核磁共振自由感应衰减信号(FID信号) 原理展示

　　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。M_xy ，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 M_xy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M_xy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M_xy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，M_xy初始大小或π/2脉冲作用前纵向磁化强度大小有关，M_xy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