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实验9.1 核磁共振熊波 121120148（南京大学物理学院2012级）引言：在基本实验的基础上，得到三种不同样品的核磁共振谱，并具体计算他们的化学位移与自旋耦合效应。
其次，对自旋耦合效应的相互作用与等间距特点进行了一定的调研，可以从理论上直接证明这些特点。
关键词：核磁共振；化学位移；自旋耦合；§1.引言1946 年，美国斯坦福大学的 Bloch 等人和哈佛大学的 Purcell 等人独立地采用原子核感应法，即同时将一个恒定磁场和沿垂直于恒定磁场方向上的一个交变磁场同时作用于原子核系统上，然后测定由原子核磁矩进动所感应的电动势，发现了核磁共振现象。
后来.Bloch 和 Purcell 因为这一发现而获得了 1952 年度的诺贝尔物理学奖。
今天，核磁共振已成为研究物质结构和原子核的磁性、进行各种化合物的分析租鉴定、精密测定各种原子核磁矩以及作为核磁共振成像仪的重要原理和组成部分在医学上进行诊断的有力工具。
§2.实验原理§2.1 .原子核的基本特性原子由原子核和核外运动的电子所组成。
原子核的电荷、质量、成分、大小、角动量和磁矩构成了它的基本性质。
众所周知，原子核带正电，所带电量和核外电子的总电量相等，数值上等于最小电量单位e( C)的整倍数，称为电荷数。
原子核的质量一般用质量数表示，接近于原子质量单位 u( kg)的整数倍。
原子核由质子和中子所组成。
质子和中子的质量大致相等，但每个质子带正电量e，而中子则不带电。
因此，元素周期表中的原子序数 z 在数值上等于相应原子核外的电子数、核内质子数和核的电荷数。
原子核的半径为m的数量级。
原子核具有本征角动量，通常称为原子核的自旋，等于核内所有轨道和自旋运动的角动量的总和。
核自旋可用自旋量子数I来表征。
核内的中子和质子都是的粒子。
实验证明，如将原子核按其自旋特性来分类，则可分为三类:(1) 电荷数(即原子序数)与质量数都为偶数的核，如，等，它们的自旋量子数为零;(2) 质量数为单数的核，如，，等，它们的自旋量子数为半整数(，，…) ;(3) 质量数为双数，但电荷数(原子序数)为单数的核，如，等，它们的自旋量子数为整数(1，2，3，…)。
脉冲核磁共振实验核磁共振技术来源于1939年美国物理学家拉比（I.I.Rabi ）所创立的分子束共振法，他使用这种方法首先实现了核磁共振这一物理思想，精确德测定了一些原子核的磁矩，从而获得了1944年度的诺贝尔物理奖.此后,磁共振技术迅速发展,经历了半个多世纪的而长盛不衰,孕育了多个诺贝尔奖获得者,它还渗透到化学、生物、医学、地学和计量等学科领域,以及众多的生产技术部门,成为分析测试中不可缺少的实验手段.所谓核磁共振,是指磁矩不为零的原子核处于恒定磁场中,由射频或者微波电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象.核磁共振现象具有其特点,因此,我们先介绍一些核磁共振的基础知识.一、核磁共振基础知识1． Bloch 方程:1946年Bloch 采用正交线圈感应法观察水的核磁共振信号后就根据经典理论力学推导出Bloch 方程建立核磁共振的唯象理论。
长久以来大量的实验表明Bloch 方程在液体中完全精确，同时还发现Bloch 方程在其他能级跃迁理论也高度吻合，比如激光的瞬态理论中Bloch 方程同样适用。
所以Bloch 方程已经超越了半经典的陀螺模型，现在已经推广到磁共振以外的能级跃迁系统。
在激光物理中采用密度矩阵和Maxwell 方程组推导出Bloch 方程又称为Maxwell-Bloch 方程(有的书称为FHV 表象理论)。
