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1.發展史
1946年，美國哈佛大學的Edward Purcell和史丹福大學的Felix Block領導的兩個研究小組發現了物質的核磁共振現象。他們二人於1952年被授予諾貝爾物理獎。1967年，Jasper Jackson第一次從活的動物身上測得信號，使NMR方法有可能用於人體測量。1971年，美國紐約州立大學的R.Damadian教授利用核磁共振譜儀對鼠的正常組織與癌變組織樣品的核磁共振特性進行的研究發現，正常組織與癌變組織中水質子的T1值有明顯的不同。1972年，美國紐約州立大學石溪分校的Paul C. Lauterbur第一個作了以水為樣本的二維圖像，顯示了核磁共振CT的可能性，即自旋密度成像法。這些實驗都使用限定的非均勻磁場，典型辦法是使磁場強度沿空間坐標軸作線性變化，以識別從不同空間位置發出的核磁共振信號。1978年，核磁共振的圖像質量已達到X線CT的初期水平，並在醫院中進行人體試驗。並最後定名為磁共振成像(MRI)。磁共振成像作為一種較新的醫學成像技術，國際上從1982年才正式用於臨床。（以上內容來自百度百科）
2.磁共振現象
含單數質子的原子核，例如人體內廣泛存在的氫原子核，其質子有自旋運動，帶正電，產生磁矩，有如一個小磁體（圖1）。小磁體自旋軸的排列無一定規律。但如在均勻的強磁場中，則小磁體的自旋軸將按磁場磁力線的方向重新排列（圖2）。在這種狀態下，用特定頻率的射頻脈衝進行激發，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發生了磁共振現象。圖1 質子帶正電荷，它們像地球一樣在不停地繞軸旋轉，並有自己的磁場
圖2 正常情況下，質子排列雜亂無章。施加一個強外磁場，它們的排列就會發生改變，僅在平行或反平行於外磁場兩個方向上排列。
3.弛豫過程
在一個勻強磁場B0中，氫原子核有兩種自旋狀態：沿著磁場方向（up狀態）和沿著磁場反方向（down狀態）。旋轉的頻率與磁場強度相關,稱為拉莫頻率。平均而言，大部分的原子核是沿著磁場方向旋轉的，因此在達到平衡狀態下，會產生一個與B0方向的相同的磁化矢量M0（圖3）（magnetization），這個M0就是MRI信號的來源。圖3 磁化矢量M0
將B0的方向定義為z軸方向，再添加一個方向與z軸垂直的磁場B1, 讓B1也沿著B0的方向以拉莫頻率進行旋轉（圖4）。圖4 磁場B1（綠色）
簡化：設想有一個旋轉的參考系，其旋轉頻率也是拉莫頻率，B1在相對於該參考系而言就是靜止的了。在B1的作用下，M0會以B1為旋轉軸進行旋轉，經過一個很短的時間，M0旋轉了90度，落在了x-y平面（圖5）。圖5
B1稱為90度脈衝，此時移除B1，x-y平面的磁化為Mxy,其大小與M0相同， z軸方向的磁化為Mz，其大小為0. MRI中的信號採集線圈就是測量Mxy的，如果Mxy的大小為0，就沒有信號輸出。移除B1之後，磁化狀態會逐漸恢復到原來的平衡狀態，這個過程稱為弛豫(relaxation), 具體表現為兩方面：Mxy逐漸恢復為0，Mz逐漸恢復到M0（圖6）。圖6 弛豫過程
恢復到原來平衡狀態所需的時間則稱之為弛豫時間（relaxationtime）。有兩種弛豫時間:自旋-晶格弛豫時間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時間（longitudinal relaxation time）稱T1（圖7上）。自旋-自旋弛豫時間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時間（transverse relaxation time）, 稱T2（圖7下）。圖7 T1和T2弛豫
4.自由感應衰減信號FID
只要B1存在，磁化矢量M0圍繞B1的進動角度θ就會繼續擴大，M0在xy平面產生一個分量Mxy，B1關閉，產生T1和T2弛豫，核自旋從B1吸收的能量又釋放出來。宏觀上，M0圍繞B0以拉莫頻率進動，但它在xy平面投影Mxy越來越小，最後等於0，運動軌跡如圖8。在x或y設有一接收線圈，這個線圈可以是發射射頻脈衝的線圈，也可是單獨線圈，由於Mxy在線圈軸線上轉動，相當於線圈內磁場方向變化，於是在線圈兩端感應出很小的電動勢，這個電動勢就是NMR信號，叫自由感應衰減信號FID。FID強度按指數規律衰減，快慢由弛豫時間決定，也與研究區域自旋密度ρ有關。FID是MRI成像的信號源。圖8 90°脈衝FID信號
參考：
https://wenku.baidu.com/view/1dcfa996f01dc281e53af0d8.html
https://blog.csdn.net/gefeng1209/article/details/95068091?