磁共振成像原理-物理基础(质子在外部磁场的情况)

本文是对MRI Made Easy这篇教程进行了翻译,以做备忘,同时也希望能和大家一起讨论,共同进步。

磁共振的单个检查步骤可简单的描述如下:

1、 将病人放置在磁场中;

2、 发送一个无线电波;

3、 将无线电波关闭;

4、 然后病人会发送出信号,该信号被接收和使用;

5、 根据病人发送出来的信号重建图像。

让我们详细地看看这些步骤

    当我们把病人放入磁共振机器的磁铁中时,会发生什么呢?为了更好的理解,非常有必要了解一些基本的物理知识,尽管这些看起来有点枯燥。

       我们都知道,原子由原子核和核外电子组成。在原子核中,除了其他物质还有质子,带有一个正电荷。这些质子类似于小行星,例如像地球,它们不停的旋转,或绕着一根轴自旋,也就是说,质子具有自旋,依附着电子的正电荷自然也随着质子做自旋运动。那移动的电荷是什么呢?它是一种电流。

       现在,你可能还记得学校的物理课上讲过,电流会感应出磁力或者磁场。所以有电流的地方就会有磁场。

总结

    质子具有自旋,因此质子的电荷也跟着自旋,移动的电荷会形成电流,从而感应出磁场。因此,质子具有它自己的磁场,它可以看作是小的条形磁铁。

当我们把质子放到外部磁场中时,质子会怎样。

    这些质子(小磁体)在外部磁场中排成一列,就像地球磁场中的指南针一样,但是又有一种重要的不同,对于指南针来说,只有一种方式来使指南针和磁场平行,但是对于质子来说,它有两种方式(见图2)。质子可能与外部磁场的南极或北极方向对齐,并平行;或者它们可能指向完全相反的方向,反平行(也就是说,质子的磁场方向要么就和外部磁场方向一致,要么就相反)。具体哪种排列方式跟质子的能级有关。用一个形象的比喻就是:一个人可以使自己平行于磁场,也即是可以双脚行走,或者可以使自己反平行,朝相反的方向,双手撑地。两种状态处于不同的能级。走在自己的脚上,无疑是不那么累的,比在自己的手上行走消耗的能量更少(见图2,在该图中,脚上行走和手上行走描述为磁场方向向上或者向下)。

图2:通常,质子是随机排列的,但是当它暴露在强大的外部磁场时,情况就会发生变化。它们以两种方式排列,平行或者反平行于外部磁场。

    当然,质子首选的排列方式是需要更少能量的状态,所以大部分的质子处于低能级,其磁场方向平行于外部磁场方向(行走在脚上),然而,平行和反平行于外部磁场的质子在数量上差异非常小,该差异取决于外加磁场的强度。可以有这样的一个粗率的想法:如果有1000万个质子“行走在手上”,那么久大约有10 000 007个质子“行走在脚上”。

                                    

图3、当有两种可能的排列状态时,一种处于低能级,消耗能量更少的状态优先考虑


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转载自blog.csdn.net/vipbinn/article/details/80869242
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