所以Bloch 方程促进了量子力学的发展是非常重要的公式。
由于Maxwell-Bloch 方程推导涉及高等量子力学和量子电动力学等复杂的理论和繁琐的数学基础所以本文采用Bloch 半经典的唯象理论。
（1）半经典理论:将原子核等效为角动量为 L 的陀螺和具有磁矩为L γμ=磁针。
其中γ称为旋磁比。
原子核在外磁场作用下受到力矩 B T⨯=μ (1)并且产生附加能量B E⋅=μ (2)根据陀螺原理 T dt L d=和Lγμ=得B dtd⨯=μγμ(3) 其分量式)()()(y x x y zx z z x y z y y Z xB B dtd B B dt d B B dt d μμγμμμγμμμγμ-=-=-= (4)（2）驰豫过程:驰豫过程是原子核的核磁矩与物质相互作用产生的。
脉冲核磁共振成像实验仪原理及其应用作者：张欣贺来源：《中国卫生产业》2015年第20期[摘要] 目的探讨脉冲核磁共振成像实验仪原理及其应用。
方法分析并探讨脉冲核磁共振成像实验仪的结构及其原理。
结果脉冲核磁共振实验仪能够使人们了解核磁共振技术的基本原理及其实现过程，并掌握各种脉冲序列的原理及图像重建的方法以及一维成像、二维成像和三维成像的基本原理。
结论脉冲核磁共振成像实验仪为从事核磁共振检查的工作人员提供了一个了解MR成像原理的基本途径。
[关键词] 脉冲核磁共振成像实验仪；TT测量；SE序列；伪影观察[中图分类号] R4 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2015）07（b）-0091-03[Abstract] Objective To investigate the principle and application of pulsed magnetic resonance imaging. Methods The structure and principle of the pulsed magnetic resonance imaging apparatus were analyzed and discussed. Results Pulsed nuclear magnetic resonance spectrometer can make people understand the basic principle and realization process of nuclear magnetic resonance technology， and master the principles of various pulse sequences and image reconstruction methods and the basic principles of one-dimensional imaging， 2D imaging and 3D imaging. Conclusion Pulsed magnetic resonance imaging spectrometer provides an essential way to understand the principle of MR imaging.[Key words] Pulsed nuclear magnetic resonance imaging； TT measurement； SE sequence；Artifact observation随着医学技术的不断发展，医学影像设备MR也发展迅速，我国大多数“三甲”医院中都配备了影像设备MR。
实习报告周记：磁共振实习初体验实习的第一周，我有幸走进了磁共振实验室，开始了我的磁共振实习生涯。
在这一周里，我初步了解了磁共振的原理、设备及其在医学领域的应用，收获颇丰。
