磁共振原理图

磁共振的原理固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。

在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。

由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。

但若在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。

若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。

若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振。

核磁矩比电子磁矩约小3个数量级，故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多；同理，弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。

从量子力学观点看, 在外磁场作用下电子和原子核的磁矩是空间量子化的，相应地具有离散能级。

当外加高频电磁场的能量子hv等于能级间距时，电子或原子核就从高频电磁场吸收能量，使之从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。

利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。

核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。

核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。

铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。

磁共振基本原理射频振荡器 探测器图5调磁场核磁共振翅示意图磁共振（回旋共振除外）其经典唯象描述是：原子、电子及核都具有角动量，其磁矩与相应的角动量之比称为磁旋比 Y 磁矩M 在磁场B 中受到转矩MBsin B （ 0 为M 与B 间夹角）的作用。

此转矩使磁矩绕磁场作进动运动，进动的角频率3二丫， 3 0称为拉莫尔频率。

由于阻尼作用，这一进动运动会很快衰减掉，即 M 达到与B 平行，进动就停止。

但是，若在磁场 B 的垂直方向再加一高频磁场b （3）（角频率 为3，则b（3）作用产生的转矩使M 离开B ，与阻尼的作用相反。

第三节核磁共振成像原理一、磁共振信号在弛豫过程中通过测定横向磁化矢量Ｍｘｙ可得知生物组织的磁共振信号。

横向磁化矢量Ｍｘｙ垂直并围绕主磁场Ｂ０以Larmor频率旋进，按法拉第定律，磁矢量Ｍｘｙ的变化使环绕在人体周围的接收线圈产生感应电动势，这个可以放大的感应电流即ＭＲ信号。

90°脉冲后，由于受Ｔ１、Ｔ２的影响，磁共振信号以指数曲线形式衰减，称为自由感应衰减（ free induction decay，ＦＩＤ），如图5-14。

图5-14 自由感应衰减信号磁共振信号的测量只能在垂直于主磁场的ＸＹ平面进行。

由于脉冲发射和接收生物组织原子核的共振信号不在同一时间，而射频脉冲和生物组织发生的共振信号的频率又是一致的，因此,可用一个线圈兼作发射和接收。

由于Ｍｘｙ指向或背向接收线圈，ＭＲ信号或正或负，横向磁化矢量转动，在接收线圈中出现周期性电流振荡，这些振荡为正弦波并逐渐阻尼（阻尼指信号幅度随时间减弱），幅度的变化可用信号演变来表示。

由于质子和质子的相互作用（spin-spin），自由感应衰减的时间为Ｔ２，质子和质子间的相互作用以及磁场不均匀性的影响，自由感应衰减的时间为Ｔ′2，Ｔ′２显著短于Ｔ２。

在一个磁环境中，所有质子并非确切地有同样的共振频率。

在一个窄频率带，自由感应衰减信号代表叠加到一起的正弦振荡，用数学方法（傅里叶变换）可把这一振幅随时间而变化的函数变成振幅按频率分布而变化的函数，后者即ＭＲ波谱，见图5-15。

图5-15 傅立叶变换振幅随时间而降低的正弦信号经傅里叶变换后用窄细的钟形波为代表。

由于振幅演变的起始值取决于横向磁矩，而该磁矩又取决于特定组织体素（voxel）中受激励原子核的数目，因此波峰高度（信号强度）代表质子密度Ｎ（Ｈ），如质子群为纯水且主磁场又很均匀，则质子群共振频率只有１个，钟形波为一直线。

如由于质子群的自旋－自旋作用及磁场不均匀性的影响，在频率域座标上就不是一直线，而表现为一钟形波，其宽度与Ｔ′２成反比，即钟形波越宽，Ｔ′２越短，而钟形波最宽处为其共振频率。