核磁共振成像是醫學中應用最廣泛的成像方法之一，由于擔心人們認為其名稱中的“核”與核輻射有關，因此将它重命名為磁共振。事實上，這個“核”與核輻射無關，隻是用來描述産生共振的原子核，更準确來說應該是原子核的旋轉。1940年代，費利克斯·布洛赫和愛德華·珀賽兒已經發現了核磁共振現象，并在1952年獲得了諾貝爾物理學獎。1977年，在美國紐約第一次使用這種技術進行人體掃描。

核磁共振簡介如果将原子核放入與時間無關的磁場中，它就會有一種特定的共振頻率。這種頻率取決于原子核的類型，以愛爾蘭物理學家約瑟夫·拉莫爾命名，稱為拉莫爾頻率。原子核在磁場中一般是不旋轉的，但如果我們再讓電磁波以正确的共振頻率穿過原子核，那麼原子核将吸收電磁波的能量，開始旋轉起來。當電磁波停止後，原子核會慢慢停止旋轉并釋放它從電磁波提取的能量，我們可以對這種能量進行測量。我們測量到有多少能量取決于有多少原子核與電磁波共振。因此，我們可以利用信号強度來判斷樣本中有多少特定類型的原子核。對于人體中的核磁共振成像，通常以氫核為目标，因為其中水和脂肪中有很多，然後圖像的亮度基本上可以告訴我們脂肪和水的數量。人們也可以瞄準其它原子核并進行測量，這就導緻了不同核磁共振圖像的工作方式不同。核磁共振成像非常适合于檢查軟組織，而對于骨折一般則使用X射線成像。

物理原理更詳細地說，核磁共振的物理原理如下。原子核由中子和質子組成，中子和質子的自旋相結合為原子核提供總自旋。總自旋可能為零也可能不為零，具體取決于原子核中質子和中子的數量。如果原子核的自旋不為零，則原子核具有磁矩，這意味着它将在磁場中以取決于原子核成分和磁場強度的頻率自旋，這就是核自旋共振工作的拉莫爾頻率。如果有在強磁場中自旋的原子核，那麼它們的自旋将與磁場對齊。假設我們有一個指向z方向的恒定且均勻的磁場，那麼核自旋也将優先指向z方向。然而，由于熱運動的存在，這會出現一些偏差，有一些原子核的自旋方向甚至與z方向相反。所有原子核的淨磁矩稱為磁化強度，它最終将指向z方向。在核磁共振機器中，z方向一般是從頭到腳的方向。

如果此時我們施加一個以共振頻率振蕩的橫向電磁場，那麼磁化就會遠離z軸圍繞z方向旋轉，或者稱之為在x和y的橫向上進動。這個共振頻率就是我們前面所提到的拉莫爾頻率，它取決于原子核的類型，并且與磁場強度成正比。最後上述提到，共振頻率與磁場強度成正比，正因為如此，我們可以使用磁場梯度來瞄準特定位置的原子核，生成不同位置的身體切片圖像。

核磁共振使用的磁場非常強，通常是1.5-5個特斯拉。相比之下，這大約是地球磁場的幾萬倍，僅比大型強子對撞機所用磁場的強度低2-3倍。這些強磁場不會傷害你的身體，你隻需要确保不要将磁性材料帶入儀器中就行。适合這些強磁場的共振頻率在50到300Mhz的頻率範圍内，使用這些頻率的電磁波能量太小，并不會破壞人體的化學鍵，因此是安全的。然而，有少量能量通過熱運動沉積到人體組織中，因此我們會感覺到稍微發燙，所以我們必須注意不要做太長時間的核磁共振。

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來源：萬象經驗

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