大家應該都知道，近些年醫院多了一種“拍片子”的方式，叫做核磁共振，價格比以前的X光貴了好幾倍。這個核磁共振到底是什麼原理呢？今天咱們就來深入的瞭解一下這隻世界上最敏銳的“眼睛”——核磁共振儀。
核磁共振室
核磁共振，全稱核磁共振成像技術（英文縮寫為MRI），是繼X射線、CT之後醫學影像學的又一重大進步。
早在1930年，美國物理學家伊西多·艾薩克·拉比就發現在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列，而施加無線電波之後，原子核的自旋方向會發生翻轉。
伊西多·艾薩克·拉比
這是人類首次發現原子核、磁場、電磁波射頻場之間的相互作用，拉比也因此於1944年獲得諾貝爾物理學獎。
1944年諾貝爾物理學獎得主
1973年，美國科學家保羅·勞特布爾引進梯度磁場技術，並逐點誘發無線電波，最終獲得了世界上第一幅二維的人類大腦核磁共振圖像。
人類大腦核磁共振圖像
隨後英國科學家彼得·曼斯菲爾德進一步驗證和改進了這種技術，並發現不均勻磁場的快速變化可以更快地繪製物體內部結構圖像。他還證明可以用數學方法分析獲得的數據，為利用計算機快速繪製圖像奠定了基礎。
彼得·曼斯菲爾德
在以上二人成果的基礎上，世界上第一臺醫用核磁共振成像儀於1980年問世。因在人類健康領域的突出貢獻，二人共同獲得了2003年度的諾貝爾生理學或醫學獎。
彼得·曼斯菲爾德和保羅·勞特布爾
那麼核磁共振是如何發生的呢？
大家都知道物質是由分子組成的，分子又由原子組成，原子又包括原子核、電子。
原子結構圖
近代量子學發現，原子核、電子和地球一樣，也存在自轉現象。
電子圍繞原子核高速運動
根據圓周運動規律，圍繞一個定點或軸線旋轉的物體都具有角動量，並遵循角動量守恆定律。自轉而做圓周運動的原子核也同樣擁有角動量。
角動量
原子核的自旋角動量具體數值由其自旋量子數決定。在量子力學中，任何體系的角動量都是量子化的，質子是自旋為1/2的粒子。具體原因我實在表達不好，量子力學太難了···總之原子核在自轉，像其他自轉的物體，比如陀螺，一樣擁有角動量，但這個角動量太小了，要用微觀世界的量子力學計算。
原子核自旋方向
上期文章中我們瞭解了電生磁原理，由於原子核攜帶正電荷，當原子核自旋時，會產生一個磁矩（可以理解為磁場），這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。
磁矩的計算
將原子核置於外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉，就好像旋轉的陀螺被外力給推歪了。
原子核在外磁場中的運動
這時，我們再向在磁場中運動的原子核發射電磁波，在射頻脈衝作用下原子核就會發生能級躍遷。
能級躍遷
射頻脈衝突然消失後，原子核的能級會恢復到之前的狀態。這時，原子核就會以光（電磁波）的形式釋放出一道逐漸衰減的能量。我們常說的核輻射就是這個原理。
原子核輻射
整個過程用一個形象的例子比喻一下就是：原子核好比靜止的琴絃，電磁波就好像我們的手指，我們用手指撥動一下琴絃，就像電磁波照射了一下在磁場中運動的原子核後很快消失，這個時候琴絃會振動發出一陣逐漸減弱的響聲，就類似原子核釋放出的逐漸衰減的能量。
琴絃震動慢動作視頻
這股被釋放出的能量即可作為信號被探測到，但信號是衰減的，導致探測到的信號也是衰減的，這種信號被稱為自由感應衰減（FID）信號。
由感應衰減（FID）信號
這種信號並沒有實際意義，但過傅利葉變換，FID信號可以被轉變為有意義的光譜，經過計算機再進行復雜的數學計算處理，最終結果打印出來就成為了肉眼可見的核磁共振光片。
傅利葉變換
核磁共振光片
臨床醫學檢查中使用的核磁振儀的原理便是如此。將人體置於磁場中，用無線電射頻脈衝激發人體內含量最多的物質——水的氫原子核，引起氫原子核共振，並吸收能量。在停止射頻脈衝後，氫原子核按特定頻率發出射電信號，並將吸收的能量釋放出來。探測器接收信號，經計算機處理獲得圖像。
病人做核磁檢查
通過整篇文章的敘述，相信大家也消除了另外一個疑惑：拍核磁有輻射嗎？
很顯然，沒有。因為該方法只是測量人體自身身體中的氫原子核共振產生的電磁波，而不是像X光一樣通過核物質輻射射線來穿透身體組織。核磁共振成像技術的最大優點就是能夠在對身體沒有損害的前提下，快速地獲得患者身體內部結構的高精確度立體圖像。
X光機
其實，為了避免人們把這種技術誤解為核技術，科學家早已把核磁共振成像技術的“核”字去掉，稱為其為“磁共振成像技術”，英文縮寫即MRI。 但大家已經叫習慣了，生活中仍然將其稱為拍核磁。
拍核磁
今天的內容就到這裡，敬請期待下期，帶你領略核磁共振儀內部的精密與複雜，詳細講述其製造難度，並解答拍核磁為什麼價格那麼高的問題。
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