核磁共振自由感應衰減信號(FID信號) 原理展示

時間：2017-4-26 閱讀：16600

　　自由感應衰減(free induction decay, FID)是核磁共振現象的表現形式。下面將對核磁共振中的自由衰減信號（FID）進行簡要的介紹。

　　核磁共振設備中會使用若干種不同種類的線圈。主要包括：梯度線圈和射頻線圈兩種，下面簡單介紹下射頻線圈的功能。

　　射頻線圈具有發射和接收兩個基本功能，包括發射線圈本接收線圈。發射線圈的功能是向檢測樣品發射射頻脈沖，使質子的縱向磁化強度矢量發生翻轉。接收線圈的功能是接收樣品的核磁共振信號。

自由感性衰減信號（FID）

　　這里以π/2脈沖為例，在x軸方向通過發射線圈發射π/2脈沖，在旋轉坐標系內，脈沖結束時，縱向磁化強度矢量M0翻轉到xOy平面內并位于y‘軸方向。這樣在π/2脈沖以后，可以得到一個橫向磁化強度矢量。M_xy ，在xOy平面的運動是螺旋形衰減，見圖1。若把發射線圈作為接受線圈，依據法拉第電磁感應定律可知，當旋轉的 M_xy穿過xOy平面內位于x軸上的接收線圈，引起拖過線圈磁通量的變化時，就可在接收線圈內產生一感應電動勢（或感應電流），這個感應電動勢或感應電流稱為核磁共振信號。

圖1.橫向磁化螺旋式衰減

　　由于M_xy是一個按正弦規律振蕩、按指數規律衰減，所以接受的信號也是按正弦規律振蕩，按指數規律衰減。信號變化如圖2（a）。因此，這種按正弦規律振蕩、按指數規律衰減的核磁共振信號習慣被稱為自由感應衰減信號（free induction decay）

圖2. FID信號波形

　　需要特別注意的是：由于M_xy以角頻率ω₀繞外磁場轉動，接收到信號的角頻率也是ω₀，即信號的頻率與射頻脈沖相等，也就是產生核磁共振的頻率。當一個較小的縱向磁化強度矢量M₀在π/2脈沖作用下翻轉到xOy平面內，其產生的FID信號見圖2（b），這說明FID信號的大小與π/2脈沖停止后，M_xy初始大小或π/2脈沖作用前縱向磁化強度大小有關，M_xy越大，同一時刻產生的FID信號越強。

　　FID信號是強度隨時間的變化波形，經傅立葉變換后偶可得到核磁共振信號強度隨頻率ν變化的波形，即核磁共振譜，如圖3，圖中ν₀為共振頻率。