核磁共振信号的产生

核磁共振信号的产生

物质由原子构成，质子是原子核内的主要微粒，核磁信号就是来源于质子。以氢质子为例，由于其带有正电荷，且自身高速旋转，可以看做一个环形电流，由电磁理论可知，电生磁，质子产生一个磁矩，可以将其看做一个小磁针。样品内部无数的小磁针按自身的方向杂乱排列，相互抵消，总磁矩为零。

当样品置于一个静磁场中时，原有的平衡被打破了。根据量子力学原理，核磁矩在外磁场中的空间取向是量子化的，只能取确定的方向，氢核可取两个方向，这两个方向的位能不同，一高一低。

氢核从原有的平衡状态到裂分为两个取向，称为塞曼能级分裂。形象的说，好比小磁针放到静磁场后，分为了两个阵营：顺从派和抵抗派。顺从派能量较小，能级较低，和静磁场方向相同，抵抗派能量较大，能级较高，和静磁场方向相反，且两派的力量不均等，顺从派稍多于抵抗派，每 10 万个核，两派数量差一个。就是这多出的一个磁矩，积少成多，形成了一个与主磁场同方向的磁化矢量，是核磁共振信号的来源。

磁化矢量沿主磁场方向旋转，如果施加一个适宜的射频场，该磁化矢量就会发生倾斜，从而形成核磁共振信号。适宜的射频场是指频率与磁化矢量拉莫尔进动频率一致。如前面讲的比喻，磁化矢量好比一个垂直于地面的沙袋，射频场发射的脉冲好比拳头，只有拳头力量匹配沙袋的重量，沙袋才会倾斜，从而在地面形成一个投影。这个投影就是仪器检测到的核磁信号。沙袋倾斜后会逐渐回复到平衡状态，投影会越来越小，直至消失，检测到的核磁信号也是一个衰减的信号。