周一，导师带领我们参观了磁共振实验室，并向我们介绍了实验室的基本情况。
我了解到，磁共振成像技术（MRI）是一种利用强磁场和射频脉冲对人体进行成像的技术，具有无辐射、高分辨率、多参数成像等优点，广泛应用于神经系统、肌肉骨骼、心血管等领域。
实验室里的磁共振设备昂贵且复杂，我对它能正常运行表示惊叹。
周二，我们学习了磁共振的原理。
磁共振成像基于核磁共振现象，即在强磁场中，人体内的氢原子核（主要是水分子中的氢原子）会发生进动，产生微弱的电磁信号。
通过接收和处理这些信号，可以重建出人体内部的图像。
我了解到，磁共振的成像序列有很多种，如T1加权成像、T2加权成像等，它们分别反映了不同的生物组织特性。
周三，我们学习了磁共振设备的基本结构。
磁共振设备主要由磁体、梯度线圈、射频线圈、计算机控制系统等组成。
磁体用于产生强磁场，梯度线圈用于产生梯度磁场，以编码氢原子核的进动频率，射频线圈用于发射射频脉冲和接收信号，计算机控制系统用于数据处理和图像重建。
我对这些部件的作用和相互之间的关系有了更深入的认识。
周四，我们学习了磁共振扫描的基本操作。
在导师的指导下，我学会了如何操作磁共振设备，进行患者扫描。
扫描过程中，我们需要密切关注患者的状况，确保他们安全、舒适地完成扫描。
此外，还要注意调整扫描参数，以获得高质量的图像。
我感受到了作为一名磁共振技术员的责任和使命感。
周五，我们学习了磁共振图像的解读。
导师通过实例教会了我们如何阅读和分析磁共振图像，识别各种正常和异常的解剖结构。
我还学会了如何根据临床需求，为患者制定合适的扫描方案。
这让我意识到，磁共振技术不仅需要掌握设备操作，还需要具备一定的临床知识。
回顾这一周的实习经历，我深感磁共振技术的神奇和魅力。
从原理到设备，再到实际操作，我逐渐掌握了磁共振成像的基本技能。
核磁共振的工作过程核磁共振（NMR）是一种基于原子核的物理性质进行分析的技术，可以被广泛应用于化学、物理、生物、医学等领域。
其工作过程主要包括四个阶段：样品制备、样品放置、核磁共振仪器操作和数据分析。
第一阶段：样品制备。
在进行核磁共振实验前，需要对样品进行制备。
对于液体样品，可以直接在NMR管内装入待测试的液体。
对于固体样品，需要将其溶解到适当的溶剂中，然后用NMR管封装起来。
不同的样品制备需要根据实验目的和样品性质选择合适的方法。
第二阶段：样品放置。
制备好的样品需要放置在核磁共振仪器中。
核磁共振仪器通常由两个主要部分组成：磁场系统和射频系统。
在放置样品时，应将其放置在磁场系统中的探头中心位置，以确保样品能够处于均匀的磁场中。
第三阶段：核磁共振仪器操作。
核磁共振仪器的操作主要包括以下几个方面。
1. 样品扫描和优化：核磁共振仪器通过扫描样品来获取信号。
在进行扫描前，需要进行优化，以获得较好的信号强度和分辨率。
优化的参数包括扫描时间、脉冲序列、磁场强度等。
2. 磁场校准：核磁共振仪器需要具备稳定的磁场强度。
在实验开始前，需要对磁场进行校准，确保其在规定范围内。
3. 脉冲序列选择：核磁共振仪器通过射频脉冲激发样品中的核自旋，然后测量其回复的信号。
在选择脉冲序列时，需要根据样品的性质和实验目的来选择合适的脉冲参数。
4. 数据采集和处理：核磁共振仪器将采集到的信号转换成数字信号，并对其进行处理。
数据处理包括峰的积分、相位校正、峰位标定等操作。
第四阶段：数据分析。
经过上述操作，我们可以得到一系列核磁共振谱图。
根据谱图上的峰的位置、形状以及峰强度可以推断样品的分子结构、化学环境、官能团等信息。
数据分析需要借助专业的核磁共振谱图解读技巧和相关的数据库进行。
除了上述的工作过程，核磁共振还有一些重要的技术和应用领域值得探讨。
