磁共振的原理
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核磁共振工作原理引言核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种基于原子核的物理现象的测量方法,被广泛应用于化学、生物、医学等领域。
本文将介绍核磁共振的工作原理,包括核磁共振的基本概念、共振条件和信号检测方法。
核磁共振的基本概念核磁共振是基于原子核的量子现象,原子核由质子和中子组成,而质子具有自旋。
在外磁场的作用下,自旋会产生磁矩,并在一定条件下发生共振现象。
核磁共振的基本概念包括自旋、共振频率和磁共振现象。
自旋自旋是描述核/原子的内禀性质之一,通常用量子数来表示,最常见的是1/2自旋,对应于质子。
自旋可以理解为核/原子围绕自身轴心旋转的运动。
共振频率共振频率是指核磁共振发生的频率,是由外磁场强度和核磁矩之间的关系决定的。
共振频率可以通过Larmor公式计算得出:ν = γB其中,ν表示共振频率,γ为核磁共振常数,B为外磁场强度。
磁共振现象磁共振现象是指在外磁场的作用下,当核磁矩与外磁场的方向相同或反向时,核磁共振现象发生。
当核磁共振发生时,核磁矩会从低能级跃迁到高能级,并发出能量。
核磁共振的共振条件核磁共振的共振条件包括共振频率与外磁场强度的关系,以及共振信号的检测。
共振频率与外磁场强度的关系根据Larmor公式,共振频率与外磁场强度成正比。
当外磁场强度增加时,共振频率也会增加。
这意味着,通过调节外磁场强度,可以控制核磁共振的发生。
共振信号的检测为了检测核磁共振的信号,常用的方法是利用射频脉冲来激发核磁共振,并通过接收信号来检测共振信号。
核磁共振的信号检测方法核磁共振的信号检测方法包括自由感应衰减(Free Induction Decay,FID)和傅里叶变换。
自由感应衰减自由感应衰减是指在射频脉冲激发核磁共振后,核磁共振信号随时间的衰减。
通过采集一系列的自由感应衰减信号,可以获取核磁共振谱。
傅里叶变换傅里叶变换是将信号从时间域转换到频率域的方法。
在核磁共振中,通过对自由感应衰减信号进行傅里叶变换,可以得到核磁共振谱。
磁共振的原理和应用磁共振的原理磁共振是一种基于原子核磁性的物理现象,广泛应用于医学领域。
它的原理是通过在强磁场中施加一定的电磁波,使原子核发生共振现象,从而得到关于原子核的信息。
具体来说,磁共振的原理可以概括为以下几个方面:1.磁共振现象:在进入强磁场后,原子核会对磁场产生响应,进而发生共振。
这是因为原子核具有自旋角动量,而磁场可以引起原子核自旋角动量的方向和能量的变化,从而产生共振信号。
2.拉莫尔频率:拉莫尔频率是原子核在特定磁场中的共振频率。
拉莫尔频率与原子核的磁性、电荷、核自旋等因素有关。
通过测量原子核的拉莫尔频率,可以确定物质的成分和结构。
3.磁共振信号的检测:磁共振信号可以通过接收原子核共振信号产生的电磁波来进行检测。
这种电磁波可以通过天线或探测器接收,并转换成能够被显示器或计算机处理的信号。
磁共振的应用磁共振在医学领域有着广泛的应用,特别是在诊断和研究方面。
以下是磁共振在医学领域的几个重要应用:1.磁共振成像(MRI): MRI是利用磁共振原理进行医学影像诊断的一种非侵入性检查方法。
通过在患者身上产生特定的磁场和电磁波,可以获得高分辨率的人体结构和器官图像。
MRI在检测器官病变、肿瘤、中风和神经退行性疾病等方面有着广泛的应用。
2.功能性磁共振成像(fMRI):fMRI是一种用于测量脑部活动的方法。
它通过观察患者大脑区域血液供应的变化来分析脑部功能活动。
fMRI在研究神经系统疾病、心理学和认知科学等领域有着重要的应用。
3.磁共振波谱学(MRS): MRS用于测量生物体内的化学物质组成和代谢过程。
通过分析特定核磁共振信号的强度和频率,可以确定生物样本中各种化学物质的含量和类型。
MRS在生物医学研究中被广泛应用,例如在癌症和神经系统疾病的研究中。
4.磁共振弹性成像(MRE): MRE是一种用于测量组织力学性质的成像技术。
它通过将机械振动引入到组织内,然后利用磁共振技术来检测和分析振动的传播和反射情况。
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。
磁共振原理通俗讲解
