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第一章 磁共振基本原理 Contents  磁共振是研究具有磁矩的原子核在静磁场中与电磁辐射相互作用的一门学科。近代物理学是用量子力学原理对物质中微观粒子的相互作用过程作正确阐述，但就物质的宏观效应来说，利用经典力学和电磁学理论可以得到满意解答。 第一节 原子核的自旋与磁矩 原子由原子核及核外电子组成，电子以特定轨迹围绕原子核旋转，原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成，核中的质子数又称为该元素的原子序数，用Z表示，中子数用N表示，原子核几乎代表了整个原子的质量，把中子数与质子数之和Z+N称核的质量数，用A表示，一般用符号表示某种元素。 原子核的自旋 原子核的质子数和中子数均为偶数，该原子核的自旋量子数I为零，则该核没有自旋。 若质子数和中子数中有一个是奇数，另一个为偶数，则这种核的自旋量子数I为半整数，该原子核具有自旋。 质子数是奇数，中子数也是奇数的原子核，其自旋量子数I为正整数，这种核也具有自旋。 原子核的磁矩 电荷运动产生磁场，则具有自旋特性的原子核周围必然存在一个微观磁场，该磁场为一个磁偶极子，即原子核的自旋磁矩（简称核磁矩）。 原子核的自旋磁矩 第二节 原子核自旋磁矩在静磁场中进动 核磁矩μ在静磁场B0作用下一方面绕着B0方向作园周运动，另一方面绕自身轴转动，把原子核的这种运动形式称为Larmor进动，其进动频率称为Larmor频率。核磁矩在静磁场中的进动: 核磁矩的能级跃迁 原子核系产生磁共振的条件 自旋核磁距在静磁场中受到特定射频脉冲激励; 该射频脉冲频率与原子核进动频率相同且其方向与静磁场方向垂直。 在外加静磁场B0中原子核系的磁化强度称为静磁化强度，通常用M0表示。静磁化强度M0与B0成正比，其比值用X0表示， X0称为静磁化率（Curie磁化率），它表明了原子核在外磁场中的磁化效果。 磁 化 率 物质的磁化强度除来源于原子核自旋磁矩外，更主要来源于原子核外层电子的分布，由于电子的角动量远大于原子核，原子核外层未成对电子越多，则其自旋角动量越大，产生的磁化强度越大，因此磁化率越大，反之亦然。若原子核外层无未成对电子，则磁化率为负值，物质为抗磁性，大多数有机物都属抗磁性物质。 射频脉冲的持续时间和强度使M转动的角度为θ，称该脉冲为θ角射频脉冲，如果M正好转到XY平面上，则称该脉冲为90°脉冲，如果θ=180°，则称为180°脉冲。 纵向弛豫率与横向弛豫率 液体与固体的弛豫 固体: 固体中的晶格非常稳定，自旋核与其周围晶格之间的能量交换进行的十分缓慢，因此其T1时间比较长。由于固体自旋核之间的位置相对固定，能量交换的频率非常高，核自旋产生的小磁场不能很快相互抵消，引起磁场的非均匀性加快T2弛豫，因此固体的T2很短。 液体与固体的弛豫 液体与固体的弛豫 生物组织T1、T2决定因素 在分子水平上MRI对比度的基本参数如下 1．含水量，弛豫率通常为浓度Ms/Mw的线性函数，含水量减少则弛豫率增加，含水量增加则弛豫率减少（呈长T1长T2）。 2．水分子杂乱运动，不同组织的大分子对附近结合水与结构水具有不同的作用。 3．大分子运动，它受PH值、电解质浓度，其他溶质浓度、大分子流体动力学及聚合状态的影响。 4．脂质含量，非极性脂质无交换性，极性（膜）脂受限的自由运动功能将其与大多数组织的水—蛋白混合物的弛豫特征分辨开来。 5．顺磁性离子在血红蛋白的氧化中具有重要作用。 磁化强度的运动方程 磁化强度的运动方程——Bloch 方程 自由感应衰减信号 测量线圈中所得的感应电动势ε为： 当接收线圈的品质因数为Q时，所得FID为： 化学位移：把在不同化学环境中的相同原子核在外磁场作用下表现出磁共振频率偏移的现象称为化学位移（Chemical Shift）。化学位移表示为： 相对化学位移可表示为： 影响屏蔽常数的因素主要有以下三个方面： 1.σd表示核外电子引起的抗磁屏蔽，它与被测原子核所在原子中的电子密度成正比； 2.σp表示核外电子引起的顺磁性屏蔽； 3.σN是指其它原子的电子对被测核的远程屏蔽作用。 化学位移 Company Logo * Company Logo 原子核的自旋、磁矩