1. 核磁共振成像：核磁共振成像（MRI）是利用核磁共振原理对人体或物体进行成像的技术。
它可以在不使用放射性同位素的情况下，对人体进行全身或局部的非侵入性检查，广泛应用于医疗领域。
脉冲核磁共振核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）现象是1946年由F.Bloch和和M.Purcell同时独立发现的，它是核磁矩在静磁场中被磁化后与特定频率的射频场产生共振吸收的现象。
吸收能量后的自旋核与周围物质相互作用并以相同频率的射频辐射形式退激，共振频率和退激的时间特性（弛豫时间）与物质的种类、物质的结构和物质所处的环境有关，据此可以测定物质的结构。
核磁共振目前己广泛用于物理、化学、生物、医学、石油勘探等领域，形成了一门核磁共振波谱学。
目前大学“近代物理”课程的“稳态核磁共振”实验主要介绍核磁共振的基本概念，在该实验中射频场是始终存在的，当扫描磁场达到共振频率ν=γB/2π时才能观察到核磁共振信号，这种方法称为稳态核磁共振实验。
另一种是用脉冲射频场作用于核系统上，检测核系统对脉冲的响应，并利用快速傅里叶变换（FFT）技术将时域信号变换成频域信号。
这种方法称为脉冲核磁共振。
目前绝大部分核磁共振谱仪和磁共振成像仪都以脉冲核磁共振技术为基础，因此教学上也要让学生了解，“近代物理”课程也应添加“脉冲核磁共振”实验的内容。
本仪器就是为此种需求而设计生产的，并称为脉冲核磁共振教学仪（教学型），可做以下实验：FID信号的观察、脉冲角度的设置、共振中心频率的校准、自旋回波信号的观察、纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2的测量，以及观察化学位移现象。
实验原理核具有自旋角动量p，根据量子力学p的取值为：p=ħ)1(II (1)式中ħ=h/2π，h为普朗克常数，I为自旋量子数，其取值为整数或半整数即0,1,2,…或1/2,3/2,…。
若原子质量数A为奇数，则自旋量子数I为半整数，如1H(1/2), 15N(1/2),17O(5/2), 19F(1/2)等；如A为偶数,原子序数Z为奇数，I取值为整数，如21H(1), 147N(1), 105B(3)等；当A、Z均为偶数时I则为零，如126C, 168O等。
物理实验MRT计算公式物理实验中的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI）是一种基于核磁共振现象的成像技术。
通过将患者或研究对象置于强静态磁场中，利用射频脉冲激发核自旋磁矩的共振吸收和放射信号来获取影像。
在MRI实验中，常用的MRT（Magnetization Recovery Time，磁化恢复时间）计算公式是基于考虑磁共振信号强度和恢复时间之间的关系。
该公式可以描述激发与恢复信号之间的数学关系，以及信号随时间的变化规律。
MRT计算公式可以表示为：M(t) = M_0 * (1 - exp(-t/T1))其中，M(t)表示时间为t时刻的磁共振信号强度；M_0表示初始磁化强度；T1表示组织的纵向弛豫时间，是一个反映组织特性的物理量；exp是自然指数函数。
这个公式可以解释为随着时间的推移，磁化强度会逐渐恢复到初始值（M_0 * (1 - exp(0)) = M_0），而恢复的速度取决于组织本身的弛豫时间T1、T1表示组织中磁矩返回它们平衡状态的时间，是一种被测组织特性的重要参数。
实验中需要测量得到的主要是T1值。
在实际测量中，可以通过改变时间t，观察并记录信号强度M(t)，然后使用非线性拟合等数学方法来确定T1值。
一般来说，需要对不同的t值进行多次测量，以获得更准确的曲线拟合和T1值计算。
为了更好地理解MRT计算公式的作用，可以通过实例进行说明。
