答案

氫原子核

解析

核磁共振成像（英語：Nuclear Magnetic Resonance Imaging，簡稱NMRI），又稱自旋成像（英語：spin imaging），也稱磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI），是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，簡稱NMR）原理，依據所釋放的能量在物質內部不同結構環境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發射出的電磁波，即可得知構成這一物體原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。

將這種技術用于人體內部結構的成像，就產生出一種革命性的醫學診斷工具。快速變化的梯度磁場的應用，大大加快了核磁共振成像的速度，使該技術在臨床診斷、科學研究的應用成為現實，極大地推動了醫學、神經生理學和認知神經科學的迅速發展。

從核磁共振現象發現到MRI技術成熟這幾十年期間，有關核磁共振的研究領域曾在三個領域（物理學、化學、生理學或醫學）內獲得了6次諾貝爾獎，足以說明此領域及其衍生技術的重要性。

磁共振成像是一種較新的醫學成像技術，國際上從一九八二年才正式用于臨床。它采用靜磁場和射頻磁場使人體組織成像，在成像過程中，既不用電子離輻射、也不用造影劑就可獲得高對比度的清晰圖像。它能夠從人體分子內部反映出人體器官失常和早期病變。它在很多地方優于X線CT。雖然X-CT解決了人體影像重疊問題，但由于提供的圖像仍是組織對X射線吸收的空間分布圖像，不能夠提供人體器官的生理狀態信息。當病變組織與周圍正常組織的吸收系數相同時，就無法提供有價值的信息。只有當病變發展到改變了器官形態、位置和自身增大到給人以異常感覺時才能被發現。磁共振成像裝置除了具備X線CT的解剖類型特點即獲得無重疊的質子密度體層圖像之外，還可借助核磁共振原理精確地測出原子核弛豫時間T1和T2，能將人體組織中有關化學結構的信息反映出來。這些信息通過計算機重建的圖像是成分圖像（化學結構像），它有能力將同樣密度的不同組織和同一組織的不同化學結構通過影像顯示表征出來。這就便于區分腦中的灰質與白質，對組織壞死、惡性疾患和退化性疾病的早期診斷效果有極大的優越性，其軟組織的對比度也更為精確。

擴展知識

原子核自旋，有角動量。由于核帶電荷，它們的自旋就產生磁矩。當原子核置于靜磁場中，本來是隨機取向的雙極磁體受磁場力的作用，與磁場作同一取向。以質子即氫的主要同位素為例，它只能有兩種基本狀態：取向“平行”和“反向平行”，他們分別對應于低能和高能狀態。精確分析證明，自旋并不完全與磁場趨向一致，而是傾斜一個角度θ。這樣，雙極磁體開始環繞磁場進動。進動的頻率取決于磁場強度。也與原子核類型有關。它們之間的關系滿足拉莫爾關系：ω0=γB0，即進動角頻率ω0是磁場強度B0與磁旋比γ的積。γ是每種核素的一個基本物理常數。氫的主要同位素，質子，在人體中豐度大，而且它的磁矩便于檢測，因此最適合從它得到核磁共振圖像。

從宏觀上看，作進動的磁矩集合中，相位是隨機的。它們的合成取向就形成宏觀磁化，以磁矩M表示。就是這個宏觀磁矩在接收線圈中產生核磁共振信號。在大量氫核中，約有一半略多一點處于低等狀態。可以證明，處于兩種基本能量狀態核子之間存在動態平衡，平衡狀態由磁場和溫度決定。當從較低能量狀態向較高能量狀態躍遷的核子數等于從較高能量狀態到較低能量狀態的核子數時，就達到“熱平衡”。如果向磁矩施加符合拉莫爾頻率的射頻能量，而這個能量等于較高和較低兩種基本能量狀態間磁場能量的差值，就能使磁矩從能量較低的“平行”狀態跳到能量較高“反向平行”狀態，就發生共振。

由于向磁矩施加拉莫頻率的能量能使磁矩發生共振，那么使用一個振幅為B1，而且與作進動的自旋同步（共振）的射頻場，當射頻磁場B1的作用方向與主磁場B0垂直，可使磁化向量M偏離靜止位置作螺旋運動，或稱章動，即經射頻場的力迫使宏觀磁化向量環繞它作進動。如果各持續時間能使宏觀磁化向量旋轉90º角，他就落在與靜磁場垂直的平面內。可產生橫向磁化向量Mxy。如果在這橫向平面內放置一個接收線圈，該線圈就能切割磁力線產生感生電壓。當射頻磁場B1撤除后，宏觀磁化向量經受靜磁場作用，就環繞它進動，稱為“自由進動”。因進動的頻率是拉莫爾頻率，所感生的電壓也具有相同頻率。由于橫向磁化向量是不恒定，它以特征時間常數衰減至零為此，它感生的電壓幅度也隨時間衰減，表現為阻尼振蕩，這種信號就稱為自由感應衰減信號(FID, Free Induction Decay)。信號的初始幅度與橫向磁化成正比，而橫向磁化與特定體元的組織中受激勵的核子數目成正比，于是，在磁共振圖像中可辨別氫原子密度的差異。

因為拉莫爾頻率與磁場強度成比例，如果磁場沿X軸成梯度改變，得到的共振頻率也顯然與體元在X軸的位置有關。而要得到同時投影在二個坐標軸X-Y上的信號，可以先加上梯度磁場GX，收集和變換得到的信號，再用磁場GY代替GX，重復這一過程。在實際情況下，信號是從大量空間位置點收集的，信號由許多頻率復合組成。利用數學分析方法，如傅里葉變換，就不但能求出各個共振頻率，即相應的空間位置，還能求出相應的信號振幅，而信號振幅與特定空間位置的自旋密度成比例。所有核磁共振成像方法都以這原理為基礎。