磁共振原理是指物质在外加磁场作用下,其原子核或电子会受到激发,从低能级跃迁到高能级,然后再回到低能级释放出能量的过程。
简单来说,磁共振原理是利用磁场和射频脉冲激发物质中原子核或电子的运动,使其跃迁到高能态。
当外加磁场和射频脉冲的频率与物质的共振频率匹配时,会出现共振现象。
具体操作时,将被研究的物质置于磁场中,然后给它施加一个特定频率的射频脉冲。
当射频频率与物质的共振频率一致时,物质中的原子核或电子会吸收能量,并跃迁到高能态。
随后,射频脉冲停止,而物质会逐渐从高能态返回到低能态,反向释放出吸收的能量。
这些释放出的能量通过感应线圈收集并转化为可视化的图像。
磁共振原理在医学影像学中被广泛应用,例如核磁共振成像(MRI)。
通过调节磁场和射频脉冲的参数,可以获取不同组织的图像,从而达到检查和诊断的目的。
总而言之,磁共振原理是利用磁场和射频脉冲激发物质中原子核或电子的运动,从而实现能量的吸收和释放,进而产生图像或其他信号。
mri磁共振成像原理
MRI成像是利用核磁共振现象的原理,通过对人体组织内的
水分子进行扫描和观察,得到高清晰度的图像。
具体原理如下:
1. 磁性原子核存在自旋,即核具有旋转的特性。
2. 在外加磁场的作用下,核会以不同的方式排列。
正常情况下,核自旋会沿着磁场方向对齐。
3. 在MRI中,通过在病人身上施加一个强大的磁场,使得人
体内的大部分水分子的核自旋方向与磁场方向一致。
4. 随后,施加一系列的辅助磁场,这些磁场的方向会短暂扰乱水分子自旋的排列。
5. 辅助磁场停止后,水分子的自旋会重新按照其能量状态重新排列。
6. 在此过程中,水分子释放出的能量会被探测器捕捉并转换为电信号。
7. 根据这些电信号的不同,MRI系统可以重建出人体内不同
组织的图像。
此外,MRI还可以通过改变辅助磁场的频率和强度,来获取
不同组织的信号。
这样就可以得到不同的对比度,进一步分辨不同组织的结构和功能。
简述MRI成像原理
MRI全称为磁共振成像,是一种医学影像学的技术。
其原理基于核磁共振现象,利用强磁场和无线电波对人体进行扫描,产生高清晰度三维图像。
具体实现过程包括以下几个步骤:
1. 构建磁场:在MRI扫描过程中,需要产生非常强的磁场。
通常使用超导磁体,其内部绕有电流,可以产生非常强的磁场。
2. 激发磁共振:在强磁场中,人体内的原子核会对磁场进行反应。
使用无线电波来激发原子核的磁共振,使其发生共振吸收和发射。
3. 接收信号:激发原子核后,其会发出无线电信号。
使用接收线圈来捕获这些信号。
4. 信号处理:通过数学算法对接收到的信号进行处理,可以得到一幅高清晰度的三维图像。
MRI成像原理的优势在于它不会对人体造成辐射,适用于对柔软组织的成像,如脑部、胸部、骨骼等。
同时,MRI成像原理也被广泛应用于医学诊断、科学研究和生物医学工程领域。
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简述核磁共振的原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种应用强磁场和电磁辐射的物理现象对原子核的性质进行研究的技术。
它被广泛用于化学、医学、材料科学等领域,尤其在生物医学中有着重要的应用。
核磁共振的原理基于原子核的自旋(spin)和匀强磁场之间的相互作用。
原子核自旋是原子核固有的一个量子力学性质,类似于自旋的概念,它具有角动量和磁矩。
在应用强磁场时,原子核的自旋会沿着磁场方向分裂成多个能级(Zeeman效应),这些能级之间可以通过吸收或发射电磁辐射的方式发生转变。
当核磁共振技术应用于实际的研究中时,通常需要构建一个恒定的强磁场,以及一个用于产生射频辐射的线圈。
样品中的原子核由于外加的强磁场而分裂成多个能级,其中低能级的核既可以吸收辐射,也可以发射辐射。
在核磁共振实验中,我们主要关注的是样品在吸收射频辐射时发生的转变。
当射频辐射和样品中的原子核共存时,它们之间发生相互作用,会导致能级之间的转变。
在核磁共振实验中,我们通常调节射频辐射的频率,使其接近样品中其中一种原子核的共振频率。
共振频率是一个特定原子核在给定强度的磁场中吸收或发射电磁辐射的频率。
当共振频率匹配时,样品中的原子核会吸收射频辐射能量并跃迁到高能级。
通过测量样品吸收辐射能量的方式,可以获得原子核的共振信号。
