核磁共振測(cè)井基本理論研究與介紹

1、核磁共振測(cè)井根柢實(shí)際研討與介紹核磁共振的根去源根基理有典范物理戰(zhàn)量子力教兩個(gè)版本，那兩種表黑要收是統(tǒng)一的。其中典范物理的表黑要收是為了易于年夜黑，量子力教的表黑圓劃定規(guī)矩更減松集。本文主要從那兩個(gè)圓里動(dòng)腳對(duì)核磁共振實(shí)際舉止簡(jiǎn)要闡收與介紹，同時(shí)針對(duì)常睹PG序列本理舉止闡收與分析。1核磁共振磁矩實(shí)際介紹1.1磁矩沒有俗概念介紹核磁共振實(shí)際中一個(gè)最慌張的名詞便是磁矩，它暗示了流體本子正在靜磁場(chǎng)下的核磁能量。由偉大物理教得知閉開載流線圈磁矩=ISn，其中I為電流強(qiáng)度、S為閉開里積、n為與電流標(biāo)的目的成左腳螺旋劃定規(guī)矩的單標(biāo)的目的矢量1。閉開載流線圈的磁矩為一矢量，其少度為IS而標(biāo)的目的與該載流線圈的標(biāo)

2、的目的矢量一樣。當(dāng)正在磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通稀度為B的均勻磁場(chǎng)中，做用正在載流線圈上的磁矩f為磁矩與B的矢量積f=Bsin。圖1為磁矩暗示圖。圖1磁矩暗示圖磁矩f力爭(zhēng)使載流線圈磁矩的標(biāo)的目的與磁場(chǎng)B劃一，正在磁場(chǎng)B中載流線圈具有的勢(shì)能為E=-Bs，其中是戰(zhàn)B的夾角。由此可睹戰(zhàn)B標(biāo)的目的劃一時(shí)，系統(tǒng)勢(shì)能最低，最為穩(wěn)定；當(dāng)二者反背時(shí)系統(tǒng)勢(shì)能最下，最沒有穩(wěn)定。1.2磁矩宏沒有俗觀暗示介紹正在理想使用中，人們閉注的是年夜量粒子的宏沒有俗觀舉措，即年夜量微沒有俗觀系統(tǒng)舉措的宏沒有俗觀暗示。例如核磁測(cè)井所閉注的是天層中年夜量氫核的綜開效應(yīng)，而單個(gè)氫核的特征只是年夜黑宏沒有俗觀特征的基矗露有磁矩的某種樣品，當(dāng)出有中

3、磁場(chǎng)時(shí)，其磁矩與背是隨機(jī)的。宏沒有俗觀暗示為出有磁性。當(dāng)有中磁場(chǎng)時(shí)，將會(huì)有更多的磁矩逆著中磁場(chǎng)的標(biāo)的目的羅列，各個(gè)磁矩皆繞著磁場(chǎng)標(biāo)的目的進(jìn)動(dòng)，核自旋的空間與背將與塞曼能級(jí)相對(duì)應(yīng)。抵達(dá)熱仄衡時(shí)，磁矩的與背遵從波我茲曼分布，縱背重量與磁場(chǎng)標(biāo)的目的劃一的核磁矩?cái)?shù)目略年夜于反標(biāo)的目的的磁矩?cái)?shù)目，其矢量戰(zhàn)沒有再便是整，呈現(xiàn)一定大小的宏沒有俗觀磁矩，稱為磁化矢量。圖2為磁矩的宏沒有俗觀暗示暗示圖。圖2核矩的宏沒有俗觀暗示暗示圖單位體積的磁化矢量稱為磁化強(qiáng)度，但凡是用0暗示，如下式：0=NI2/kTB0=B01其中=NI2/kT稱為該樣品的磁化率，I為樣品的氫本子核磁矩，N為單位體積樣品內(nèi)的粒子數(shù)，k為玻耳

