核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种磁学核自旋成像技术。
它是利用磁场与射频脉冲使组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。
磁共振是在固体微观量子理论和无线电微波电子学技术发展的基础上被发现的，德国西门子公司是第一台医用磁共振机的发明者。
1945年首先在顺磁性Mn盐的水溶液中观测到顺磁共振，第二年，又分别用吸收和感应的方法发现了石蜡和水中质子的核磁共振，用波导谐振腔方法发现了Fe、Co和Ni薄片的铁磁共振。
1950年在室温附近观测到固体Cr2O3的反铁磁共振，1953年在半导体硅和锗中观测到电子和空穴的回旋共振，1953年和1955年先后从理论上预言和实验上观测到亚铁磁共振，随后又发现了磁有序系统中高次模式的静磁型共振（1957）和自旋波共振（1958）。
1956年开始研究两种磁共振耦合的磁双共振现象，这些磁共振被发现后，便在物理、化学、生物等基础学科和微波技术、量子电子学等新技术中得到了广泛的应用。
例如顺磁固体量子放大器，各种铁氧体微波器件，核磁共振谱分析技术和核磁共振成像技术及利用磁共振方法对顺磁晶体的晶场和能级结构、半导体的能带结构和生物分子结构等的研究。
原子核和基本粒子的自旋、磁矩参数的测定也是以各种磁共振原理为基础发展起来的。
磁共振成像技术由于其无辐射、分辨率高等优点被广泛的应用于临床医学与医学研究，一些先进的设备制造商与研究人员一起，不断优化磁共振扫描仪的性能、开发新的组件。
扩展资料：
磁共振技术与一般的物理化学方法不同， 它能在不破坏样品的条件下，利用构成分子的原子核本身的磁矩特征，精确快速地给被测样品定性、定量、定结构。
磁共振能提供其他理化方法所不能得到的许多重要参数，基于核磁共振原理而设计的核磁共振波谱仪能够研究物质的化学位移，以探讨价电子对核的屏蔽作用来分析各种化学基团的存在。
能够研究物质的自旋一自旋祸合，以探讨各种化学基团的相互作用关系、作用力和空间构型，能够测试物质反应的动力学、中和反应以及质子交换反应等，还可以通过对谱线的面积、宽度等的分析以燎解被测物质在各种因素的影响下，其结构的相应变化规律性。
参考资料来源：百度百科-磁共振
物质都是由分子组成的，分子是由原子组成的。原子核不停地以一定的频率自旋。如果让它进入一个恒定的磁场，原子核会沿着这磁场的方向回旋。这时用特定的射频电磁波去照射这些含有原子核的物体，物体就会显著地将电磁波吸收，从而产生磁共振现象。核磁共振就是利用人体中的氢原子，在强磁场内受到脉冲激发后，产生的磁共振现象，经过空间编码技术，把在磁共振过程中所发出的电磁波以及与之有关的各种信息参数等，通过计算机处理，最后形成图像。
任何生物由分子构成，分子由原子构成，原子由原子核及电子构成。电子围绕原子核旋转产生磁场，发出电磁波。量子是能量的单位，也是波的单位。量子力学认为，每种粒子都有自己相应的物质波，波都有共振特性，及当两个波长相同的波相遇时可发生波的叠加而增幅。波的共振是量子共振的宏观体现。人体发病初期，首先是构成人体的物质，结构要素发生变化。构成原子的电子的正常运动首先异常，由于电子运动和磁场的相关性，一旦引起正常电子的共振磁场变化，从原子到分子，从分子到细胞，从细胞到器官的顺理成章的传送信息的通道发生混乱和破坏，结果引起异常的生理状态，久而久之，引起细胞损伤和身体器官的异常，疾病也随之发生。若能将生物体病变的生物波采集到计算机，并将其与标准的生物波（正常生物体的生物波）相比较，即可诊断疾病。
核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。通过一个磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到基部。
核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理，故常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经电脑处理而成像的。
原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。
核磁共振用NMR(Nuclear Magnetic Resonance)为代号。
1．原子核的自旋
核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，见表8-1。
I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。
2．核磁共振现象
原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩(μ)。
式中，P是角动量，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角动量之间的比值，
当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时，除自旋外，还会绕H0运动，这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象，称为进动，见图8-1。自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度H0成正比，比例常数即为磁旋比γ。式中v0是进动频率。
微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的，自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向，每一个取向都可以用一个自旋磁量子数m来表示，m与I之间的关系是：
m=I，I-1，I-2…-I
原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，其能量可以从下式求出：
向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。它们之间的能量差为△E。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。
