Magnetic Resonance Imaging | An Introduction | Site Info: The Project.

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第 01 章

01-01
前言

01-02
磁和电的相互作用

01-03
磁共振信号及其组成要素

01-04
脉冲、带宽和 Fourier 变换


01-02  磁和电的相互作用

自十九世纪上半叶人们知道电流可以产生磁场以来,仅100年之后,物理学家Werner Heisenberg就发现了原子中的电子的交换作用是铁磁体具有磁性的原因,从而证实了磁现象的电本质。

要理解由永久型磁体产生的磁场不难,但是要理解由电流产生的磁场就没那么简单。

1820年,丹麦物理学家Hans Christian Oersted的一个重大发现为认识磁性现象开启了一扇窗。Oersted发现,和导线平行摆放在一起的指南针,会因为导线中有电流通过时而偏离它正常的南北指向。指南针偏离的方向取决于电流的方向,也即取决于电流产生的磁场方向(图 01-02)。


图 01-02
平行放置在通电导线旁边的指南针的指向:
a,不通电导线;
b,通电导线,电流方向由上而下;
c,通电导线,电流方向由下而上。
wire:导线;north:指南针的北极。


平行放置在一起的两条导线,当通入的电流方向相同时,导线会相互排斥;当通入的电流方向相反时,导线会相互吸引。也就是说,通电导线产生的磁场方向取决于电流的流向。如图01-03所示,如果用右手的拇指指向电流方向,那么另外弯曲四指所指方向即为产生的磁场方向。


图01-03
右手定则。
wire:导线;electric current:电流;magnetic field:感应磁场。


反之亦然:磁场也会驱使电子运动。如果周围有一个周期性震荡的磁场,导线就会产生感应电压,因而产生电流,这就是发电机的工作原理。在磁共振技术中,通过诱导产生这种电流而产生磁共振信号。在发电机中,磁场越强诱导产生的电压就越大;在磁共振技术中也遵循类似的规律,磁场强度越强,产生的磁共振信号也越强。

导线或线圈产生的磁场强度会随距离呈非线性递减。因此,如果把两个通有相反方向电流的线圈平行的放在一起,当他们之间的距离与线圈直径相等时,在两个线圈之间可以产生一个呈线性变化的磁场。这种磁场也被称之为恒定梯度场(图 01-04)。


图 01-04
磁场的叠加:两个磁场(绿色曲线所示)叠加之后产生一个线性梯度场(紫红色曲线所示)。
current loops:通电线圈;magnetic field:感应磁场;linear gradient:线性梯度场。


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