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第 02 章

02-01
基础知识

02-02
原子核的磁性

02-03
Boltzmann分布

02-04
Larmor方程

02-05
共振

02-06
磁化矢量

02-07
旋转坐标系

02-08
磁共振信号

02-09
频率分析:Fourier变换


02-06  磁化矢量

到目前为止,我们只讨论了原子核的微观行为。但是,任何一个样品都含有数额巨大的原子核,比如一滴水就含有大约1021个原子核。

我们可以观测到的宏观量是所有微观量统计平均的结果。在外加磁场作用下,与磁性氢核相似的原子核,要么处在稳定的低能态,要么就处于能量稍高一点的高能态。

因为这两个能级能量差值非常小,所以分布在这两个能级上的原子核数目几乎是相等的。在一百万个原子核中,处于稳定低能态的原子核只比处于激发高能态的原子核要稍微多几个。而核磁共振实验的信号取决于处于两个能级上原子核的数目差异,因此,核磁共振信号非常微弱。

这就是为什么磁共振成像的灵敏度比其他成像技术(如放射性同位素检测)要低的多的原因。发展超极化技术可以克服灵敏度低的缺陷。超极化技术可以使磁共振信号增加十万倍。但是,超极化技术很复杂且需要专用设备,目前还不适用于医学成像。

图02-09显示,大量原子核绕外加磁场旋进统计平均的结果与一个磁矩相等,称之为净磁化矢量。净磁化矢量是在平衡态时、处于低能级上的、比高能级多出的那几个原子核的磁化矢量的总和。要检测这个净磁化矢量,就必须使用与原子核共振频率相同的电磁波脉冲激发原子核,使其偏离磁场强度方向。


图02-09
A磁矩在外磁场中的排列。较高能级上的布居数稍微大一些。体系内所有磁矩的总和就是宏观磁化矢量或净磁化矢量M0
根据Boltzmann分布规律,较高能级上的布居数会随着磁场强度的增加而增加。



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