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核磁共振成像是医学中应用最广泛的成像方法之一 ， 由于担心人们认为其名称中的“核”与核辐射有关 ， 因此将它
1940年代 ， 费利克斯·布洛赫和爱德华·珀赛儿已经发现了核磁共振现象 ， 并在1952年获得了诺贝尔物理学奖 。 1977年 ， 在美国纽约第一次使用这种技术进行人体扫描 。
核磁共振简介如果将原子核放入与时间无关的磁场中 ， 它就会有一种特定的共振频率 。 这种频率取决于原子核的类型 ， 以爱尔兰物理学家约瑟夫·拉莫尔命名 ， 称为拉莫尔频率 。 原子核在磁场中一般是不旋转的 ， 但如果我们再让电磁波以正确的共振频率穿过原子核 ， 那么原子核将吸收电磁波的能量 ， 开始旋转起来 。
当电磁波停止后 ， 原子核会慢慢停止旋转并释放它从电磁波提取的能量 ， 我们可以对这种能量进行测量 。 我们测量到有多少能量取决于有多少原子核与电磁波共振 。 因此 ， 我们可以利用信号强度来判断样本中有多少特定类型的原子核 。
对于人体中的核磁共振成像 ， 通常以氢核为目标 ， 因为其中水和脂肪中有很多 ， 然后图像的亮度基本上可以告诉我们脂肪和水的数量 。 人们也可以瞄准其它原子核并进行测量 ， 这就导致了不同核磁共振图像的工作方式不同 。 核磁共振成像非常适合于检查软组织 ， 而对于骨折一般则使用X射线成像 。
物理原理更详细地说 ， 核磁共振的物理原理如下 。 原子核由中子和质子组成 ， 中子和质子的自旋相结合为原子核提供总自旋 。 总自旋可能为零也可能不为零 ， 具体取决于原子核中质子和中子的数量 。 如果原子核的自旋不为零 ， 则原子核具有磁矩 ， 这意味着它将在磁场中以取决于原子核成分和磁场强度的频率自旋 ， 这就是核自旋共振工作的拉莫尔频率 。
如果有在强磁场中自旋的原子核 ， 那么它们的自旋将与磁场对齐 。 假设我们有一个指向z方向的恒定且均匀的磁场 ， 那么核自旋也将优先指向z方向 。 然而 ， 由于热运动的存在 ， 这会出现一些偏差 ， 有一些原子核的自旋方向甚至与z方向相反 。 所有原子核的净磁矩称为磁化强度 ， 它最终将指向z方向 。 在核磁共振机器中 ， z方向一般是从头到脚的方向 。
如果此时我们施加一个以共振频率振荡的横向电磁场 ， 那么磁化就会远离z轴围绕z方向旋转 ， 或者称之为在x和y的横向上进动 。 这个共振频率就是我们前面所提到的拉莫尔频率 ， 它取决于原子核的类型 ， 并且与磁场强度成正比 。
最后上述提到 ， 共振频率与磁场强度成正比 ， 正因为如此 ， 我们可以使用磁场梯度来瞄准特定位置的原子核 ， 生成不同位置的身体切片图像 。
核磁共振使用的磁场非常强 ， 通常是1.5-5个特斯拉 。 相比之下 ， 这大约是地球磁场的几万倍 ， 仅比大型强子对撞机所用磁场的强度低2-3倍 。 这些强磁场不会伤害你的身体 ， 你只需要确保不要将磁性材料带入仪器中就行 。
【核磁共振有没有核辐射？它背后是哪些物理原理】适合这些强磁场的共振频率在50到300Mhz的频率范围内 ， 使用这些频率的电磁波能量太小 ， 并不会破坏人体的化学键 ， 因此是安全的 。 然而 ， 有少量能量通过热运动沉积到人体组织中 ， 因此我们会感觉到稍微发烫 ， 所以我们必须注意不要做太长时间的核磁共振 。
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