核磁共振（NMR）是指具有核磁矩的物質在磁場作用下發生能級分裂，並在合適頻率的電磁場激勵下發生能級躍遷，吸收並且重新發射電磁輻射的現象。具體什麼頻率的電磁波可以使原子核發生能級躍遷，這取決於分裂能級之間的能量差，而這個能量差又和外加磁場有關。在實際應用中，頻率一般在60~1000MHz。NMR可以觀察到一些特定原子核的磁學性質，因此可以用於分子物理、晶體學研究等等。當然我們熟知的還有用於醫學的核磁共振成像。

想要讓一個原子核發生核磁共振，需要以下幾個步驟：

給原子核一個合適的豎直方向的磁場，使原子核在磁場下發生能級分裂，分別對應於自旋1/2和自旋-1/2；

透過加一個垂直方向（即水平面）的交變電磁場，如果電磁場的頻率合適，則核將會吸收電磁場能量從低能級躍遷到高能級。

兩個場之所以選成相互垂直，可以使核磁共振的強度最大。發生核磁共振之後，核自旋的磁矩就會發生一個變化，表現在宏觀上是磁化強度的變化，這種變化可以被核磁共振譜儀探測到，從而展現為系統磁化強度隨電磁場頻率的變化。根據最後繪製出的圖譜我們便可以判斷出相應原子核的核磁共振頻率。

核磁共振現象最開始由Rabi於1938年提出並進行了對分子束的相關核磁共振測量，他因此獲得了1944年的諾貝爾物理學獎；1946年，Bloch和Purcell將此項技術擴充套件到了液體和固體，他們因此也一起分享了1952年的諾貝爾物理學獎。

圖1. 為核磁共振做出貢獻的三位科學家，從左到右依次是Rabi，Bloch，Purcell。

Rabi, Bloch和 Purcell觀察到了把具有磁矩的原子核（比如1H和31P）放入磁場中時可以吸收射頻輻射的能量，而對應於每一種特定的原子核，總是對應於一種特定頻率的電磁輻射。這種現象允許我們可以透過測量共振頻率研究分子中的化學成分或結構資訊。

我們可以 根據核磁共振研究物質的結構、反應動力學、化學反應價態、分子所處的化學環境等等。下圖是乙醇的核磁共振譜。其中橫座標為化學位移，縱座標為訊號強度。從圖中可以看出乙醇分子中有三種不同化學環境的氫原子。

圖2. 乙醇的核磁共振譜

核磁共振成像（MRI）是一種醫學成像技術，屬於放射科，可用於人體器官或生理學過程的成像。在實際使用過程中需要用到強磁場和電磁輻射去實現人體組織成像。MRI沒有用到X射線，需要和人們常常說的CT相區分。

圖3. 先天性心臟病患者的心臟MRI

顧名思義，從名字可以看出，核磁共振是原子核的共振成像，共振是當外加激勵作用於系統時，開始作強迫振動，如果外加的頻率等於系統固有頻率時，強迫振動的振幅達到振動的最大值，這種現象叫共振。共振全球最具影響力的事件是拿破崙的軍隊邁著整齊的步伐透過一座橋時，步兵使橋振動的頻率恰好等於或者是幾倍的橋固有振動頻率，把橋給振段了。

原子核具有一個重要的性質——自旋（為寫這個文章特意翻了大學時的量子力學），由量子力學可知，質子數和中子數都是偶數的核稱為偶偶核，自旋為零；質子數和中子數都是奇數的核稱為奇奇核，其自旋為h/2π的整數倍，h為普朗克常數。質量數為奇數的核稱為奇A核，自旋是h/2π的半整數倍，遵從費密-狄拉克統計律，這樣的粒子稱為費米子。質量數為偶數的核稱為偶A核，遵從玻色-愛因斯坦統計律，這樣的粒子稱為波色子。

自旋就會產生自旋磁矩，但是我們見到的物質並不會表現出磁性，這是因為各個原子核的磁矩方向不一致，東倒西歪，雜亂無章，因此整體上不會表現出磁性，但是外加一個強磁場結果就不一樣的。在外加強磁場的作用下就會排列整整齊齊的，自旋方向就會變得一致。

一個形象的例子就是大媽跳廣場舞，音樂開始前熱身階段，各跳各的，整體表現的沒有任何規律，如果音樂響起來以後，大媽們動作就變得整齊了。

由於原子核自旋的速度不同，所以表現的自旋頻率就不同，如果射頻發射器發射出脈衝訊號輻射的能量恰好等於自旋核兩種不同取向的能量差時，原子核的自旋幅度就會改變、振幅加大，當射頻訊號頻率改變，原子核又會恢復到原來的幅度，在躍遷恢復的過程中就會有射線放出，被接收器接收。改變射頻發射器發射脈衝的頻率，不同部位的原子“興奮”，就可以得到人體的某一部點陣圖像了。

人體就是個“水貨”，成年人體含水量在65%左右，因此核磁共振的目標原子選擇為氫原子。在實際做核磁共振時還需注意，要聽從醫生的建議，不可以把鐵質性物品帶入檢測室。否則後果是這樣的。

　　核磁共振是什麼?

