核磁共振檢查已經(jīng)成為一種常見的影像檢查方式。在醫(yī)院里，如果人們的身體出現(xiàn)較為嚴(yán)重的情況有些會要求做核磁共振。核磁共振沒有放射性，所以對人體無害，是非常安全的。那你知道核磁共振工作原理和共振現(xiàn)象分別是什么嗎?下面我們一起來看看。

核磁共振工作原理

核磁共振工作原理

磁共振成像的原理是觀察到的人體內(nèi)H質(zhì)子運(yùn)動的一個成像，做檢查的時候，被檢查者會在一個大的磁體內(nèi)，就是大的圓筒之內(nèi)，通過射頻的激發(fā)，人體內(nèi)的不同器官的H質(zhì)子有不同的活動狀況，產(chǎn)生的射頻脈沖，在經(jīng)過線圈的吸收產(chǎn)生圖像，所以磁共振的成像其實是人體內(nèi)H質(zhì)子的成像。有心臟起搏器的植入的患者、發(fā)燒的患者、貼膏藥的患者禁止做磁共振。

共振現(xiàn)象

原子核是帶正電荷的粒子，不能自旋的核沒有磁矩，能自旋的核有循環(huán)的電流，會產(chǎn)生磁場，形成磁矩(μ)。

μ=γP

公式中，P是角動量，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角動量之間的比值，當(dāng)自旋核處于磁場強(qiáng)度為B0的外磁場中時，除自旋外，還會繞B0運(yùn)動，這種運(yùn)動情況與陀螺的運(yùn)動情況十分相象，稱為拉莫爾進(jìn)動，見圖8-1。自旋核進(jìn)動的角速度ω0與外磁場強(qiáng)度B0成正比，比例常數(shù)即為磁旋比γ。式中v0是進(jìn)動頻率。

ω0=2πv0=γB0

微觀磁矩在外磁場中的取向是量子化的，自旋量子數(shù)為I的原子核在外磁場作用下只可能有2I+1個取向，每一個取向都可以用一個自旋磁量子數(shù)m來表示，m與I之間的關(guān)系是：

m=I，I-1，I-2…-I

原子核的每一種取向都代表了核在該磁場中的一種能量狀態(tài)，其能量可以從下式求出：

正向排列的核能量較低，逆向排列的核能量較高。它們之間的能量差為△E。一個核要從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，必須吸收△E的能量。讓處于外磁場中的自旋核接受一定頻率的電磁波輻射，當(dāng)輻射的能量恰好等于自旋核兩種不同取向的能量差時，處于低能態(tài)的自旋核吸收電磁輻射能躍遷到高能態(tài)。這種現(xiàn)象稱為核磁共振，簡稱NMR。

該研究得最多的是1H的核磁共振，13C的核磁共振近年也有較大的發(fā)展。1H的核磁共振稱為質(zhì)磁共振(Proton Magnetic Resonance)，簡稱PMR，也表示為1H-NMR。13C核磁共振(Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance)簡稱CMR，也表示為13C-NMR。

1H的核磁共振

1H的自旋量子數(shù)是I=1/2，所以自旋磁量子數(shù)m=±1/2，即氫原子核在外磁場中應(yīng)有兩種取向。見圖8-2。1H的兩種取向代表了兩種不同的能級，因此1H發(fā)生核磁共振的條件是必須使電磁波的輻射頻率等于1H的進(jìn)動頻率，即符合下式。

核吸收的輻射能大?式(8-6)說明，要使v射=v0，可以采用兩種方法。一種是固定磁場強(qiáng)度H0，逐漸改變電磁波的輻射頻率v射，進(jìn)行掃描，當(dāng)v射與H0匹配時，發(fā)生核磁共振。另一種方法是固定輻射波的輻射頻率v射，然后從低場到高場，逐漸改變磁場強(qiáng)度H0，當(dāng)H0與v射匹配時，也會發(fā)生核磁共振。這種方法稱為掃場。一般儀器都采用掃場的方法。

在外磁場的作用下，1H傾向于與外磁場取順向的排列，所以處于低能態(tài)的核數(shù)目比處于高能態(tài)的核數(shù)目多，但由于兩個能級之間能差很小，前者比后者只占微弱的優(yōu)勢。1H-NMR的訊號正是依靠這些微弱過剩的低能態(tài)核吸收射頻電磁波的輻射能躍遷到高能級而產(chǎn)生的。如高能態(tài)核無法返回到低能態(tài)，那么隨著躍遷的不斷進(jìn)行，這種微弱的優(yōu)勢將進(jìn)一步減弱直至消失，此時處于低能態(tài)的1H核數(shù)目與處于高能態(tài)1H核數(shù)目相等，與此同步，PMR的訊號也會逐漸減弱直至最后消失。上述這種現(xiàn)象稱為飽和。

1H核可以通過非輻射的方式從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)，這種過程稱為弛豫，因此，在正常測試情況下不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。弛豫的方式有兩種，處于高能態(tài)的核通過交替磁場將能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子，即體系往環(huán)境釋放能量，本身返回低能態(tài)，這個過程稱為自旋晶格弛豫。其速率用1/T1表示，T1稱為自旋晶格弛豫時間。自旋晶格弛豫降低了磁性核的總體能量，又稱為縱向弛豫。兩個處在一定距離內(nèi)，進(jìn)動頻率相同、進(jìn)動取向不同的核互相作用，交換能量，改變進(jìn)動方向的過程稱為自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示，T2稱為自旋-自旋弛豫時間。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的總體能量，又稱為橫向弛豫。

13C的核磁共振

天然豐度的12C的I為零，沒有核磁共振信號。13C的I為1/2，有核磁共振信號。通常說的碳譜就是13C核磁共振譜。由于13C與1H的自旋量子數(shù)相同，所以13C的核磁共振原理與1H相同。

將數(shù)目相等的碳原子和氫原子放在外磁場強(qiáng)度、溫度都相同的同一核磁共振儀中測定，碳的核磁共振信號只有氫的1/6000，這說明不同原子核在同一磁場中被檢出的靈敏度差別很大。13C的天然豐度只有12C的1.108%。由于被檢靈敏度小，豐度又低，因此檢測13C比檢測1H在技術(shù)上有更多的困難。

核磁共振工作原理

每當(dāng)我們身體不適生病的時候，利用影像檢查會比內(nèi)眼看更為準(zhǔn)確。但是檢查也是因人而異，并不是說貴的就是好的。雖然核磁共振工作原理和共振現(xiàn)象我們是了解了，但是我們還是要多愛護(hù)自己的身體。