核磁共振及其成像实验 973年,美国科学家 Paul lauterbur发现,把物体放置在一个稳定的磁场中,然后再加上一个不均匀的 磁场(即有梯度的磁场),再用适当的电磁波照射这一物体,这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物 体某个截面的内部图像.随后,英国科学家 Peter Mansfield又进一步验证和改进了这种方法,并发现不均匀 磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘制成物体内部结构图像.此外,他还证明了可以用数学方法分析 这种方法获得的数据,为利用计算机快速绘制图像奠定了基础.从此核磁共振成像得到了空前的发展 核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下,快速地获得患者身体内部结构的高 精确度立体图像.利用这种技术,可以诊断以前无法诊断的疾病,特别是脑和脊髓部位的病变;可以为患者 需要手术的部位准确定位,特别是脑手术更离不开这种定位手段;可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况, 为更好地治疗癌症奠定基础.此外,由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体,因而还可以减轻患者 的痛苦 核磁共振成像的全称是:核磁共振电子计算机断层扫描术,为了避免人们把这种技术误解为核技术, 一些科学家把核磁共振成像技术的“核”字去掉,称其为“磁共振成像技术”( Magnetic Resonance imaging), 英文缩写即MRⅠ磁共振成像是根据生物磁性核(如氢核)在磁场中表现的共振特性进行成像的新技术.随 着磁体技术、超导技术、低温技术、电子技术和计算机技术等相关技术的不断进步,MRI技术得到了飞速 发展,已成为现代医学影像领域中的重要一员 通过本实验可以掌握MRI基本原理,了解几种成像参数对图像的影响 、实验原理 核磁共振的物理基础是原子核的自旋.早在1924年, Wolfgang e. Pauli就提出核自旋的假设,并为埃斯 特曼( L Esterman)等人于1930年在实验上证实.1932年发现中子后,才认识到核自旋是质子自旋和中子自 旋之和,只有质子数和中子数两者或其一为奇数时,核才有非零的核磁矩,正是这种磁性核才能产生核磁 共振 1.核磁共振吸收 原子核系统在外磁场中发生能级分裂,在一定射频场作用下吸收其能量发生能级跃迁的现象,叫做核 磁共振.核磁共振的条件为射频场的能量等于原子核的能级差,即 hv=△E 通过简单变换可以得到核磁共振的条件也是射频场圆频率o等于原子核的拉莫尔进动频率m,即 @=O0=y B, 对于核自旋量子数Ⅰ不为零的磁性核,其核磁矩μ与本征角动量J之比被定义为原子核的旋磁比y,其 值可正可负,由核的本性决定实验上常用一个无量纲的比例因子g代替y作为特定核磁矩的实验参数, 它被称为核的g因子,其二者关系为 刀=h 式中/为核自旋矢量,m为质子的质量,c为光速,A=eh/(2mpc)被定义为玻尔核磁矩或玻尔核磁子, 作为核磁矩的单位.由于质子质量比电子质量大三个数量级,故玻尔核磁子4N比电子的玻尔磁子B小三个 数量级 无外磁场时,核自旋为I的核处于(2H+1)度简并态.在z方向外磁场B2作用下,角动量J和磁矩μ以圆 频率ω=yB2绕B2方向进动,J在二方向的投影mh有(2H+1)个分立值,m称为磁量子数,此时原(2H1)度简1 核磁共振及其成像实验 1973 年，美国科学家 Paul Lauterbur 发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上一个不均匀的 磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物 体某个截面的内部图像. 随后，英国科学家 Peter Mansfield 又进一步验证和改进了这种方法，并发现不均匀 磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘制成物体内部结构图像. 此外，他还证明了可以用数学方法分析 这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制图像奠定了基础. 从此核磁共振成像得到了空前的发展. 核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高 精确度立体图像. 利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者 需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况， 为更好地治疗癌症奠定基础. 此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体，因而还可以减轻患者 的痛苦. 核磁共振成像的全称是：核磁共振电子计算机断层扫描术，为了避免人们把这种技术误解为核技术， 一些科学家把核磁共振成像技术的“核”字去掉，称其为“磁共振成像技术”（Magnetic Resonance Imaging）， 英文缩写即 MRI. 磁共振成像是根据生物磁性核（如氢核）在磁场中表现的共振特性进行成像的新技术. 随 着磁体技术、超导技术、低温技术、电子技术和计算机技术等相关技术的不断进步，MRI 技术得到了飞速 发展，已成为现代医学影像领域中的重要一员. 通过本实验可以掌握 MRI 基本原理，了解几种成像参数对图像的影响. 一、实验原理 核磁共振的物理基础是原子核的自旋. 早在 1924 年，Wolfgang E. Pauli 就提出核自旋的假设，并为埃斯 特曼（I. Esterman）等人于 1930 年在实验上证实. 1932 年发现中子后，才认识到核自旋是质子自旋和中子自 旋之和，只有质子数和中子数两者或其一为奇数时，核才有非零的核磁矩，正是这种磁性核才能产生核磁 共振. 1. 核磁共振吸收 原子核系统在外磁场中发生能级分裂，在一定射频场作用下吸收其能量发生能级跃迁的现象，叫做核 磁共振. 核磁共振的条件为射频场的能量等于原子核的能级差，即 h = E （1） 通过简单变换可以得到核磁共振的条件也是射频场圆频率 等于原子核的拉莫尔进动频率0，即  = 0 =  Bz （2） 对于核自旋量子数 I 不为零的磁性核，其核磁矩 与本征角动量 J 之比被定义为原子核的旋磁比，其 值可正可负，由核的本性决定. 实验上常用一个无量纲的比例因子 g 代替，作为特定核磁矩的实验参数， 它被称为核的 g 因子，其二者关系为  = 𝑱 = ħ𝑰 = 𝑔 ( 𝑒 2𝑚p𝑐 ħ) 𝑰 = 𝑔 N 𝑰 （3） 式中 I 为核自旋矢量，mp为质子的质量，c 为光速，N=eħ/(2𝑚𝑝𝑐)被定义为玻尔核磁矩或玻尔核磁子， 作为核磁矩的单位. 由于质子质量比电子质量大三个数量级，故玻尔核磁子 N 比电子的玻尔磁子 B小三个 数量级. 无外磁场时，核自旋为 I 的核处于(2I+1)度简并态. 在 z 方向外磁场 Bz作用下，角动量 J 和磁矩 以圆 频率0 =  Bz绕 Bz 方向进动，J 在 z 方向的投影 mIħ有(2I+1)个分立值，mI称为磁量子数，此时原(2I+1)度简