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，依附着质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，因此质子的正电荷也跟着自旋，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，不同的是，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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