在医学诊断和科学研究中，磁共振成像（MRI）是一种极为重要的技术，它能够提供人体内部结构的高分辨率图像，帮助医生发现许多疾病的早期迹象。那么，磁共振成像背后的磁力究竟从何而来呢？这背后蕴含着精妙的物理原理。

磁力之源：超导磁体

磁共振成像设备中的磁力主要来源于一个强大的超导磁体。这个超导磁体是磁共振仪的核心部件之一，它能够产生一个高度均匀且强大的静磁场。以常见的1.5T（特斯拉）设备为例，超导磁体所产生的磁场强度远超地球磁场，为磁共振成像提供了基础条件。

超导磁体之所以能够产生如此强大的磁场，得益于超导材料的特性。在极低温环境下，超导材料电阻降为零，电流可以在其中无损耗地流动。当给超导磁体通以强大的电流后，电流会在磁体内部形成稳定的环形回路，从而产生强大的磁场。为了维持超导状态，磁共振设备配备了复杂的低温系统，使用液氦等制冷剂来保持超导磁体处于极低温环境。

原子核的磁性

人体内含有大量的氢原子，而氢原子核（质子）具有自旋角动量，这就赋予了它磁矩。在没有外加磁场时，这些质子的磁矩方向是随机分布的，宏观上相互抵消，不表现出磁性。然而，当人体被置于超导磁体产生的强大静磁场中时，情况就发生了变化。

根据量子力学原理，质子的磁矩在外加磁场作用下会发生塞曼效应，即能级分裂。质子的磁矩会倾向于与外加磁场方向平行或反平行排列，形成不同的能级。低能级的质子数量略多于高能级，宏观上在磁场方向上产生了一个微弱的磁化矢量。

射频脉冲与磁共振现象

为了使质子产生磁共振现象，需要施加一个特定频率的射频脉冲。这个射频脉冲的频率与质子在外加磁场中的进动频率相同。质子在绕自身轴旋转的同时，还会围绕外加磁场方向做锥形运动，这种运动称为进动，进动频率与外磁场场强呈正比。

当射频脉冲的能量与质子的进动频率相等时，处于低能级的质子会吸收射频脉冲的能量，从低能级跃迁到高能级，这就是磁共振现象。射频脉冲激发后，质子会经历弛豫过程，即从高能级回到低能级。弛豫过程分为纵向弛豫（T1弛豫）和横向弛豫（T2弛豫）。T1弛豫是指质子系统的磁化矢量恢复到平衡状态的过程，与质子的自旋晶格相互作用有关；T2弛豫是指质子横向磁化矢量的衰减，与质子之间的相互作用和分子运动有关。

信号检测与图像重建

在弛豫过程中，质子会释放出磁共振信号。这些信号被接收线圈接收后，转换为电信号，并通过放大器进行放大。经过复杂的处理和重建，这些电信号可以形成人体内部的图像。

磁共振设备使用多种算法和技术来重建图像，这些算法基于磁共振信号的强度和时间信息，以生成不同对比度的图像，如T1加权像、T2加权像等。通过对多个层面的扫描和图像重建，可以获得人体各个部位的三维图像。

磁共振成像的磁力来源于超导磁体产生的强大静磁场，而人体内氢原子核的磁性以及射频脉冲的激发和弛豫过程，共同构成了磁共振成像的物理基础。通过检测质子弛豫过程中释放的磁共振信号，并进行图像重建，磁共振成像技术为医学诊断和科学研究提供了强大的工具。

作者：河南科技大学第二附属医院 磁共振 仝向莎

专业审核：《健康河南》编辑部

编辑：门靖狄

校对：张红改

终审：高   明

分享健康知识

共担健康责任