質子的共振現象

質子的共振現象

【共振的定義】

共振是指一物理系統必須在特定頻率下，相比其他頻率以更大的振幅發生振動，這些特定頻率稱之為共振頻率。通俗的說就是特定頻率的能量從一個震動著的物體傳遞到另一個物體，而使後者以前者相同的頻率發生震動。

自然中有許多地方有共振的現象如：樂器的音響共振、太陽系一些類木行星的衛星之間的軌道共振、動物耳中基底膜的共振，電路的共振等。

舉例：音叉的共振。當敲擊一個中型音叉，音叉發生振動，旁邊放置的音叉只有中型的音叉發生了振動，其振動頻率與敲擊的音叉頻率一致。這就是共振。

【共振的作用】

我們前面講述了質子產生了縱向的宏觀磁化矢量，並沒有產生橫向的磁化矢量。縱向的宏觀磁化矢量與主磁場方向相同，其大小也幾乎不變，這時不能切割接收線圈，就不能產生電流，也就檢測不到信號。

那要怎樣就會產生磁共振信號呢？

要產生磁共振信號，就要宏觀磁化矢量切割接收線圈，產生電流。但是靜態磁場的宏觀磁化矢量幾乎不變，那麼我們就要利用到共振原理，使磁化矢量發生變化，也就是對人體發射一定頻率的射頻脈衝（電磁波），部分低能的H質子進動頻率與激勵脈衝頻率幾乎一致的時候，會吸收脈衝能量，開始共振。共振後 ，H質子由於能量增高，將抵禦主磁場的作用，開始偏轉方向，當激勵能量足夠時，H質子的偏轉角度可以到達90°，甚至180°。微觀中，當H質子偏轉其縱向磁化矢量也反生偏轉。共振使這些被激勵的H質子的會一致的進行進動。如下圖：

【共振H質子的變化】

宏觀看，部分低能的方向發生偏轉，在縱向的磁化矢量會不斷減小。由於共振會使被激勵的H質子的相位一致，橫向的磁化矢量會逐漸增大。所以在XY平面產生了方向一致並且在XY平面旋轉的宏觀磁化矢量。當橫向的宏觀磁化矢量等於原來靜態的縱向磁化矢量的時候，停止激勵。這時正好縱向的宏觀磁化矢量為0。橫向的磁化矢量也比較大，可以測量如下圖：

圖示(A)當組織放置在一個足夠強的靜磁場中時，在組織的一個體素中被誘導出磁化矢量M。(B)給予特定(拉莫爾)頻率的射頻脈衝和正確的激勵時間，將磁化矢量M從B的方向（縱向方向）轉向橫向平面(垂直於B)，這時可以測量進動磁化矢量。(C)磁化矢量一旦從B翻轉，橫向磁化就會繞著與B平行的軸進動。進動的磁化矢量導致了變化的磁通量，將切割附近的接收器線圈。振蕩的信號導致接收器線圈中產生振蕩電流。測量的振蕩電流的振幅就是信號強弱。

當失去射頻脈衝的激勵，發生了什麼呢？下節課再講。

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