目前研究得最多的是1H的核磁共振，13C的核磁共振近年也有较大的发展。1H的核磁共振称为质磁共振（Proton Magnetic Resonance），简称PMR，也表示为1H-NMR。13C核磁共振（Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance）简称CMR，也表示为13C-NMR。
31H的核磁共振 饱和与弛豫
1H的自旋量子数是I=1/2，所以自旋磁量子数m=±1/2，即氢原子核在外磁场中应有两种取向。见图8-2。1H的两种取向代表了两种不同的能级，
因此1H发生核磁共振的条件是必须使电磁波的辐射频率等于1H的进动频率，即符合下式。
核吸收的辐射能大？
式（8-6）说明，要使v射=v0，可以采用两种方法。一种是固定磁场强度H0，逐渐改变电磁波的辐射频率v射，进行扫描，当v射与H0匹配时，发生核磁共振。另一种方法是固定辐射波的辐射频率v射，然后从低场到高场，逐渐改变磁场强度H0，当H0与v射匹配时，也会发生核磁共振。这种方法称为扫场。一般仪器都采用扫场的方法。
在外磁场的作用下，1H倾向于与外磁场取顺向的排列，所以处于低能态的核数目比处于高能态的核数目多，但由于两个能级之间能差很小，前者比后者只占微弱的优势。1H-NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁到高能级而产生的。如高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失，此时处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同步，PMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。
1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态，这种过程称为弛豫，因此，在正常测试情况下不会出现饱和现象。弛豫的方式有两种，处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的分子，即体系往环境释放能量，本身返回低能态，这个过程称为自旋晶格弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁性核的总体能量，又称为纵向弛豫。两个处在一定距离内，进动频率相同、进动取向不同的核互相作用，交换能量，改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的总体能量，又称为横向弛豫。
413C的核磁共振 丰度和灵敏度
天然丰富的12C的I为零，没有核磁共振信号。13C的I为1/2，有核磁共振信号。通常说的碳谱就是13C核磁共振谱。由于13C与1H的自旋量子数相同，所以13C的核磁共振原理与1H相同。
将数目相等的碳原子和氢原子放在外磁场强度、温度都相同的同一核磁共振仪中测定，碳的核磁共振信号只有氢的1/6000，这说明不同原子核在同一磁场中被检出的灵敏度差别很大。13C的天然丰度只有12C的1108％。由于被检灵敏度小，丰度又低，因此检测13C比检测1H在技术上有更多的困难。表8-2是几个自旋量子数为1/2的原子核的天然丰度。
5核磁共振仪
目前使用的核磁共振仪有连续波（CN）及脉冲傅里叶（PFT）变换两种形式。连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器和放大器、记录仪等组成（见图8-5）。磁铁用来产生磁场，主要有三种：永久磁铁，磁场强度14000G，频率60MHz；电磁铁，磁场强度23500G，频率100MHz；超导磁铁，频率可达200MHz以上，最高可达500～600MHz。频率大的仪器，分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。磁铁上备有扫描线圈，用它来保证磁铁产生的磁场均匀，并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频发射器用来产生固定频率的电磁辐射波。检测器和放大器用来检测和放大共振信号。记录仪将共振信号绘制成共振图谱。
70年代中期出现了脉冲傅里叶核磁共振仪，它的出现使13C核磁共振的研究得以迅速开展。
氢 谱
氢的核磁共振谱提供了三类极其有用的信息：化学位移、偶合常数、积分曲线。应用这些信息，可以推测质子在碳胳上的位置。
磁共振没有核辐射。磁共振通过磁场运动工作。磁场对人体是安全的，没有核辐射。磁共振在临床工作中起着越来越重要的作用。它可以清楚地诊断人体许多部位的疾病，为治疗提供了强有力的证据，也可以作为治疗效果的评估。磁共振在中枢神经系统和骨关节系统中的作用是其他影像学检查无法替代的，在其他腹部和盆腔中也起着重要作用。磁共振也有缺点，钙化和气体显示不良。
对于人体的核磁共振成像，氢核通常是目标，因为有很多水和脂肪，然后图像的亮度基本上可以告诉我们脂肪和水的数量。人们也可以瞄准其他原子核并进行测量，这导致不同的核磁共振图像以不同的方式工作。核磁共振成像非常适合检查软组织，而x射线成像通常用于骨折。原子核由中子和质子组成，中子和质子的自旋结合为原子核提供了一个总自旋。
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瞄准特定位置的原子核，并在不同位置生成身体切片图像。这些强磁场不会伤害你的身体。您只需确保不要将磁性材料带入仪器。适用于这些强磁场的共振频率在50-300mhz的频率范围内。使用这些频率的电磁波能量太小，不会损坏人体的化学键，因此是安全的。然而，少量能量通过热运动沉积在人体组织中，因此我们会感到有点热，因此我们必须注意不要做太长时间的核磁共振。
核磁共振是一种利用射频脉冲刺激能量释放的方法，即通过电磁波在磁共振中收集成像。这种电磁波没有核辐射，不会对身体造成任何伤害。核磁共振是一种非常常见的临床检查方法。与CT和彩色多普勒超声检查不同，身体在检查过程中不能携带金属物品，如果有假牙或安装心脏起搏器，则不能进行核磁共振检查。检查时，尽量放松，不要紧张和焦虑。如果身体患有某些疾病，可以通过核磁共振等检查确定病因，然后积极治疗。
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