寫作初衷
我想點進來看這篇文章的陌兑，正如標題所言，都是非物理非核磁專業(yè)出身的讀者由捎，當然也肯定有一些這個專業(yè)的出于好奇心點進來看看這篇文章到底如何去講核磁原理的兔综，無論怎樣，這篇文章只是用稍微淺顯易懂的語言跟同行聊一聊核磁原理狞玛。
非物理非核磁專業(yè)學核磁原理软驰，學了又忘，忘了又學心肪，到底該如何理解核磁原理锭亏？
首先又如標題所言，我也不是物理專業(yè)核磁專業(yè)硬鞍，只是一個資歷普通慧瘤、專業(yè)普通的工科專業(yè)的人。
從讀研開始固该，最初接觸核磁只是把他作為其中的一種分析手段而已锅减，為了應付寫論文，不得已開始學習（或者叫做摘抄）核磁原理伐坏，學原理的那幾天及之后的短暫的一段時間我自認為學會了怔匣，沒過多久在寫作或者發(fā)言場合需要簡單介紹核磁原理時候，我又忘記了桦沉。
于是就開啟了這樣的自循環(huán)：學——忘——學——忘 忘 忘每瞒，還是忘，估計你會問：“為什么現在又寫核磁原理了永部？”別問独泞，問就是：最近又學了。
在認知心理學中提到：輸出是最好的驗證記憶的方式苔埋。從我這么多年的反復自學的精力中梳理出懦砂，核磁共振的原理，分享給和我一樣非物理專業(yè)背景的但想簡單了解原理的朋友們组橄。
2.入門須知
核磁共振是一種物理現象荞膘，主人公（原子核）在滿足一定條件下才會發(fā)生的現象。好比太陽玉工、月亮羽资、地球需要滿足一定的位置關系時才會出現日食或月食一樣。
要想產生核磁共振現象遵班，需要滿足物質基礎和外界條件屠升。
物質基礎：有核（Nuclear）有磁有射頻（兩個Magnetic）
外界條件：射頻拉莫兩相等
總結：「核磁共振」=『「磁場」中「磁性原子核」因響應合適頻率的「電磁信號」而產生的「共振」』
其實潮改，核磁共振也是共振現象的一種，如果你理解共振腹暖，對于后面理解核磁共振會更有幫助汇在。
3.生活中的共振現象
生活中的共振現象：
通常而言，一個物體收到外界給與能量的時候脏答，應該多多少少做點什么表示回應糕殉，比如說開始振動。振動的幅度殖告，和輸入的能量的頻率有關阿蝶。
借用知乎上分享的一張圖，物體振動的幅度在輸入信號頻率和本征頻率相等的時候幅度爆表黄绩，振幅最大——這就是共振羡洁。
生活中洗衣機（半自動雙筒）完美演示這個過程：
洗衣機脫水啟動過程中，隨著甩桶頻率逐漸變化爽丹，洗衣機振動慢慢開始變大焚廊，在某個時刻洗衣機振幅最大（晃動最為劇烈），然后又慢慢振幅變小习劫，趨于平靜咆瘟。
不只有洗衣機，音叉诽里、玻璃杯震碎袒餐、黑盒子中的振蕩電路、步兵整齊過橋橋塌的例子都是宏觀中共振的例子谤狡。
回到核磁共振現象當中灸眼，我們去對應找一下微觀中的“洗衣機”“橋”，即發(fā)生共振的物質本身墓懂，那就是原子核焰宣。
4
核磁共振——核
核磁共振中的“核”指的是原子核，并非放射性的“核”捕仔。這篇文章解釋了這兩個“核”的區(qū)別匕积。
原子核是由一定質子和中子構成闪唆，這些質子和中子繞著其中心軸自轉，即自旋钓葫。自旋是粒子的內稟屬性悄蕾，所有粒子及原子核都有，但并非所有自旋核都能發(fā)生共振础浮，為什么帆调？
這其中最關鍵的奠骄，不是能自旋就可以的，是自旋要產生磁矩（磁矩不為0）番刊。磁矩也是粒子的內稟屬性戚揭。磁矩與自旋、電荷成正比撵枢，與靜質量成反比。
關于質子和中子磁矩的問題精居，牽涉到一個夸克的概念锄禽，感興趣的可以看文章末尾推薦的書籍。
我們需要記住的是：質子數和中子數均為偶數的原子核靴姿，磁矩為0沃但，不能產生磁共振現象，我們稱之為非磁性核佛吓。反之宵晚，如果一個原子核質子數和中子數有一個是奇數，那么就是磁性原子核维雇，例如：1H13C,17O,19F,23Na,31P等淤刃。
這樣的話，滿足這個條件的原子核（元素）非常之多吱型。那么我們磁共振成像主要采用哪種原子核呢逸贾？
對于醫(yī)學而言：人體氫元素含量最多的組織就是水（以自由水為主）和脂肪組織，H原子的天然豐度最高津滞，1H的相對磁化率最大（核磁共振現象更明顯）铝侵。
天然豐度概念：以H為例，自然界中存在的所有的H原子的同位素（1H触徐、2H咪鲜、3H中，1H所占的比例）撞鹉。
