它是获得诺贝尔奖次数最多的专题
它横跨物理、化学、医学、生物等多个学科
一层厚厚的屏蔽门，更增添它的神秘色彩
它有“核”，但非放射性核，对身体安全无害，
你看医生会让孕妇和刚出生的小婴儿去做，可见其安全
它就是——核磁共振
历年因核磁共振获得诺贝尔奖的科学家
核磁共振不仅仅包含磁共振成像，还有高场核磁、低场核磁、电子顺磁共振等，服务对象也不单单限于临床诊疗，还有很多应用在化学结构鉴定、石油勘探、岩土建筑材料研究、食品科研及安全等等。
它应用广泛，但是原理却异常生涩难懂
所以本文并不打算从量子力学去讲原理，咱们用宫斗戏名角——甄嬛传的画风演绎核磁原理，更适用于新手和小白。
为了帮助大家更好的理解，本文会辅以必要的文字介绍。
核磁共振是一种物理现象，主人公（原子核）在满足一定条件下才会发生的现象。好比太阳、月亮、地球需要满足一定的位置关系时才会出现日食或月食一样。那需要满足什么条件呢？
有核有磁有射频 射频拉莫两相等
听不懂没关系，我们让甄嬛女主给大家慢慢讲！
核磁共振中的“核”指的是原子核，并非放射性的“核”。并不是所有的原子核都能够产生核磁共振现象。能够产生核磁共振的原子核我们把它叫做磁性原子核。
原子核结构图（高中物理）
那么什么原子核能够产生核磁共振呢？我们知道原子核是由：核内质子和中子及核外电子组成的。如果一个原子核质子数和中子数有一个是奇数，那么就是磁性原子核，就能够自旋产生磁场。反过来理解就是，一个原子核如果质子数和中子数都是偶数，就不是磁性原子核。
这样的话，满足这个条件的原子核（元素）非常之多。那么我们磁共振成像主要采用哪种原子核呢？
磁性原子核核磁共振性质对比
▲图片来源网络，侵权联系删除
对于医学而言：人体氢元素含量最多的组织就是水（以自由水为主）和脂肪组织，H原子的天然丰度最高，1H的相对磁化率最大（核磁共振现象更明显）
对于其他领域而言亦是如此：水和油脂是食品中的重要成分、水和泥浆原油一起存在于地层之中，水参与水泥、凝胶的水化反应等等，于是H谱核磁众望所归。
天然丰度概念：以H为例，自然界中存在的所有的H原子的同位素（1H、2H、3H中，1H所占的比例）
原子核都有一个属性：自旋，类似地球自转，自旋如同质量一样是原子核的本征属性。每一个自旋核都相当于一个小磁针，在自然状态下大家杂乱无章的旋转，因此对外并不表现磁性，磁矩为0。
当外加磁场时，原子核除了自旋之外，还会围绕着外加磁场的方向进行旋转运动。这个就类似于地球不仅自己自转，还会围绕着太阳进行公转一样。类似于陀螺样运动我们把这种运动方式称为进动。
进动的频率叫做拉莫尔频率Larmor Frequency
ω=γ×B0
其中：ω是角频率，γ代表旋磁比，它跟原子核的类型有关是个常量（H原子核的γ=42.58 MHz/T）B0代表外加磁场强度。
在外加磁场的作用下，自旋状态的H原子核分化成两种状态，听话的核顺着磁场方向进动，而还有一些不听话的原子核偏偏逆着磁场方向进动。顺着磁场方向能量低，逆着磁场方向能量高。因此就出现了能级分裂，也叫塞曼能级分裂。
▲塞曼能级裂分
处于高、低能级的H质子数量符合玻尔兹曼分布，受温度和主磁场强度的影响。
其实，低能级质子比高能级质子并没有多多少，在9.4T的外加磁场情况下，低能级质子（和外加磁场方向一致）数目仅仅比高能级质子（和外加磁场方向相反）数目多0.031%，可以说是非常少的。外加磁场越大，这个数目差距会变大。所以，为什么场强越高，磁共振信噪比越高，因为场强越高后，低能级质子数目比高能级质子数目更多，这样感生的磁场也更大，信噪比也更高。
处于高低能级的H质子存在能量差，此时实现共振的关键一步来了，射频脉冲（其实就是施加一定频率一定时间的能量），这时射频脉冲需满足两个条件：
1. 射频脉冲的频率等于质子的进动频率，也就是Larmor频率
2. 射频脉冲的能量等于两个能级之间的能极差
此时，质子吸收能量，就产生了核磁共振现象。
射频频率=进动频率，这是发生核磁现象的必要条件之一，在纽迈分析的核磁软件中，第一步就是寻找SF中心频率，就是寻找所需要的射频频率是多少。
质子吸收能量后在宏观和微观的变化
当射频脉冲的频率等于Larmor频率后，质子吸收能量产生共振。因为射频都是有一定的角度的，如果角度合适（偏转90°），图像说得非常明白，微观上，低能级质子吸收能量后可能会跃迁到高能级。宏观上感生的磁场方向会发生变化，原先竖直向上的磁化矢量M0,此时随着原子核向XY平面章动，宏观磁化矢量慢慢由原来的Z方向，偏转到X轴方向。
好花不常开，射频能量不可能无限施加下去，当撤去射频脉冲后，跃迁到高能级的那部分质子，还是得乖乖的回到低能级，这个过程当然会释放能量，这个过程叫做弛豫，释放的能量便是我们核磁共振检测样品信息的信号来源，关于弛豫部分，我们下回继续讲解。
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