例如，假设初始磁化强度M_0为100，而组织的纵向弛豫时间T1为2s。
那么，根据公式可以计算不同时间t下的磁共振信号强度M(t)如下表所示：t(s)，M(t)---------------0，00.1，36.790.2，64.120.3，80.270.4，89.530.5，94.951，99.272，99.99根据这些数据，可以绘制出M(t)随时间t变化的曲线图，并使用非线性拟合方法得到T1值。
需要注意的是，MRT计算公式是一个理论模型，实际应用中可能会受到多种因素的影响，例如局部场强的非均匀性、生物组织的异质性等。
实验二 测量磁共振中心频率（拉莫尔频率）一、实验目的：1、理解核磁共振的基本原理。
2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系。
3、掌握拉莫尔频率的测量方法。
二、实验器材：约10mm 高的大豆油试管样品；NMI20台式磁共振成像仪。
三、实验原理：1、核磁共振基本原理当一个样品被放在外磁场0B 中时，样品就会被磁化，产生能级分裂现象，所产生的能级间距为：h 0B E γ=∆；如果在该样品系统上加上一个射频磁场，从量子力学观点来看，射频场的能量为νh ，当该能量和分裂产生的能级间距相等，即E h ∆=ν时，样品对外加射频能量吸收达到最大，产生的磁共振信号也最强，因此得到核磁共振产生的基本条件： h h h 0002B f h γπων===，因此得到拉莫尔方程0B γω=，此时的ω就是产生核磁共振的拉莫尔频率，也是外加磁场的中心频率，其中γ为样品物质的磁旋比，h 为原子核自旋角动量的单位，h 为谱朗克常量，0B 为外加磁场的磁场强度。
2、测量方法方法一：对于一个主磁场确定的磁共振系统来说，在外界条件不变的条件下，其共振频率也是一个固定的值，接收线圈测量到的FID 信号和射频磁场的频率变化是一致的，因此可以对FID 信号进行傅立叶变换，找到FID 信号的频率，根据核磁共振发生的条件，从而间接得到射频磁场的中心频率，此频率也就是样品质子进动的拉莫尔频率。
方法二：宏观磁化矢量的弛豫可以通过布洛克方程进行描述和求解，但此过程中总是包含着一个固定的进动项。
由于进动的存在，使得描述和求解都很困难。
而进动并不对信号幅值产生任何影响。
因此有人采用旋转坐标系来描述宏观磁化矢量的弛豫过程。
因此，实验室坐标系中的MR信号在旋转坐标系中就可以把进动项消除。
当旋转坐标系的旋转频率与拉莫尔频率完全相同时，线圈采集到的FID信号中的拉莫尔频率成分就可被完全过滤掉，呈现出来的是一条呈指数递减规律的曲线。
因此在实验中可以通过不断修改射频脉冲的频率，同时观察屏幕上的FID信号。
核磁共振的使用操作流程1. 概述核磁共振（NMR）是一种无创伤的成像技术，广泛应用于医学诊断和科学研究领域。
本文档介绍了核磁共振的使用操作流程，包括准备工作、样本制备、仪器设置、图像获取和数据处理等环节。
2. 准备工作在进行核磁共振实验之前，需要进行以下准备工作： - 确保实验室环境安静，避免外界的干扰； - 清洁核磁共振设备和附件，保证其正常工作； - 检查核磁共振设备的电源以及连接线路是否正常。
3. 样本制备核磁共振技术可以对固体样本、液体样本以及气体样本进行分析和成像。
在进行样本制备时，需要注意以下事项： - 固体样本：将样本放置在合适的容器中，并保持样本的稳定性； - 液体样本：将样本溶解在合适的溶剂中，控制样本的浓度和温度； - 气体样本：调整气体样本的压力和流速，确保样本在核磁共振仪器中稳定存在。
4. 仪器设置在进行核磁共振实验之前，需要进行仪器设置，以保证实验的准确性和可重复性。
