核磁共振的基本原理介绍

核磁共振的基本原理介绍第1页/共24页（一）核有磁性

核由质子和中子组成；质子带正电，中子不带电；所以，原子核带正电的。另外，有些核具有内秉角动量（自旋）。奇数核子奇数原子序数，偶数核子因而核有磁性。第2页/共24页磁矩描述磁场强度与方向的矢量

自旋角动量；旋磁比，每个核都有一特定的值。有正有负，核磁矩的方向与其有关。第3页/共24页（二）没有外磁场作用单个磁矩随机取向；系统宏观上没有磁性。第4页/共24页（三）静磁场作用单个自旋

要受力矩作用，表现：（1）原子核吸收能量，磁矩取向变化（极化）；第5页/共24页

（2）磁矩绕静磁场Ｂ0静动(与陀螺在重力场中发生进动类似)。

进动频率（Larmor频率)第6页/共24页（四）静磁场作用整个自旋系统

整个自旋系统被磁化产生宏观磁化量M0（M0的变化过程是核磁测井观测对象）第7页/共24页（五）垂直方向上施加交变磁场在垂直Ｂ0方向上加交变磁场，频率ω=ω0=γB0发生核磁共振吸收现象。也就是M被扳倒。脉冲，M扳倒90度脉冲，M扳倒180度第8页/共24页（六）交变磁场作用后—弛豫磁化矢量朝Ｂ0方向恢复，使核自旋系统从非平衡分布恢复到平衡分布。纵向弛豫T1横向弛豫T2第9页/共24页1纵向弛豫/T1非平衡态磁化矢量的纵向分量恢复到初始磁化矢量M0的过程弛豫速率1/T1弛豫时间T1磁能级粒子数发生变化，自旋体系能量也要发生变化，自旋与晶格交换能量，又称自旋-晶格弛豫。Mz是以1/T1的速率按指数恢复到Z方向的初值。第10页/共24页第11页/共24页2横向弛豫/T2非平衡态磁化矢量的水平分量Mxy衰减至零的过程弛豫速率1/T2弛豫时间T2磁化矢量进动相位从有序分布趋向无规则分布，自旋体系内部相互作用，自旋与晶格不交换能量，又称自旋-自旋弛豫。横向弛豫按指数衰减

第12页/共24页第13页/共24页（一）核磁共振信号测量（二）核磁共振测井仪（三）核磁共振测井过程与特点二核磁共振测井第14页/共24页1.自由感应衰减法2.自旋回波法3.反转恢复法（测T1）（一）核磁共振信号测量第15页/共24页

自由感应衰减的核心是利用某种方法使与静磁场B0平行的核磁化强度M0扳转90度以激发自由进动信号。（1）射频脉冲法（2）预极化法1.自由感应衰减法第16页/共24页（1）射频脉冲法

用一个90度射频脉冲使原来沿静磁场方向的磁化矢量扳转90度，然后进行观测，得到的信号即是自由感应衰减信号（或FID信号）（早期的斯仑贝谢核磁测井仪器采用此种方法）第17页/共24页（2）预极化法

在稳定磁场B0的垂直方向上加一较强的预极化磁场Bp，由于极化磁场很强，最初沿稳定磁场建立起来的平衡态磁化强度M0会发生偏转而沿总场的方向取向。(Mp)

如果极化时间足够长，Bp>>B0，所以Mp近似与M0方向垂直。这时突然撤去Bp，因时间很短，Mp绕B0进动（w0),由于驰豫，在进动的同时，纵向分量恢复到平衡态的M0，而横向分量将按有效横向驰豫时间T2*确定的速率衰减。第18页/共24页

这时在垂直于B0方向上探测，在接收线圈中可以观测到一个频率为W0变化的自由进动信号。（俄罗斯现代核磁测井仪器采用此种方法）第19页/共24页

自由感应衰减法所使用的静磁场B0都是采用的大地地磁场，因而产生的信号很弱。第20页/共24页2自旋回波法现代核磁信号的测量采用（CMR,MRIL,MREx）CPMG脉冲

测量过程：极化-扳倒-失相-重聚-测量

-再失相-再重聚