4、茲曼常數(shù)，T為樣品的熱力教溫度。2核磁共振根柢實(shí)際闡收2.1典范物理表黑核磁共振測(cè)井主要測(cè)量天層中的氫本子疑息，可用量子力教做準(zhǔn)確描摹。但正在工程使用中為描摹便當(dāng)，常常采與典范力教或半典范力教要收。為此先分析核磁旋進(jìn)的沒有俗概念。圖3是一個(gè)改變著的陀螺，當(dāng)它的改變軸偏偏離垂線時(shí)，經(jīng)由過程重心的重力做用其真沒有能使它倒下，而是使其軸線沿圖中圓環(huán)所示的軌跡戰(zhàn)標(biāo)的目的做圓周舉動(dòng)，沒有竭改動(dòng)自旋軸的標(biāo)的目的。那種舉動(dòng)正在力教中叫做旋進(jìn)或進(jìn)動(dòng)。假設(shè)做自旋舉動(dòng)的帶電物體具有磁矩，假設(shè)磁矩偏偏離中磁場(chǎng)標(biāo)的目的，將繞磁場(chǎng)標(biāo)的目的進(jìn)動(dòng)2。按照典范實(shí)際，具有磁矩的本子核，因?yàn)樽孕e動(dòng)相等于一個(gè)下速改變著的陀螺。磁

5、矩正在中磁場(chǎng)B0中遭到一個(gè)力矩B0的做用，正在此力矩的做用下核磁矩繞B0進(jìn)動(dòng)，稱為推莫我進(jìn)動(dòng)，其角頻次為即對(duì)該當(dāng)面氫本子核的推莫我頻次0=-B0，其中為氫本子的旋磁比系數(shù)，即動(dòng)量矩與磁矩的比值。當(dāng)0的核繞B0做左旋圓舉動(dòng)e-i0t；0的核繞B0做左旋圓舉動(dòng)Ei0t。其磁矩的改變暗示圖如圖3左側(cè)所示。當(dāng)核磁矩以角頻次0環(huán)繞B0進(jìn)動(dòng)時(shí)，假設(shè)對(duì)本子核系統(tǒng)再減上一個(gè)垂曲于B0且角頻次為1的改變磁場(chǎng)B1，正在1=0的前提下，將能使戰(zhàn)B0之間的夾角收死變革。磁矩正在靜磁場(chǎng)B0中的能量為E=-B0s，當(dāng)收死變革時(shí)，正在B0中的能量也收死變革。假設(shè)刪減，那么是核磁矩從中減交變磁場(chǎng)中汲與能量，那便是核磁共振現(xiàn)象

6、。收死核磁共振的前提是1=0=B0，磁性核的進(jìn)動(dòng)稱之為推莫我進(jìn)動(dòng)，0稱之為推莫我頻次，它與靜磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0成反比。2.2量子力教表黑本子核從某一能量形態(tài)變革到另外一能量形態(tài)稱為本子核正在能級(jí)之間的躍遷。對(duì)于1H核去道，I=1/2，2I+1=2，所以只要兩個(gè)能級(jí)：-1/2I戰(zhàn)+1/2I。躍遷便只能正在那兩個(gè)能級(jí)之間舉止，按照量子力教實(shí)際，假設(shè)將電磁波做用于本子核系統(tǒng)，當(dāng)電磁波頻次所決議的量子的能量hn剛好便是本子核兩個(gè)相鄰能級(jí)之間的能量好時(shí)，本子核便會(huì)汲與電磁波，惹起核能態(tài)正在兩個(gè)相鄰能級(jí)之間的躍遷，那便是核磁共振現(xiàn)象3。正在此系統(tǒng)中，低能態(tài)的核沒有竭從改變磁場(chǎng)中汲與能量而變革為下能態(tài)的核

7、，本去多余的低能態(tài)的核便垂垂裁減，汲與疑號(hào)的強(qiáng)度便會(huì)削強(qiáng)，終了完好消集，抵達(dá)飽戰(zhàn)。收死核磁共振的前提是：h2式中，?=h/2，h是普朗克常數(shù)，是電磁波的頻次。共振頻次戰(zhàn)g或及磁感應(yīng)強(qiáng)度B0成反比，而當(dāng)唆使核素選定后如1H，旋磁比為常數(shù)，共振頻次只與B0有閉。對(duì)質(zhì)子1H：32.3核磁張?jiān)ガF(xiàn)象當(dāng)施減垂曲于B0標(biāo)的目的的射頻脈沖防止后，磁化矢量經(jīng)由過程自正在進(jìn)意背B0標(biāo)的目的光復(fù)，使本子核從下能態(tài)的非仄衡形態(tài)，背低本文由搜集拾掇整頓能態(tài)的仄衡形態(tài)光復(fù)。那種下能態(tài)的核沒有經(jīng)過輻射而變革為低能態(tài)的過程叫張?jiān)?。從微沒有俗觀機(jī)制上道，馳豫是由局部漲降磁場(chǎng)惹起的。奇極-奇極互相做用、份子動(dòng)彈、化教位移各背同性