仪器设置的主要步骤如下： 1. 打开核磁共振设备的电源，并确保仪器进入正常工作状态； 2. 根据样本类型选择合适的探头，并安装在核磁共振设备上； 3. 根据实验要求设置相应的核磁共振参数，例如扫描时间、扫描方式、核素选择等； 4. 确保核磁共振设备的温度、湿度等环境参数适宜； 5. 检查核磁共振设备的校准情况，确保其正常运行。
5. 图像获取一旦仪器设置完成，就可以开始进行核磁共振图像的获取了。
以下是图像获取的基本流程： 1. 将样本放置在核磁共振设备中，并调整样本的位置和角度； 2. 根据实验要求选择合适的成像模式，例如单个点成像、多点扫描成像等； 3. 设定扫描参数，如扫描时间、空间分辨率、信噪比等； 4. 点击开始扫描按钮，核磁共振设备开始采集数据并生成图像； 5. 根据需要重复进行多次扫描，以提高图像的质量和准确性。
6. 数据处理核磁共振图像获取后，通常需要进行数据处理和分析。
以下是数据处理的基本步骤： 1. 导出核磁共振图像数据，并保存为合适的格式，例如DICOM、NIfTI等；2. 使用专业的数据处理软件，如MATLAB、Python等，对图像数据进行预处理，包括去噪、滤波、重建等操作； 3. 根据实验目的进行图像分析，如提取特征、计算参数等； 4. 使用统计分析软件对数据进行统计学处理，如均值、方差、相关性等； 5. 根据实验结果进行数据可视化，生成图表、曲线等以支持研究结论的呈现。
实验八 磁共振成像实验 引言 1973年，美国科学家Paul Lauterbur发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上一个不均匀的磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个截面的内部图像。随后，英国科学家Peter Mansfield又进一步验证和改进了这种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制图像奠定了基础。从此核磁共振成像得到了空前的发展。 核磁共振成像的全称是：核磁共振电子计算机断层扫描术，为了避免人们把这种技术误解为核技术，一些科学家把核磁共振成像技术的“核”字去掉，称为其为“磁共振成像技术”（Magnetic Resonance Imaging），英文缩写即MRI。磁共振成像是根据生物磁性核（如氢核）在磁场中表现的共振特性进行成像的新技术。随着磁体技术、超导技术、低温技术、电子技术和计算机技术等相关技术的不断进步，MRI技术得到了飞速发展，已成为现代医学影像领域中的重要一员。 通过本实验可以掌握MRI基本原理，了解几种成像参数对图像的影响。
原理 把某些物质放入磁场中时，这些物质就具备了共振的持性。意思是说这些物质可以吸收然后再发射具有一个特定频率的电磁辐射，如图1所示。辐射是以典型的射频(RF)信号形
图1 磁共振成像的基本原理 式进行。物质所发射的RF信号的特性决定于该物质的某些物理和化学持性。在磁共振成像(MRl)过程中，这种RF信号也携带着人体内组织空间定位的信息。磁共振(MR)图像就是一个显示来自人体层面内每个组织体素的RF信号强度大小的像素的阵列。图像中每个像素的亮度取决于相应组织体素所发射的RF信号的强度。而每个体素的信号强度又由图l所列的组织的四种性质所决定。其中任何一个性质对图像亮度及对比度所引起的作用的范围都决定于操作者所选择的某些成原因素，例如，可以对一个图像“加权”，因此首先要依靠核密度(或浓度)或纵向弛豫率(T1)或横向弛豫率(T2)的大小来决定RF信号。与磁场和RF能量相互作用的组织构成成分都是单个原子核。所以这种现象统称为核磁共振(NMR)。 1. 几个基本概念 1） 磁性核 参与MR过程的物质必须含具有持定磁性的原子核。