拍核磁，究竟拍的是什么？

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

拍核磁，究竟拍的是什么？

如今，当我们走进医院，一定能感受到核医学技术无所不在：X 射线成像、CT 成像、磁共振成像、各种放射治疗技术等为我们的健康保驾护航，也极大地促进了现代医学的发展。

我们通常听到的 " 拍核磁 "，其实就是磁共振成像（MRI），又叫核磁共振成像。自 1937 年，拉比（Isador Isaac Rabi）发现核磁共振的现象开始，磁共振技术在随后的几十年中迎来了飞速发展，如今已成为临床检查和诊断中必不可少的设备。在整个磁共振技术的发展中，一共有 6 次诺贝尔奖诞生。

拍核磁，究竟拍的是什么？

图 2 核磁共振成像技术的发展图 | 俞博毅

拍核磁，究竟拍的是什么？磁共振设备是如何得到我们身体内组织结构的影像的呢？我们可以从 " 核 "、" 磁 "、" 共振 "、" 成像 " 这几个部分去理解。

Part.1

核磁共振成像的 " 核 "

我们知道人体是由原子构成的，而原子中包含了原子核和核外电子。核磁共振的 " 核 " 其实就是原子核。原子核的类型有很多种，每一种原子核都可以进行核磁共振成像吗？当然不是，只有磁性原子核才可以进行核磁共振成像。

原子核的磁性来源于原子核的磁矩，而原子核的磁矩又源于原子核有自旋角动量。我们可将原子核视为一个球体，所有的磁性原子核都具有一个特征，那就是绕着自己的轴高速旋转，我们把原子核的这一特性称之为自旋（Spin）。

简单来讲，原子核内的质子和中子的数目决定了原子核是否为磁性原子核。若原子核内的质子数和中子数均为偶数，则这样的核不能自旋产生核磁，是非磁性核，反之则为磁性原子核。

拍核磁，究竟拍的是什么？

由于原子核表面带正电，磁性原子核自旋就会产生环电流，从而产生具有一定大小和方向的磁化矢量。我们把这种由磁性原子核自旋产生的磁场称为核磁。

拍核磁，究竟拍的是什么？

图 3 我们可以把原子核想象成一个球体。原子核表面的正电荷高速旋转产生环电流，环电流进而会产生一定大小和方向的磁化矢量。图 | 李佳昕

即便如此，我们的身体中仍然有较多的磁性原子核，选择什么样的磁性原子核来进行我们人体的磁共振成像呢？

拍核磁，究竟拍的是什么？

表人体内常见的磁性原子核数据源 |《磁共振成像技术指南 --- 检查规范，临床策略及新技术应用》

如上表所示，氢原子核在人体内含量最高，而且磁化率也是最高的，所以我们一般用氢原子核进行磁共振成像。因此，拍核磁，拍的就是 "氢原子核"，也可以被称为 "质子"（因为氢原子核里没有中子，只有一个质子）。

人体内的氢原子核主要来自于三类化合物——水、脂肪、蛋白质，但是蛋白质内的氢原子核一般没有 MRI 信号，所以人体中的 MRI 信号主要来自于水，部分组织中的信号也来自于脂肪。

Part.2

核磁共振成像的 " 磁 "

既然我们身体中的氢原子核都具有核磁，我们每个人身体里数以亿万计的氢原子核都会产生磁场，我们为什么没有成为万磁王？

拍核磁，究竟拍的是什么？

图 4 万磁王是漫威漫画公司旗下的超级反派，他可以控制任何形式的磁场。图源 | 百度百科

这是因为我们身体中的氢原子核具有无序性，各个方向的磁化矢量相互抵消，所以宏观上我们是不具有磁性的。

那么，如何观测身体内的磁共振信号呢？

每一个氢原子核产生的磁场类似于一个小磁针，会在磁场中受到力的作用而偏转。如果我们外加一个主磁场，由于磁场中力的作用，氢原子核产生的磁化矢量就会与主磁场方向平行同向或者平行反向。