核磁共振的原理是什麼？

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在做核磁共振時聽到機器里有不同的聲音，可以聽出聲音的振動頻率時不同的，所以說這個和核磁共振的成像原理有什麼關係？

這主要是講給非影像學的了解成像原理，專業術語不那麼嚴謹。

首先要明白幾點事情，人體都是由原子構成的。每個原子都有自己的震動頻率，即，可認為它們都是在哆嗦著。每個原子由於電子環繞，故都可看成個小磁鐵。人體內水的含量最多，水含有氫原子。磁共振主要依靠氫原子來成像。

平常，人體氫原子都是雜亂無序的哆嗦著，由於各方向磁性抵消，人體整體不體現磁性。如同跳舞場大媽，在開始前熱身運動，各干各的，朝向四面八方，沒啥規律。當把人體置於一個強的外磁場中，氫原子仍按自己頻率震動，但方向為與外界磁場保持一致，整體上體現磁性。如同，音樂一響，大媽們立即面朝音響站好，這時整體方向是面向音響那裡的。此時大媽仍舊按自己的情況哆嗦著，呃，跳著舞。

此時我們加入一個射頻脈衝，那麼與射頻脈衝頻率相同的氫原子就產生共振，那麼它可能震動幅度大了，方向變了，其它氫原子因為沒有共振所以改變很小。當這個射頻脈衝消失後，這些共振的氫原子會慢慢再恢復到原來方向和幅度。這個恢複復過程就會有信號發射出來。我們檢測這個信號，就可以畫出人體圖像。

擱大媽身上，該這麼形容：你站在大媽方陣的前面大喊：「 ×××！你給我跳起來！」於是聽到的大媽一下蹦起來！在大媽蹦起的這一瞬間，你就得到了這個大媽的信息，長相，衣服......你挨個叫大媽跳一邊就得到全部的信息了，廣場大媽信息圖你終於得到了。對，你就是那個射頻脈衝！對！那個噪音的產生，有你的一份力量。

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話是這麼說，哪有這麼簡單。現在有個關鍵問題，得到的信號，我怎麼知道它是哪個位置的。

磁共振圖像一般512*512像素。需要知道每一個像素的值才能畫出一幅斷面圖像，一個部位可能需要幾百個甚至上千個斷面圖像。確定一個像素在圖像的位置，需要知道坐標X,Y。確定斷層圖像在人體的位置，還需要知道一個Z。

所以首先我要確定這個圖像所在的層面（坐標Z），然後確定像素它在這層面的位置（坐標X,Y）。此時，我們使用了三個梯度磁場。這三個磁場是線性均勻變化的，雖然相對於主磁場來說很小。通過Z軸梯度磁場的不同，我們可以確定層面，比如當前層面正好通過眼角。通過XY軸不同，我們就確定層面上的位置。此時就可以知道這個信號具體是哪個位置了。逐個畫出就得到想要的圖像了。

請大媽出來再演示一下。

當你站在大媽前喊時，有個問題沒解決。怎麼喊？你不知道名字啊。這個時候就得給大媽們站隊定個規則了。比如按身高從低到高先前後排好，然後按胖瘦從從左到右排好。這個時候你就可以喊：「165高，60公斤的跳起來看看！」諾，現在你按身高體重畫好坐標抽，在相應位置寫上你看到的大媽，就得到一個精確位置的值了。讓每個大媽跳一邊，你就可以畫出整個圖了。

其實，還有一個坐標，廣場大媽跳舞是平面的。人體是立體的。就是說大媽頭頂還有一層大媽.......大媽總是很神奇的。其實把這個坐標也按一定規律比如頭髮長短排序就好了。

扣一下問題，在這個陣型變化當中，就產生梯度場噪音。

好不容易想了這麼一齣戲，看看非專業能不能明白。

「核磁共振」==『「強磁場」中「原子核」因響應合適頻率的「電磁信號」而產生的「共振」』

1，「共振」！「共振」！

通常意義上講，一個物體受到外界給予能量的時候，應該多多少少做點什麼表示回應，比如說，物體開始振動。而這個振動的幅度，據研究表示，和輸入能量的頻率有關。

從Wiki引張圖：

我們可以看到，物體振動的幅度（Resonance Transmissibility）在

我們可以看到，物體振動的幅度（Resonance Transmissibility）在輸入信號頻率（Input Frequency）和本徵頻率（Natural Frequency）相等時可以取到爆表的極大值——這就是共振