　　核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。

　　核磁共振應用：核磁共振成像(MRI)檢查已經成為一種常見的影像檢查方式，核磁共振成像作為一種新型的影像檢查技術，不會對人體健康有影響，但六類人群不適宜進行核磁共振檢查即：安裝心臟起搏器的人、有或疑有眼球內金屬異物的人、動脈瘤銀夾結紮術的人、體內金屬異物存留或金屬假體的人、有生命危險的危重病人、幽閉恐懼症患者等。不能把監護儀器、搶救器材等帶進核磁共振檢查室。另外，懷孕不到3個月的孕婦，最好也不要做核磁共振檢查。

　　核磁共振檢查什麼

　　全身軟組織病變

　　胸部病變

　　縱隔內的腫物、淋巴結以及胸膜病變等，可以顯示肺內團塊與較大氣管和血管的關係等。

　　盆腔臟器

　　子宮肌瘤、子宮其它腫瘤、卵巢腫瘤，盆腔內包塊的定性定位，直腸、前列腺和膀胱的腫物等。

　　骨與關節

　　骨內感染、腫瘤、外傷的診斷與病變範圍，尤其對一些細微的改變如骨挫傷等有較大價值，關節內軟骨、韌帶、半月板、滑膜、滑液囊等病變及骨髓病變有較高診斷價值。

　　核磁共振的注意事項

　　1、摘掉所有飾物

　　檢查過程中，強大的磁場會吸附所有金屬物件，並可能使你受傷。因此一定記得摘掉所有首飾，包括肚臍和腳上的飾物。

　　2、不要化妝

　　有些化妝品中含有金屬，它們會與磁場發生反應。所以檢查當天不要化妝，包括指甲油、止汗藥、防曬霜等，最好護髮產品也不要用。

　　3、你可能會感到焦慮

　　有些人會在接受檢查時感到恐懼或焦慮，類似幽閉恐懼症的感覺。所以最好在進入機器前先閉上眼睛，在整個過程中不要睜開。你不妨想像一些比較有趣的事情，或者你喜歡的人或寵物。有的人需要服用抗焦慮的藥物。

　　4、讓醫生了解你的紋身情況

　　在檢查過程中，紋身中的顏料會加熱，導致面板受到刺激甚至灼傷，遮蓋也不管用。檢查中如果面板有刺激感，應立刻停止。

　　5、檢查時間也許比你預期的長

　　標準的檢查程式只有15分鐘左右，但有可能被拉長到一個小時。所以你不妨在檢查前吃點東西，而且一定要去趟衛生間。

　　6、檢查過程中噪音很大

　　在進行檢查的時候你可能會聽到很大的噪音，像一臺衝擊鑽在施工，音量高達82~118分貝，所以最好提前戴上耳塞。一些人尤其是小孩子也許會受到驚嚇，因此他們需要服用鎮靜劑來安靜地接受檢查。當然已有靜音磁共振裝置，但是估計普及到各個醫院還需要一段時間。

　　7、可能感覺熱

　　在無線電波的作用下，體表溫度可能會升高1攝氏度左右，因此有些人會在檢查過程中感到熱。這時不要擔心，保持冷靜。

　　8、別亂動

　　如果你在檢查過程中移動了，就得重新做一遍。

　　9、不必擔心放射線輻射

　　核磁共振使用的是強大的磁場和無線電波，沒有X射線，因此不用擔心輻射危。

　　核磁共振副作用

　　核磁共振檢查對人體的危害

　　1、核磁共振成像是利用電子計算機對人體斷面進行影象分析診斷的檢查方法，它不用X線，而是磁場，其基本原理是人體所含氫原子在強磁場下給予特定的高波後會發生共振現象，產生一種高波數的電磁波。核磁共振正是利用這個性質,採用電子計算機對磁場的變化收集處理並圖形化。

　　2、核磁共振成像可以顯示脂肪、全身臟器、肌肉、快速流動的血液、骨骼和空氣等。對臟器內部結構也能清楚顯示。醫生可以很好的識別病人體內的腫瘤、炎症、壞死病灶、異常物質沉著、功能阻礙、血液迴圈阻礙等病變。對於神經系統、胸部、腹部及四肢各種疾病的診斷提供了很大的幫助。

　　結語：核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。