核磁共振信号是一个复数,由振幅和相位组成。
振幅表示吸收或发射的强度大小,而相位则表示核磁矩在旋转中的方向。
为了获得高质量的核磁共振信号,实验中通常会使用脉冲序列。
脉冲序列包含一系列射频脉冲和梯度磁场脉冲,可以精确控制信号的产生、操控和检测。
示例中的主要方法包括:1.均匀磁场:构建一个均匀且稳定的强磁场对原子核进行定向。
2.射频激励:通过射频脉冲使样品中的原子核跃迁到高能级。
3.梯度场:通过梯度场变化,使不同位置的原子核在不同时间接受射频激励。
4.接收信号:通过接收线圈接收样品中吸收或发射的射频辐射信号。
核磁共振运行原理
核磁共振就是利用原子核的磁效应,在外加磁场中通过原子核共振发生的。
当施加在原子核上的电场消失,原子核就会获得一个自旋,这个自旋称为弛豫时间。
根据质子与原子核之间的相互作用,就可以知道它们之间的距离,从而求出它们的磁化强度。
然后利用一个核磁共振系统就可以检测出这种距离。
如果把核磁共振系统放入一个磁场中,并把一个物体放在磁铁和该物体之间,那么当它受到外界磁场的作用时,就会产生共振。
同样,在外加磁场中将一个物体放在磁铁和该物体之间也会产生共振。
实验证明,在磁共振系统中只要有一定强度的外加磁场存在,就能使系统产生共振并检测出这种运动。
当有一个物体靠近磁场时,该物体受到的磁场力就会使得自旋发生改变。
如果施加在这个物体上的电场强度足够大,那么当磁场消失时这个物体就会吸收这种电场而发生弛豫。
如果把这个物体移开一段距离,那么它被再次施加在这个场强较低的地方时又会重新吸收这种电场。
这就是共振现象。
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核磁共振的基本原理是强外磁场内人体中的氢原子核(即1H),在特定射频(RF)脉冲作用下弛豫时间不同。
1、人体1H在强外磁场内产生纵向磁矢量和1H进动:1H在绕自身轴旋转的同时,还围绕外磁场方向做锥形运动,称为进动,进动的频率与外磁场场强呈正比。
2、发射特定的RF脉冲引起磁共振现象:向强外磁场内的人体发射特定频率的RF脉冲,1H吸收能量而发生磁共振现象。
3、停止RF脉冲后1H恢复至原有状态并产生信号:停止发射RF脉冲后,1H迅速恢复至原有的平衡状态,这一过程称为弛豫过程,所需时间称为弛豫时间。
纵向磁矢量恢复的时间为纵向弛豫时间,亦称T1弛豫时间;横向磁矢量的衰减和消失时间为横向弛豫时间,亦称T2弛豫时间。
4、采集、处理MR信号并重建为MRI图像:对于反映人体组织结构T1值和T2值的MR信号经采集、编码、计算等一系列复杂处理,即可重建为MRI灰阶图像。
MRI图像上的黑白灰度对比,反映的是组织间弛豫时间的差异。
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γ。
磁矩M 在磁场B中受到转矩MBsinθ(θ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ω=γB,ωo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(ω)(角频率为ω),则b(ω)作用产生的转矩使M离开B,与阻尼的作用相反。
如果高频磁场的角频率与磁矩进动的拉莫尔(角)频率相等ω =ωo,则b(ω)的作用最强,磁矩M的进动角(M与B角的夹角)也最大。
这一现象即为磁共振。
磁共振也可用量子力学描述:恒定磁场B使磁自旋系统的基态能级劈裂,劈裂的能级称为塞曼能级(见塞曼效应),当自旋量子数S=1/2时,其裂距墹E=gμBB,g为朗德因子,为玻尔磁子,e和me为电子的电荷和质量。
外加垂直于B的高频磁场b(ω)时,其光量子能量为啚ω。
如果等于塞曼能级裂距,啚ω=gμBB=啚γB,即ω=γB(啚=h/2π,h为普朗克常数),则自旋系统将吸收这能量从低能级状态跃迁到高能级状态(激发态),这称为磁塞曼能级间的共振跃迁。
量子描述的磁共振条件ω=γB,与唯象描述的结果相同医`学教育网搜集整理。
当M是顺磁体中的原子(离子)磁矩时,这种磁共振就是顺磁共振。
当M是铁磁体中的磁化强度(单位体积中的磁矩)时,这种磁共振就是铁磁共振。
当M=Mi是亚铁磁体或反铁磁体中第i个磁亚点阵的磁化强度时,这种磁共振就是由i个耦合的磁亚点阵系统产生的亚铁磁共振或反铁磁共振。
