图像
四、磁共振图像
射 器 放 大 器
发 射 线 圈
人 MR 接 体 受 组 线 织 圈
接 收 器
射频（RF）线圈
射频线圈的作用是发射RF脉冲,对被检体 质子进行激励，并检测被检体的MR信号。 用于发射射频建立射频磁场的射频线圈 叫发射线圈，用于检测MR信号的射频线圈叫 接收线圈。 有的线圈可在不同的时期分别完成发射 和接收任务，如体线圈；而有的只能用于接 收信号，如大部分表面线圈。
（七〕自由感应衰减
（八〕MR信号的空间编码
一幅MR影像由垂直方向的象素行和水 平方向的象素列共同组成，同时又对应 着一定层厚的体素组成的一个层面，称 为MR信号的空间位置。
采集MR信号空间位 置信息的方法称为空 间编码，拉莫方程， 0＝0是空间编码技 术的基础。
（九〕原理总结
综上所述，磁共振成像主要包括三
磁共振成像（MRI〕原理 与磁共振机的结构
邵逸夫医院放射科
朱 碧 波
一、磁共振成像
磁共振成像： Magnetic Resonance Imaging，MRI 是利用人体内原子核在磁场内与外加射 频磁场发生共振而产生影像的一种成像技术,
它既能显示形态学结构，又能显示原子核水
平上的生化信息及某些器官的功能状况，更
（五〕核磁共振现象
2、进动的质子相位一 致，做同步同速运动， 使得在横轴方向上的 磁化矢量得以叠加， 并产生一个新的横向 磁 化 矢 量 ， RF 脉 冲 的 强度越大，持续时间 越长，横向进动偏转 的角度就越大。
（六〕核磁共振弛豫
当质子系统达到饱和状态后，停止RF 磁场后，激励过程结束。随后，吸收能 量跃迁到高能级的质子将释放吸收的能 量，很快回到外加磁场原先排列的平衡
(二)外磁场对原子核自旋的影响
当外部施加一个恒定磁场后，则质子 沿外加磁场方向排列，产生净磁化。
1.低能级--自旋方向 与磁场方向一致 2.高能级--自旋方向 与磁场方向相反
(二)外磁场对原子核自旋的影响
在外磁场作用下，低能级的质子数目 要多于高能级的质子，在大量原子分布 的情况下，原子在不同能级上分布的数 目与温度与外磁场强度有关。
（一）主磁体系统
主磁体是MRI系统的核心部分 之一，其功能是提供使原子核定 向所必须的静磁场。 应用于临床医疗的MRI磁体强 度多为0.15-2.0T(特斯拉)。
1、磁体主要性能指标
•磁场强度：
场强越高，MR信号越强，影像信噪比越大
•磁场均匀度：
决定了图像的空间分辨率和信噪比
•磁场稳定性：
是衡量场强随时间而飘移程度的指标
射频（RF）线圈
射频线圈的敏感容积越小，则信噪比越高； 线圈与人体检查部位的距离越近，则信号越 强，信噪比越高。这两者直接决定着图像的 质量，所以需根据人体各个部位的不同形状、 大小，制成不同尺寸和类型的线圈，以取得 最佳图像质量。 射频线圈主要有两类： 1、体积线圈：大容积，如头线圈、体线圈 2、表面线圈：小容积，如乳腺线圈等
MR图像的重建
f(t)=A0+Asin(t+φ )
在进行频率编码和相位编码后， 利用傅立叶变换就可将检测到的 数据信号分离，确定每一个体素 的MR信号的值，形成图像。
（三）射频系统
射频系统的作用是发射射频(RF)脉冲, 使磁化的质子吸收能量产生共振,并接 收质子在弛豫过程中释放的能量而产 生MR信号，其频率在拉莫频率附近。 RF 功 发 率
位置，这一过程称为核磁弛豫。
横向磁化矢量逐渐消失，称为横向弛豫
纵向磁化矢量恢复原状，称为纵向弛豫
（六〕核磁共振弛豫
在磁共振领域中，将质子周围的原子统称为 晶格。纵向弛豫就是质子自旋磁矩将能量释放 传递给晶格原子的过程，所以也叫自旋-晶格弛 豫。 RF脉冲停止后，纵向磁化矢量恢复到原来的 数值所需要的时间称为纵向弛豫时间，简称T1, 实际中将纵向磁化矢量从0恢复到最大值的63% 所需的时间定义为T1 时间。 T1 是一个时间常数，描述组织的纵向磁化矢 量恢复的快慢程度。其长短依赖于组织成分、 结构和环境，如水为长T1，脂肪为短T1 。
射频（RF）线圈
头颅线圈（鸟笼状）
射频（RF）线圈
神经血管线圈
射频（RF）线圈
颈椎线圈
射频（RF）线圈
胸腰椎线圈
射频（RF）线圈
躯体线圈
射频（RF）线圈
乳腺线圈
射频（RF）线圈
通用柔软线圈
（四）计算机处理系统
1、主机 2、存储器 3、输入、输出设备 4、系统软件 5、应用软件
（五）辅助设备
下肢血管造影MRA 三维重建图像
四、磁共振图像
椎、基底动脉MRA三维重建图像
2、磁体类型
（2）常导型（阻抗型）磁体：
由电流通过导线产生磁场，其磁力 线与受检人体长轴平行。 安装容易，造价低。但磁场均匀度 和稳定性较差，受室温影响大。 耗电量大，需大量水冷却，运行维 护费用高，场强一般小于0.3T。
2产生磁场，但导线为超导 材料，置于液氦之中，温度为-273℃，此时 线圈电阻为零。 在励磁以后，电流可以无衰减地循环流动， 产生稳定、均匀、高场强的磁场，且不受室 温影响大。场强最高可达8T，医用一般小于 2T。 由于需液氦，运行维护费用较高。
2、磁体类型
GE Signa CV/i 1.5T 超导型MR机
2、磁体类型
匀场线圈：
任何磁体都不会产生绝对均匀的磁 场，所以还要加上一组匀场线圈，一 般由铌钛合金制成，置于磁体中心， 梯度线圈外,在安装时由工程师设定调 整，可将磁场均匀性提高100倍以上。
MRI扫描机基本结构示意图
MRI扫描机
（六〕核磁共振弛豫
（六〕核磁共振弛豫
RF脉冲停止后，质子很快失去相位一致 性,这是由于原子核之间的相互作用，而没 有能量从原子核向周围晶格中的转移，所以 也成为自旋-自旋弛豫。 此过程中，横向磁化矢量逐步抵消而变小 直至为零。实际中把横向磁化矢量衰减至其 最大值的37%的时间定义为横向弛豫时间， 简称T2 。 T2 与人体组织的固有小磁场有关,如大分 子比小分子快,结合水比游离水快。
时，才能向质子传递能量。
（五〕核磁共振现象
当RF脉冲频率与质子进动频率相同时，质 子就从中吸收能量，这称为核磁共振现象。 此时RF脉冲频率＝ 0＝0