为了与磁场产生相互作用，原子核本身必须是小磁体并具有磁矩。单个原子核的磁性是由原子核内的中子—质子组成情况来决定的。只有某些具有奇数中子和(或)质子的原子核才带磁性。即使多数化学元素都具有一种或多种是磁性核的同位素，但可用于成像或活体光谱学分析的只是有限的几种。在具有磁性并能参与NMR过程的核素中，每种核素所产生的信号的量值都有很大的不同。原子核磁性的特定取向称为磁矩。在图2中，磁矩的方向由一个通过原子核的箭头来表示。 2） 射频能量 在成像过程中，RF能量在成像系统和患者身体之间进行交换。这种交换通过—套相当靠近患者身体的线圈进行。RF线圈就是天线，它既向组织发射能量，也从组织接收能量。 在每个成像周期内，RF能量在几个短脉冲期间加于人体上。脉冲的强度用它们旋转组织的磁化强度的角度来描述。大多数成像方法在每个周期中既使用90的脉冲也使用180的脉冲。 在每个成像周期的特定时刻，组织被激励而发射一个RF信号。这个信号被线圈接收、分析，并用来形成图像。自旋回波技术一般用于激励信号的发射。因此，来自患者身体的信号统称为回波。 3） 核磁的相互作用 NMR过程涉及到磁性核、磁场、RF能量脉冲和信号的一系列的相互作用。这些作用有校直、共振、激发和弛豫。我们记得一个磁性核是以一个磁矩为特征的。磁矩的方向是用通过原子核的一个小箭头来表示的。如果我们把核看作普通的一个小磁铁．那么．磁铁箭头的方向就相当于磁铁的南极到北极的指向，如果没有强磁场，原子核的磁矩在空间是随机取向的，组织中的许多原子核并非在固定结构中，而是可以自由地改变方向的。事实上，出于物质内部的热运动，原子核不断地翻来倒去地改变方向。 如果把一块含有磁性核的物质放在磁场中时，原子核就要经受一个转矩的作用，这个转矩的作用促使原子核的磁矩方向校直到磁场方向上。 当一个磁性核与一个磁场校直后，它也并不是固定不动的，核磁矩要在磁场轴周围进动或者摆动，如图3所示。进动是由于原子核的自旋角动量和磁场相互作用而引起的一种物理现象。进动的重要性在于它能使原子核对于RF能量特别敏感，或者调谐到RF能量具有的频率和进动频率相等，满足此条件就称为共振。它是所有MR过程的基础。NMR实际上就是核处于磁场中时，核共振或“调谐”的过程。
图2具有磁性核的同位素 原于核的共振频率是由原子核的持性及磁场强度共同决定的。共振频率也称为拉莫尔(Larmor)频率。共振频率与场强间的具体关系是每种核素的固有持性，一般称它为旋磁化。对所有的核素来说，共振频率与磁场强度成正比。如果把一个频率相当于核共振频率的RF能量加在某物质上时．那么，某些能量将被个别原了核吸收。一个吸收RF能量的原子核偏离其校直于磁场的方向。这种所增加的能量使原子核处于非正常的状态或激发状态。 当一个原子核处于激发状态时，它要经受磁场施加的一个增大的转矩短作用，促使它重新校直。而这种原子核通过把自己多余的能量传给其它原于核或整个物质结构的办法，又可以回到原来校直的位置，这个过程称为弛豫。 4） 纵向磁化和弛豫 弛豫可以理解为粒子受到激发后，以非辐射的方式回到基态而达到玻尔兹曼平衡的过程，高能态的核会向周围环境转移能量，使其及时地回到低能态。自旋核周围的局部场的任何波动，只要其频率与自旋核的共振频率相当，均可引起核系统的弛豫，根据自旋核与外界交换能量的形式，仅考虑纵向（自旋-晶格）弛豫和横向（自旋-自旋）弛豫。纵向磁化和弛豫如
图3和图4所示。T1为纵向弛豫时间，T1 越小，经过同样弛豫时间采集信号时，信号越大，图像像素越亮。 5） 横向磁化与弛豫 对组织加上一个RF能量的脉冲，就可以产生横向磁化，横向磁化很快会衰减，横向弛豫时间T2，比纵向弛豫时间T1短。它的定义与特性如图5和图6所示。
6） FID信号和自旋回波信号 横向磁化衰减(即弛豫)是由于单个原子核之间的相位失去同步而产生的现象。图7是用
