核磁共振信號的產生

物質由原子構成，質子是原子核內的主要微粒，核磁信號就是來源于質子。以氫質子為例，由于其帶有正電荷，且自身高速旋轉，可以看做一個環形電流，由電磁理論可知，電生磁，質子產生一個磁矩，可以將其看做一個小磁針。樣品內部無數的小磁針按自身的方向雜亂排列，相互抵消，總磁矩為零。

當樣品置于一個靜磁場中時，原有的平衡被打破了。根據量子力學原理，核磁矩在外磁場中的空間取向是量子化的，只能取確定的方向，氫核可取兩個方向，這兩個方向的位能不同，一高一低。

氫核從原有的平衡狀態到裂分為兩個取向，稱為塞曼能級分裂。形象的說，好比小磁針放到靜磁場后，分為了兩個陣營：順從派和抵抗派。順從派能量較小，能級較低，和靜磁場方向相同，抵抗派能量較大，能級較高，和靜磁場方向相反，且兩派的力量不均等，順從派稍多于抵抗派，每 10 萬個核，兩派數量差一個。就是這多出的一個磁矩，積少成多，形成了一個與主磁場同方向的磁化矢量，是核磁共振信號的來源。

磁化矢量沿主磁場方向旋轉，如果施加一個適宜的射頻場，該磁化矢量就會發生傾斜，從而形成核磁共振信號。適宜的射頻場是指頻率與磁化矢量拉莫爾進動頻率一致。如前面講的比喻，磁化矢量好比一個垂直于地面的沙袋，射頻場發射的脈沖好比拳頭，只有拳頭力量匹配沙袋的重量，沙袋才會傾斜，從而在地面形成一個投影。這個投影就是儀器檢測到的核磁信號。沙袋傾斜后會逐漸回復到平衡狀態，投影會越來越小，直至消失，檢測到的核磁信號也是一個衰減的信號。