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答案

氫原子核

解析

核磁共振成像（英語：Nuclear Magnetic Resonance Imaging，簡稱NMRI），又稱自旋成像（英語：spin imaging），也稱磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI），是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，簡稱NMR）原理，依據(jù)所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發(fā)射出的電磁波，即可得知構(gòu)成這一物體原子核的位置和種類，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。

將這種技術(shù)用于人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像，就產(chǎn)生出一種革命性的醫(yī)學(xué)診斷工具?？焖僮兓奶荻却艌龅膽?yīng)用，大大加快了核磁共振成像的速度，使該技術(shù)在臨床診斷、科學(xué)研究的應(yīng)用成為現(xiàn)實，極大地推動了醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)和認知神經(jīng)科學(xué)的迅速發(fā)展。

從核磁共振現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)到MRI技術(shù)成熟這幾十年期間，有關(guān)核磁共振的研究領(lǐng)域曾在三個領(lǐng)域（物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)）內(nèi)獲得了6次諾貝爾獎，足以說明此領(lǐng)域及其衍生技術(shù)的重要性。

磁共振成像是一種較新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，國際上從一九八二年才正式用于臨床。它采用靜磁場和射頻磁場使人體組織成像，在成像過程中，既不用電子離輻射、也不用造影劑就可獲得高對比度的清晰圖像。它能夠從人體分子內(nèi)部反映出人體器官失常和早期病變。它在很多地方優(yōu)于X線CT。雖然X-CT解決了人體影像重疊問題，但由于提供的圖像仍是組織對X射線吸收的空間分布圖像，不能夠提供人體器官的生理狀態(tài)信息。當(dāng)病變組織與周圍正常組織的吸收系數(shù)相同時，就無法提供有價值的信息。只有當(dāng)病變發(fā)展到改變了器官形態(tài)、位置和自身增大到給人以異常感覺時才能被發(fā)現(xiàn)。磁共振成像裝置除了具備X線CT的解剖類型特點即獲得無重疊的質(zhì)子密度體層圖像之外，還可借助核磁共振原理精確地測出原子核弛豫時間T1和T2，能將人體組織中有關(guān)化學(xué)結(jié)構(gòu)的信息反映出來。這些信息通過計算機重建的圖像是成分圖像（化學(xué)結(jié)構(gòu)像），它有能力將同樣密度的不同組織和同一組織的不同化學(xué)結(jié)構(gòu)通過影像顯示表征出來。這就便于區(qū)分腦中的灰質(zhì)與白質(zhì)，對組織壞死、惡性疾患和退化性疾病的早期診斷效果有極大的優(yōu)越性，其軟組織的對比度也更為精確。

擴展知識

原子核自旋，有角動量。由于核帶電荷，它們的自旋就產(chǎn)生磁矩。當(dāng)原子核置于靜磁場中，本來是隨機取向的雙極磁體受磁場力的作用，與磁場作同一取向。以質(zhì)子即氫的主要同位素為例，它只能有兩種基本狀態(tài)：取向“平行”和“反向平行”，他們分別對應(yīng)于低能和高能狀態(tài)。精確分析證明，自旋并不完全與磁場趨向一致，而是傾斜一個角度θ。這樣，雙極磁體開始環(huán)繞磁場進動。進動的頻率取決于磁場強度。也與原子核類型有關(guān)。它們之間的關(guān)系滿足拉莫爾關(guān)系：ω0=γB0，即進動角頻率ω0是磁場強度B0與磁旋比γ的積。γ是每種核素的一個基本物理常數(shù)。氫的主要同位素，質(zhì)子，在人體中豐度大，而且它的磁矩便于檢測，因此最適合從它得到核磁共振圖像。

從宏觀上看，作進動的磁矩集合中，相位是隨機的。它們的合成取向就形成宏觀磁化，以磁矩M表示。就是這個宏觀磁矩在接收線圈中產(chǎn)生核磁共振信號。在大量氫核中，約有一半略多一點處于低等狀態(tài)?？梢宰C明，處于兩種基本能量狀態(tài)核子之間存在動態(tài)平衡，平衡狀態(tài)由磁場和溫度決定。當(dāng)從較低能量狀態(tài)向較高能量狀態(tài)躍遷的核子數(shù)等于從較高能量狀態(tài)到較低能量狀態(tài)的核子數(shù)時，就達到“熱平衡”。如果向磁矩施加符合拉莫爾頻率的射頻能量，而這個能量等于較高和較低兩種基本能量狀態(tài)間磁場能量的差值，就能使磁矩從能量較低的“平行”狀態(tài)跳到能量較高“反向平行”狀態(tài)，就發(fā)生共振。

由于向磁矩施加拉莫頻率的能量能使磁矩發(fā)生共振，那么使用一個振幅為B1，而且與作進動的自旋同步（共振）的射頻場，當(dāng)射頻磁場B1的作用方向與主磁場B0垂直，可使磁化向量M偏離靜止位置作螺旋運動，或稱章動，即經(jīng)射頻場的力迫使宏觀磁化向量環(huán)繞它作進動。如果各持續(xù)時間能使宏觀磁化向量旋轉(zhuǎn)90º角，他就落在與靜磁場垂直的平面內(nèi)?？僧a(chǎn)生橫向磁化向量Mxy。如果在這橫向平面內(nèi)放置一個接收線圈，該線圈就能切割磁力線產(chǎn)生感生電壓。當(dāng)射頻磁場B1撤除后，宏觀磁化向量經(jīng)受靜磁場作用，就環(huán)繞它進動，稱為“自由進動”。因進動的頻率是拉莫爾頻率，所感生的電壓也具有相同頻率。由于橫向磁化向量是不恒定，它以特征時間常數(shù)衰減至零為此，它感生的電壓幅度也隨時間衰減，表現(xiàn)為阻尼振蕩，這種信號就稱為自由感應(yīng)衰減信號(FID, Free Induction Decay)。信號的初始幅度與橫向磁化成正比，而橫向磁化與特定體元的組織中受激勵的核子數(shù)目成正比，于是，在磁共振圖像中可辨別氫原子密度的差異。

因為拉莫爾頻率與磁場強度成比例，如果磁場沿X軸成梯度改變，得到的共振頻率也顯然與體元在X軸的位置有關(guān)。而要得到同時投影在二個坐標軸X-Y上的信號，可以先加上梯度磁場GX，收集和變換得到的信號，再用磁場GY代替GX，重復(fù)這一過程。在實際情況下，信號是從大量空間位置點收集的，信號由許多頻率復(fù)合組成。利用數(shù)學(xué)分析方法，如傅里葉變換，就不但能求出各個共振頻率，即相應(yīng)的空間位置，還能求出相應(yīng)的信號振幅，而信號振幅與特定空間位置的自旋密度成比例。所有核磁共振成像方法都以這原理為基礎(chǔ)。