大到黑盒子里的振蕩電路，小到槍支走火房倒屋塌的種種實例表明，宏觀世界中的人事物都有可能發生共振。而在初步縮小觀察尺寸的過程中，我們發現，微觀世界也不例外。

2.「微觀」怎麼「共振」？

回想一下剛剛喝掉的Ballatine/可樂/雞尾酒/西瓜汁，或者任何有顏色的透明液體吧。
沒有色素的時候，酒精，水，甜水，鹹水，蘇打水都是沒有顏色的。換句話說，光，作為一種能量，在透過這些無色液體的時候沒有被理睬。或天然或人工的色素參與時，色素分子/離子可以和光發生作用：吸收一部分特定波長的光。

顏色歸顏色，但這和微觀共振有啥關係呢？

首先，基礎的物理知識告訴我們，不同顏色的光具有不同大小的能量。能量的大小和光的頻率成正比。

$E=h u$

其次，所有的色素分子/離子都有一圈電子云。從量子力學的觀點出發，我們可以假定，這些構成電子云的電子分布在一系列不完全相同的能級上。而這些能級之間的距離，即能量差，是一定的。

在全色光透過染料溶液的時候，只有能量與電子能級能量差相同/極其接近的那一部分光能夠與色素髮生作用（共振！）。

什麼？你問我不發生作用的那一部分光哪裡去了？
被我們看到了唄~

總結一下，飲料和光作用讓我們看到各種好看顏色依靠的是以下幾點：

色素分子/離子的電子有不同能級。對於每一個確定的色素而言，它的各個電子能級間有相對確定的能量差/頻率差；

光的顏色、光子頻率/光子能量之間有某種神秘而恆定的關係；

光子頻率和電子能級頻率差相匹配時，能量被吸收，電子共振；

我們看到沒被吸收的光的顏色。

就像……這樣！

「核磁共振」基本上也是一回事。不過是我們檢測的信號肉眼不可見，所以必須要儀器替代我們的眼睛。

可是飲料並不是只有在強磁場下才有顏色啊！

嗯，這個槽吐的好……

之所以「具有自旋的原子核」要在『強磁場中』才能和「電磁信號」/「電磁波」/「電磁脈衝」/「高頻正交電磁場」發生「共振」，是因為「沒有磁場」的時候原子核處於能級兼并的狀態。
換言之，此時全同原子核之間不存在能級頻率差，也就無法既不能吸收能量，也不能釋放能量。
至於「磁場很弱」（比如在地磁場中）時，能級差太小，實驗條件限制太大。

定量表述的話：

$Delta E = gamma B$

原子核在外磁場的作用下會發生Zeeman裂分。
用不嚴格的類比來描述的話，原子核會因其各異的自旋狀態在外磁場中以不同的速度繞外磁場旋轉。這旋轉速度的差異會帶來能量的差異。

裂分所得多個能級之間的能量差 $Delta E$ 與 $gamma$ （原子核的核磁旋比）以及 $B$ （外磁場強度）均成正比。
與每一種原子都有其特定的相對原子質量有些類似，對於每一種原子核，其「核磁旋比」都是一個常數。

「木有自旋的原子核」即便在磁場中也不會發生能級裂分。因此，這些「木有自旋的原子核」，例如 $^{12}C$ 和 $^{16} O$ ，即便在外磁場中也沒有核磁共振活性。

