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核磁共振自由感应衰减信号(FID信号) 原理展示
发布时间:2017-04-26   点击次数:1845次

  自由感应衰减(free induction decay, FID)是核磁共振现象的表现形式。下面将对核磁共振中的自由衰减信号(FID)进行简要的介绍。

  核磁共振设备中会使用若干种不同种类的线圈。主要包括:梯度线圈和射频线圈两种,下面简单介绍下射频线圈的功能。

  射频线圈具有发射和接收两个基本功能,包括发射线圈本接收线圈。发射线圈的功能是向检测样品发射射频脉冲,使质子的纵向磁化强度矢量发生翻转。接收线圈的功能是接收样品的核磁共振信号。

自由感性衰减信号(FID)

  这里以π/2脉冲为例,在x轴方向通过发射线圈发射π/2脉冲,在旋转坐标系内,脉冲结束时,纵向磁化强度矢量M0翻转到xOy平面内并位于y‘轴方向。这样在π/2脉冲以后,可以得到一个横向磁化强度矢量。Mxy ,在xOy平面的运动是螺旋形衰减,见图1。若把发射线圈作为接受线圈,依据法拉第电磁感应定律可知,当旋转的 Mxy穿过xOy平面内位于x轴上的接收线圈,引起拖过线圈磁通量的变化时,就可在接收线圈内产生一感应电动势(或感应电流),这个感应电动势或感应电流称为核磁共振信号。

图1.横向磁化螺旋式衰减


  由于Mxy是一个按正弦规律振荡、按指数规律衰减,所以接受的信号也是按正弦规律振荡,按指数规律衰减。信号变化如图2(a)。因此,这种按正弦规律振荡、按指数规律衰减的核磁共振信号习惯被称为自由感应衰减信号(free induction decay)

图2. FID信号波形

  需要特别注意的是:由于Mxy以角频率ω0绕外磁场转动,接收到信号的角频率也是ω0,即信号的频率与射频脉冲相等,也就是产生核磁共振的频率。当一个较小的纵向磁化强度矢量M0在π/2脉冲作用下翻转到xOy平面内,其产生的FID信号见图2(b),这说明FID信号的大小与π/2脉冲停止后,Mxy初始大小或π/2脉冲作用前纵向磁化强度大小有关,Mxy越大,同一时刻产生的FID信号越强。

  FID信号是强度随时间的变化波形,经傅立叶变换后偶可得到核磁共振信号强度随频率ν变化的波形,即核磁共振谱,如图3,图中ν0为共振频率。


图3

 

核磁共振实验教学案例展示:硬脉冲FID 序列测量拉莫尔频率

图4.偏振状态下的FID信号

图5.接近共振状态下的FID信号

图6.共振状态下的FID信号

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