当M是物质中的核磁矩时,就是核磁共振。
这几种磁共振都是由自旋磁矩产生的,可以统一地用经典唯象的旋磁方程dM/dt=γMBsinθ[相应的矢量方程为d M/dt=γ(M×B]来描述。
磁共振回旋共振带电粒子在恒定磁场中产生的共振现象。
设电荷为q、质量为m的带电粒子在恒定磁场B中运动,其运动速度为v.当磁场B与速度v 相互垂直时,则带电粒子会受到磁场产生的洛伦兹力作用,使带电粒子以速度v绕着磁场B旋转,旋转的角频率称为回旋角频率。
如果在垂直B的平面内加上高频电场E(ω)(ω为电场的角频率),并且ω=ωc,则这带电粒子将周期性地受到电场E(ω)的加速作用。
因为这与回旋加速器的作用相似,故称回旋共振。
又因为不加高频电场时,这与抗磁性相类似,故亦称抗磁共振。
当v垂直于B时,描述这种共振运动的方程是d(mv)/dt=q (vB),若用量子力学图像描述,可以把回旋共振看作是高频电场引起带电粒子运动状态在磁场中产生的朗道能级间的跃迁,满足共振跃迁的条件是:即ω=ωc.各种固体磁共振在恒定磁场作用下的平衡状态,与在恒定磁场和高频磁场(回旋共振时为高频电场)同时作用下的平衡状态之间,一般存在着固体内部自旋(磁矩)系统(回旋共振时为载流子系统)本身及其与点阵系统间的能量转移和重新分布的过程,称为磁共振弛豫过程,简称磁弛豫。
在自旋磁共振的情形,磁弛豫包括自旋(磁矩)系统内的自旋-自旋(S-S)弛豫和自旋系统与点阵系统间的自旋-点阵(S-L)弛豫。
从一种平衡态到另一种平衡态的弛豫过程所经历的时间称为弛豫时间,它是能量转移速率或损耗速率的量度。
共振线宽表示能级宽度,弛豫时间表示该能态寿命。
磁共振线宽与磁弛豫过程(时间)有密切的联系,按照测不准原理,能级宽度与能态寿命的乘积为常数,即共振线宽与弛豫时间(能量转移速度)成反比。
因此,磁共振是研究磁弛豫过程和磁损耗机制的一种重要方法。
磁共振成像原理原子核自旋,有角动量。
由于核带电荷,它们的自旋就产生磁矩。
当原子核置于静磁场中,本来是随机取向的双极磁体受磁场力的作用,与磁场作同一取向。
以质子即氢的主要同位素为例,它只能有两种基本状态:取向“平行”和“反向平行”,他们分别对应于低能和高能状态。
精确分析证明,自旋并不完全与磁场趋向一致,而是倾斜一个角度θ。
这样,双极磁体开始环绕磁场进动。
进动的频率取决于磁场强度。
也与原子核类型有关。
它们之间的关系满足拉莫尔关系:ω0=γB0,即进动角频率ω0是磁场强度B0与磁旋比γ的积。
γ是每种核素的一个基本物理常数。
氢的主要同位素,质子,在人体中丰度大,而且它的磁矩便于检测,因此最适宇从它得到核磁共振图像。
以随机相位作进动的自旋集合多个磁距排列形成的宏观磁化向量从宏观上看,作进动的磁矩集合中,相位是随机的。
它们的合成取向就形成宏观磁化,以磁矩M表示。
就是这个宏观磁矩在接收线圈中产生核磁共振信号。
在大量氢核中,约有一半略多一点处于低等状态。
可以证明,处于两种基本能量状态核子之间存在动态平衡,平衡状态由磁场和温度决定。
当从较低能量状态向较高能量状态跃迁的核子数等于从较高能量状态到较低能量状态的核子数时,就达到“热平衡”。
如果向磁矩施加符合拉莫尔频率的射频能量,而这个能量等于较高和较低两种基本能量状态间磁场能量的差值,就能使磁矩从能量较低的“平行”状态跳到能量较高“反向平行”状态,就发生共振。
由于向磁矩施加拉莫频率的能量能使磁矩发生共振,那么使用一个振幅为B1,而且与作进动的自旋同步(共振)的射频场,当射频磁场B1的作用方向与主磁场B0垂直,可使磁化向量M偏离静止位置作螺旋运动,或称章动,即经射频场的力迫使宏观磁化向量环绕它作进动。
如果各持续时间能使宏观磁化向量旋转90º角,他就落在与静磁场垂直的平面内。
可产生横向磁化向量M xy。
如果在这横向平面内放置一个接收线圈,该线圈就能切割磁力线产生感生电压。
当射频磁场B1撤除后,宏观磁化向量经受静磁场作用,就环绕它进动,称为“自由进动”。
因进动的频率是拉莫尔频率,所感生的电压也具有相同频率。
由于横向磁化向量是不恒定,它以特征时间常数衰减至零为此,它感生的电压幅度也随时间衰减,表现为阻尼振荡,这种信号就称为自由感应衰减信号(FID, Free Induction Decay)。
信号的初始幅度与横向磁化成正比,而横向磁化与特定体元的组织中受激励的核子数目成正比,于是,在磁共振图像中可辨别氢原子密度的差异。
