核磁共振的基本原理介紹

核磁共振的基本原理介紹第1頁(yè)/共24頁(yè)（一）核有磁性

核由質(zhì)子和中子組成；質(zhì)子帶正電，中子不帶電；所以，原子核帶正電的。另外，有些核具有內(nèi)秉角動(dòng)量（自旋）。奇數(shù)核子奇數(shù)原子序數(shù)，偶數(shù)核子因而核有磁性。第2頁(yè)/共24頁(yè)磁矩描述磁場(chǎng)強(qiáng)度與方向的矢量

自旋角動(dòng)量；旋磁比，每個(gè)核都有一特定的值。有正有負(fù)，核磁矩的方向與其有關(guān)。第3頁(yè)/共24頁(yè)（二）沒(méi)有外磁場(chǎng)作用單個(gè)磁矩隨機(jī)取向；系統(tǒng)宏觀上沒(méi)有磁性。第4頁(yè)/共24頁(yè)（三）靜磁場(chǎng)作用單個(gè)自旋

要受力矩作用，表現(xiàn)：（1）原子核吸收能量，磁矩取向變化（極化）；第5頁(yè)/共24頁(yè)

（2）磁矩繞靜磁場(chǎng)Ｂ0靜動(dòng)(與陀螺在重力場(chǎng)中發(fā)生進(jìn)動(dòng)類似)。

進(jìn)動(dòng)頻率（Larmor頻率)第6頁(yè)/共24頁(yè)（四）靜磁場(chǎng)作用整個(gè)自旋系統(tǒng)

整個(gè)自旋系統(tǒng)被磁化產(chǎn)生宏觀磁化量M0（M0的變化過(guò)程是核磁測(cè)井觀測(cè)對(duì)象）第7頁(yè)/共24頁(yè)（五）垂直方向上施加交變磁場(chǎng)在垂直Ｂ0方向上加交變磁場(chǎng)，頻率ω=ω0=γB0發(fā)生核磁共振吸收現(xiàn)象。也就是M被扳倒。脈沖，M扳倒90度脈沖，M扳倒180度第8頁(yè)/共24頁(yè)（六）交變磁場(chǎng)作用后—弛豫磁化矢量朝Ｂ0方向恢復(fù)，使核自旋系統(tǒng)從非平衡分布恢復(fù)到平衡分布?？v向弛豫T1橫向弛豫T2第9頁(yè)/共24頁(yè)1縱向弛豫/T1非平衡態(tài)磁化矢量的縱向分量恢復(fù)到初始磁化矢量M0的過(guò)程弛豫速率1/T1弛豫時(shí)間T1磁能級(jí)粒子數(shù)發(fā)生變化，自旋體系能量也要發(fā)生變化，自旋與晶格交換能量，又稱自旋-晶格弛豫。Mz是以1/T1的速率按指數(shù)恢復(fù)到Z方向的初值。第10頁(yè)/共24頁(yè)第11頁(yè)/共24頁(yè)2橫向弛豫/T2非平衡態(tài)磁化矢量的水平分量Mxy衰減至零的過(guò)程弛豫速率1/T2弛豫時(shí)間T2磁化矢量進(jìn)動(dòng)相位從有序分布趨向無(wú)規(guī)則分布，自旋體系內(nèi)部相互作用，自旋與晶格不交換能量，又稱自旋-自旋弛豫。橫向弛豫按指數(shù)衰減

第12頁(yè)/共24頁(yè)第13頁(yè)/共24頁(yè)（一）核磁共振信號(hào)測(cè)量（二）核磁共振測(cè)井儀（三）核磁共振測(cè)井過(guò)程與特點(diǎn)二核磁共振測(cè)井第14頁(yè)/共24頁(yè)1.自由感應(yīng)衰減法2.自旋回波法3.反轉(zhuǎn)恢復(fù)法（測(cè)T1）（一）核磁共振信號(hào)測(cè)量第15頁(yè)/共24頁(yè)

自由感應(yīng)衰減的核心是利用某種方法使與靜磁場(chǎng)B0平行的核磁化強(qiáng)度M0扳轉(zhuǎn)90度以激發(fā)自由進(jìn)動(dòng)信號(hào)。（1）射頻脈沖法（2）預(yù)極化法1.自由感應(yīng)衰減法第16頁(yè)/共24頁(yè)（1）射頻脈沖法

用一個(gè)90度射頻脈沖使原來(lái)沿靜磁場(chǎng)方向的磁化矢量扳轉(zhuǎn)90度，然后進(jìn)行觀測(cè)，得到的信號(hào)即是自由感應(yīng)衰減信號(hào)（或FID信號(hào)）（早期的斯侖貝謝核磁測(cè)井儀器采用此種方法）第17頁(yè)/共24頁(yè)（2）預(yù)極化法

在穩(wěn)定磁場(chǎng)B0的垂直方向上加一較強(qiáng)的預(yù)極化磁場(chǎng)Bp，由于極化磁場(chǎng)很強(qiáng)，最初沿穩(wěn)定磁場(chǎng)建立起來(lái)的平衡態(tài)磁化強(qiáng)度M0會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)而沿總場(chǎng)的方向取向。(Mp)

如果極化時(shí)間足夠長(zhǎng)，Bp>>B0，所以Mp近似與M0方向垂直。這時(shí)突然撤去Bp，因時(shí)間很短，Mp繞B0進(jìn)動(dòng)（w0),由于馳豫，在進(jìn)動(dòng)的同時(shí)，縱向分量恢復(fù)到平衡態(tài)的M0，而橫向分量將按有效橫向馳豫時(shí)間T2*確定的速率衰減。第18頁(yè)/共24頁(yè)

這時(shí)在垂直于B0方向上探測(cè)，在接收線圈中可以觀測(cè)到一個(gè)頻率為W0變化的自由進(jìn)動(dòng)信號(hào)。（俄羅斯現(xiàn)代核磁測(cè)井儀器采用此種方法）第19頁(yè)/共24頁(yè)

自由感應(yīng)衰減法所使用的靜磁場(chǎng)B0都是采用的大地地磁場(chǎng)，因而產(chǎn)生的信號(hào)很弱。第20頁(yè)/共24頁(yè)2自旋回波法現(xiàn)代核磁信號(hào)的測(cè)量采用（CMR,MRIL,MREx）CPMG脈沖

測(cè)量過(guò)程：極化-扳倒-失相-重聚-測(cè)量

-再失相-再重聚