图3弛豫过程中纵向磁化的生长 图4具有不同T1值的组织的纵向弛豫的比较 图5 弛豫过程中横向磁化的变化 图6 具有不同T2值的组织的横向弛豫的比较 来阐述这个概念的简单模型。 加上90的脉冲后，原子核横向取向且一起(或同相位地)绕磁场轴线旋转；这个旋转就是早已介绍过的正常的进动。进动速率或共振频率由原子核所处的磁场的强度决定。原于核所处磁场强度不同，那么它进动的速率也不同。甚至在组织的一个非常小的体积内，原子核也处于略为不同的磁场中。因此，一些原子核的进动要比其它一些原子核的快。经过一段短时间后，原子核不再以同相位进动。随着原于核的方向开始散开，组织的磁化减弱。再过一会，原子核在横向平面内随机取向，从而就不再有横向磁化了。 采用一个90的RF脉冲使纵向磁化旋到横向平面产生横向磁化。紧接此RF脉冲的作用， 如果给组织再施加一个180脉冲，那么，它将使自旋质子在横向平面内旋转180，并使其旋转方向反转，这就使得快速运动的质子的定位要落后于较慢的质子。当快速质子开始赶上慢速质子时，它们便重新获得校直或回到相同的相位状态。接着，横向磁化重新出现。然而，因为由组织产生的弛豫(相位失去同步)是不可逆的，故磁化不会生长到初始值。质子的相位再同步使磁化达到的水平，是由组织的T2特性决定的。磁化一旦达到这个最大值，质子又开始重新偏离同相位位置而丧失横向磁化。 横向磁化总会产生一个RF信号。其强度与磁化强度成正比。第一个信号在90激发脉冲作用后立即产生，从最大值开始并随着横向磁化迅速地衰减。这个信号叫做自由感应衰减(FID)信号。在大多数常规成像过程中，并不采用FID信号。当质子的相位再同步时，第二个信号出现，使横向磁化复现，这个信号称为回波信号。 回波信号的强度与由组织弛豫速率T2所决定的横向磁化水平成正比。在多数成像过程中，回波信号的强度确定相应图像像素的亮度。初始激发和回波信号之间的时间是TE。TE由调整90及180脉冲之间的时间间隔来控制。
2. 磁共振成像过程 虽然从组织的MR信号来形成图像是一个复杂的过程。但MRI成像过程可简单地归纳如下：首先将受检部位分成若干的薄层，这些薄层称为层面，这个过程叫选片或者选层。每个层面又可以分为由许多被称为体素的小体积组成（图8）。
图8 选层、层面和体素
图7 影响横向弛豫及自旋回波信号形成的过程 然后对每一个体素标定一个记号，这个过程称为编码或空间定位。对某一层面施加射频脉冲后，接收该层面的MR信号。再进行解码，得到该层面各个体素MR信号的大小，最后根据与层面各体素编码的对应关系，把体素信号的大小显示在荧光屏对应的像素上。信号大小用不同的灰度等级表示，信号大，像素亮度大，信号小，像素亮度小。这样就可以得到一幅断层MRI像，具体的过程如图9所示。
图9 磁共振成像过程 实验仪器
如上图所示，本实验使用的是上海纽迈公司的NMI20台式核磁共振分析仪.图中右面为磁体单元，提供实验所需磁场，大小为0.5 T左右；磁场均匀度在15 ppm以下，直径为10 mm样品试管放在射频线圈中间；图中中间上、中、下分别为射频控制单元、梯度放大器和横卧式计算机主机，射频单元产生射频信号和脉冲序列，梯度放大器提供梯度场和电子匀场；图中左面的为计算机显示器.
实验内容 自旋回波序列成像：约10 mm高的大豆油试管样品；约2 g的芝麻试管样品等。 一、准备工作 二、拉莫尔频率的调节 三、90 、180 软脉冲的调节 四、油、芝麻成像 油的信号比芝麻的强，所以NS可以小一些；RG都选4； 油是液体，纵向弛豫时间T1比芝麻短，D0可以小一些(100 ms~400 ms)；
选层厚度：芝麻要薄一些，选层梯度（50 ~ 70）大；油可以厚些，选层梯度(10 ~ 30）小。
参考文献