同步旋转的RF场B1可诱发横向磁化B1的持续时间足够长,使整个磁化向量落在横向平面内RF脉冲后,横向磁化Mxy绕外磁场轴进动使FID信号横向平面内的线圈感生交流信号因为拉莫尔频率与磁场强度成比例,如果磁场沿X轴成梯度改变,得到的共振频率也显然与体元在X轴的位置有关。
而要得到同时投影在二个坐标轴X-Y上的信号,可以先加上梯度磁场G X,收集和变换得到的信号,再用磁场G Y代替G X,重复这一过程。
在实际情况下,信号是从大量空间位置点收集的,信号由许多频率复合组成。
利用数学分析方法,如富里叶变换,就不但能求出各个共振频率,即相应的空间位置,还能求出相应的信号振幅,而信号振幅与特定空间位置的自旋密度成比例。
所有核磁共振成像方法都以这原理为基础。
核磁共振原理核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。
不同的原子核,自旋运动的情况不同,它们可以用核的自旋量子数I来表示。
自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系,大致分为三种情况。
目录1概述2共振现象1H的核磁共振13C的核磁共振3氢谱4共振仪1概述核磁共振用NMR(Nuclear Magnetic Resonance)为代号。
I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球体,I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均匀的自旋球体,1H,13C,15N,19F,31P的I均为1/2,它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。
I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。
2共振现象原子核是带正电荷的粒子,不能自旋的核没有磁矩,能自旋的核有循环的电流,会产生磁场,形成磁矩(μ)。
μ=γP公式中,P是角动量,γ是磁旋比,它是自旋核的磁矩和角动量之间的比值,当自旋核处于磁场强度为B0的外磁场中时,除自旋外,还会绕B0运动,这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象,称为拉莫尔进动,见图8-1。
自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度B0成正比,比例常数即为磁旋比γ。
式中v0是进动频率。
ω0=2πv0=γB0微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的,自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向,每一个取向都可以用一个自旋磁量子数m来表示,m与I之间的关系是:m=I,I-1,I-2…-I原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态,其能量可以从下式求出:正向排列的核能量较低,逆向排列的核能量较高。
它们之间的能量差为△E。
一个核要从低能态跃迁到高能态,必须吸收△E的能量。
让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射,当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时,处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。
这种现象称为核磁共振,简称NMR。
目前研究得最多的是1H的核磁共振,13C的核磁共振近年也有较大的发展。
1H的核磁共振称为质磁共振(Proton Magnetic Resonance),简称PMR,也表示为1H-NMR。
13C核磁共振(Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance)简称CMR,也表示为13C-NMR。
1H的核磁共振1H的自旋量子数是I=1/2,所以自旋磁量子数m=±1/2,即氢原子核在外磁场中应有两种取向。