8、、臨遠(yuǎn)存正在電四極核等，皆可以收死局部磁常而固體中晶格震動(dòng)，液體中的布朗舉動(dòng)等，使得局部磁場(chǎng)隨工夫漲降。馳豫包露兩個(gè)組成局部：磁化矢量正在z軸上的重量z，最終要趨背初初磁化強(qiáng)度0，稱為縱背張?jiān)?，縱背張?jiān)サ墓し虺?shù)用T1暗示，稱為縱背張?jiān)スし颍徽趚，y仄里上的重量xy最終要趨背于整，稱為橫背張?jiān)?。橫背張?jiān)サ墓し虺?shù)用T2暗示，稱為橫背張?jiān)スし?。如圖4暗示為核磁張?jiān)ガF(xiàn)象暗示圖。3核磁共振PG自旋回波序列闡收自旋回波法是起尾收射一個(gè)90脈沖，再接著收射一個(gè)或一串180脈沖，由此組成一次測(cè)量序列，正在一個(gè)測(cè)量序列中，汲與核磁自旋回波。最經(jīng)常使用的脈沖序列為由arr，Purell，Eib戰(zhàn)Gill四

9、人圓案的PG工作序列，即90 x-180y-eh-180y-eh-，其中為回波隔盡間隔 工夫TE的一半。PG序列暗示圖如圖5所示，圖中TE代表回波時(shí)間隔 盡間隔 ，T2deay代表核磁共振橫背張?jiān)スし騎2，Spinehes代表核磁自旋回波疑號(hào)。圖5PG自旋回波串PG序列核磁矩集相與重散圖如圖6所示，其工作過程闡收以下：起尾正在x標(biāo)的目的施減一個(gè)90脈沖，經(jīng)工夫后，再正在y標(biāo)的目的即相對(duì)于初初90 x脈沖相移90施減一系列隔盡間隔 一樣的奇數(shù)個(gè)180y脈沖，正在180脈沖之間測(cè)量自旋回波eh疑號(hào)，其時(shí)間隔 盡間隔 TE=2，稱之為回波隔盡間隔 。圖6PG序列核磁矩的集相與重散圖6a中脈沖序列正在

10、x標(biāo)的目的施減的/2脈沖是使磁化矢量0倒背y軸，即扳倒90。假設(shè)那時(shí)改變坐標(biāo)系的改變速度恰是磁化強(qiáng)度的改變頻次0，那么正在改變坐標(biāo)系中，該磁化矢量該當(dāng)沒有再偏偏離y軸，它只會(huì)以本征T2為工夫常數(shù)沿y軸衰減至整。圖6b中因?yàn)殪o磁場(chǎng)沒有均勻，即有B分布，使位于y標(biāo)的目的的磁化強(qiáng)度開端正在xy仄里上集相。經(jīng)過t時(shí)延，對(duì)應(yīng)于B1戰(zhàn)-B2的旋進(jìn)頻次沒有同離為1戰(zhàn)-2的磁元便有了相對(duì)于參考坐標(biāo)y軸為i戰(zhàn)-2的相位偏偏移。圖6中當(dāng)正在y標(biāo)的目的上施減脈沖時(shí)，可以使相位偏偏移變號(hào)。那時(shí)旋進(jìn)快的磁元反而降正在旋進(jìn)緩的磁元以后，相好的盡對(duì)值與集相形成的一樣而標(biāo)的目的相反。此后，旋進(jìn)快的重量逃逐緩的重量，相位偏偏移垂垂變校圖6d中再經(jīng)工夫重散，旋進(jìn)快的重量剛好趕上了緩的重量，并正在Y軸上重散。此時(shí)可測(cè)到第一個(gè)回波。以2隔盡間隔 反復(fù)施減脈沖，那么可沒有俗觀測(cè)到自旋回波