對于其他領域而言亦是如此：水和油脂是食品中的重要成分疟丙、水和泥漿原油一起存在于地層之中，水參與水泥鸟雏、凝膠的水化反應等等隆敢，于是H譜核磁眾望所歸。
5核磁共振——磁
這里的磁指兩個崔慧，主磁場和射頻磁場拂蝎，主磁場B0就是我們經常說的低場、中場惶室、高場的那個磁場温自，用特斯拉來表示玄货，如0.5T、1T悼泌、3T等等松捉。紐邁的核磁共振儀器主要是1T以下的儀器，也稱低場核磁馆里。
為什么磁性原子核一定要在磁場下才可能發(fā)生共振隘世？
我們知道每一個自旋核都相當于一個小磁針，自旋產生小磁場鸠踪。但在自然狀態(tài)下丙者，對于樣品中千千萬萬個原子核而言，大家雜亂無章的旋轉营密。反映在宏觀上械媒，是這些雜亂無章的磁場相互抵消，因此對外并不表現磁性评汰，宏觀磁化矢量為0纷捞。（有點類似單手握雞蛋，雞蛋不碎的道理被去，類似力的作用抵消）主儡。
然而，當外加磁場時惨缆，原子核除了自旋之外缀辩，還會圍繞著外加磁場的方向進行旋轉運動。類似于地球不僅自己自轉踪央，還會圍繞著太陽進行公轉一樣臀玄。我們把這種一邊繞軸旋轉一邊自旋的運動稱為進動。
進動的頻率叫做拉莫爾頻率Larmor Frequency
ω=γ×B0
其中：ω是角頻率畅蹂，γ代表旋磁比健无，它跟原子核的類型有關是個常量（H原子核的γ=42.58 MHz/T）B0代表外加磁場強度。
當放眼這千千萬萬個進動的原子核液斜，在外磁場作用下（對于1H）就分為兩個陣營：順著磁場方向累贤，逆著磁場方向。這兩種進動角度實際上對應著兩種能級少漆。如同餐廳的沙漏（解釋見下圖）一樣臼膏，順著磁場方向的在上面，能量低示损；逆著磁場方向在下面渗磅，能量高。因此就出現了能級分裂，也叫塞曼能級分裂（Zeeman分裂）始鱼。
沙漏解釋：在外部磁場B0下医清，每個質子繞B0旋轉軌跡是一個錐體起暮。自旋向上和自旋向下的運動軌跡連起來，就是類似沙漏的雙錐體模型会烙。
圖：塞曼能級分裂
處于高负懦、低能級的H質子數量符合玻爾茲曼分布，基本上是一半對一半柏腻，并沒有差別很多纸厉。
例如在0.5T、36℃下葫盼，假設逆著磁場的低能級有100萬個質子，而順著磁場的高能級則有100萬+4個村斟，雖然這種差異看起來很小贫导，多出來的這些質子足以貢獻核磁共振信號。
這4個多出來的質子就是出現宏觀磁化矢量M0的原因蟆盹。
6
核磁共振——射頻激發(fā)產生共振
處于高低能級的H質子存在能量差孩灯，此時實現共振的關鍵一步來了，射頻脈沖（其實就是施加一定頻率一定時間的能量）逾滥，這時射頻脈沖需滿足這個條件:
射頻脈沖的頻率等于質子的進動頻率峰档，也就是Larmor頻率
此時，質子吸收能量寨昙，就產生了核磁共振現象讥巡。
射頻頻率=進動頻率，這是發(fā)生核磁現象的必要條件之一舔哪，在紐邁分析的核磁軟件中欢顷，第一步就是尋找SF中心頻率，就是尋找所需要的射頻頻率是多少捉蚤。
很多人對施加射頻脈沖后抬驴，從微觀質子躍遷到宏觀磁化矢量這里的過渡，不是很明白缆巧。
其實這里就是一個微觀和宏觀的范疇布持。
假如施加的是偏轉90°的射頻脈沖，微觀來看：對于某一個質子陕悬，其運動軌跡如上圖所示题暖，類似汽車走盤山公路一樣，從山頂盤旋著往山腳開。
宏觀來看芙委，這里我們引入一個旋轉坐標系：我們將同質子一起置身于相對于固定坐標系xOy以角速度w0旋轉的參照系x'O'y'中逞敷，消除了圍繞B0也就是Z軸的進動。
聚焦那4個質子灌侣，施加脈沖之前推捐，他們順著B0方向整齊排列，有因為質子的相散侧啼，不存在橫向分量Mxy牛柒，此時的磁化矢量M0沿著Z軸方向。施加90°脈沖后痊乾，有兩個質子從低能級躍遷到高能級皮壁，兩能級上有相同數量的質子，此時M的縱向分量為0哪审，而Mxy達到最大蛾魄。
其實核磁共振儀器捕捉的信號來源不是核磁共振現象中從低能級躍遷到高能級的這個過程，而恰恰是撤去射頻脈沖后湿滓，質子從高能級從回復到低能級的過程滴须，我們稱之為弛豫。
關于弛豫叽奥，這篇是目前講弛豫講的最詳細的一篇扔水，目前在多平臺閱讀量破萬，建議你收藏后閱讀朝氓。
END
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