總結一下：

在磁場中，「具有自旋的原子核」因Zeeman裂分而具有有不同能級。對於每一個確定的原子核而言，它的各個核能級間有相對確定的能量差/頻率差。

外加電磁場的頻率和光子能量之間有恆定的關係。

當外加電磁場的光子能量和原子核Zeeman裂分對應的能級間能量差相等/極其接近時：

用並不完全正確的的語言來描述的這一物理圖像的話，我們可以說：

『此時原子核發生自旋反轉，即產生「共振」』。

隨後我們通過各種儀器測量與磁場中原子核「共振」相關的信號。

看了以上回答，簡單說兩句，歡迎大家討論指正。
1. 核磁共振的對象是原子核，不是原子。而且，只有質子數或中子數至少有一個是奇數的原子核能用作核磁共振的研究。至於電子自旋，也同樣產生磁矩，玻爾原子模型已經不能解釋，具體原理請移步量子論。
2. 不只是氫原子核能作為核磁共振研究對象。
3. 到原子核尺度，用經典模型就不是那麼準確，原子核的自旋，帶電球體旋轉產生磁矩是粗略表述。具體原理請移步量子論。
4. 醫用核磁共振成像是科學的一大進步，自從70年代梯度系統發明出來，使得核磁共振技術應用於醫療診斷，已經挽救了無數生命，聯想到電影星際穿越里男主的老婆。可以說是分支而不是副業。
5. 關於噪音和掃描時間，這是MRI比較難解決的問題。梯度場被要求要做高速切換以減少掃描時間，在強磁場B0中必定會受強大的洛侖茲力。

這個MRI原理的抽象程度很高。。。。。話說多少生物醫學工程的學生到畢業都沒理解的。。。。

我覺得題主如果在沒有任何物理背景下光憑以上回答理解MRI原理，難度也是特別大的...
找本講磁共振的書把前三章看一下就好了。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzNTAxNDgzNg==mid=210686728idx=1sn=9127e8bc570b52c91d41f46c3b3b98adscene=2from=timelineisappinstalled=0#rd

1. 磁共振原理這個我們講了一個學期；要講透需要很好的物理功底（層主顯然沒有學好）；期待大牛講一遍（涉及從基本的物理基礎到信號處理到生理知識，真的很廣）。
2.直接回答LZ問題；這些聲音來源於梯度場（你可以理解為一個變化的磁場）使線圈產生了震動；這種震動是雜訊的來源。
3.為什麼雜訊變化了；因為使用了不同的成像參數（我們稱之為序列）來達到進行不同成像的目的（例如進行T1，T2，DWI（謝謝@陳力提醒）的時候，聲音都不同）所以進去以後一般會有一個定位相；然後就是結構或者功能掃描；然後不同的掃描就會聽到不同的聲音。

一般聽到的聲音是機器梯度場切換時產生的聲音，由於不同成像序列梯度切換的方式不同，聲音也就不一樣。

磁共振的原理就不多說了，樓上已經有大致的回答了，這個細講可以寫一本書，不作贅述。

其實題主是想知道噪音來源和成像原理之間有什麼關係。簡單來講，醫用磁共振成像設備通過採集人體中氫核（水、有機分子中大量存在）產生磁共振現象後放出的射頻信號來對人體進行成像。這是由於不同組織的氫核含量不同，得到的信號有高低差別，可以理解為「信號密度」。那麼，除了能夠分辨信號的高低，還需要對信號來源進行定位才能重建圖像。這個定位需要用到梯度場，這個梯度場的切換就是噪音的來源。

梯度場定位的原理，簡單來講，我們知道不同緯度的重力加速度有差別，梯度場就是人為製造的一個梯度變化的磁場，處在同一梯度內的氫核產生磁共振現象之後放出的射頻信號是相同的，而這個信號強度和梯度場的場強之間有換算關係，三維物體內任一點的定位需要一個包含三個值的坐標，所以梯度場需要在不同方向上切換。

建議買一本俎棟林的《核磁共振成像原理和方法》，慢慢研究。你要知道從MRI的開始到現在與之相關的研究者獲得諾貝爾獎的就超過15位，這門學問不是一句兩句就能說清楚的。

聲音來源於梯度線圈。梯度線圈的目的是產生梯度場，梯度場的主要意義（對MRI）是將不同位置的同類質子（或其它核）進行空間編碼

題主可能是對噪音很好奇……其實就是梯度場做高速切換時，線圈在強磁場B0中受到強大的洛侖茲力，發生輕微的變形，撞擊框架產生的……

推薦一個牛馬哥的博客，定期的分享一些關於核磁共振的小知識和生活小常識http://www.mriblog.com

每次去培訓最蛋疼的就是講原理，其次就是講序列……

人體的磁場和機器的磁場，通過共振檢測，然後成像。