本发明是关于确定人处在稳定、均匀磁场内核磁共振分布的一种方法，其步骤为： a）产生一个射频电磁脉冲，以便得到核自旋响应信号，
b）经过一个准确周期后，在测量周期采样一组核自旋响应信号，
c）每次等一个周期后，重复步骤a和b数次，以便每次得到（n′）组每组（n）个信号，经过信号转换后，就能确定所产生的核磁共振分布图象。
本发明还涉及到确定人体核振共振分布所用的设备，由如下设备组成：
a）产生稳定、均匀磁场的装置，
b）产生射频电磁辐射的射频振荡器和线圈，
c）产生梯度磁场的装置，
d）采样装置，用来采样由a、b节持指的设备所产生的响应信号，
e）处理装置，用来处理采样设备给出的各组信号，从而确定核磁共振分布图象，
f）控制装置，用来控制b到e节所述的各装置，其目的是为了产生、调节、采样和处理各组采样信号。
此种方法（也叫核磁共振断层X射线摄影方法）和设备来自荷兰专利申请，藏录号为NL-A-82-03519。按照这种方法，被检测的人暴露在稳定、均匀强磁场B0中，例如，B0的方向和笛卡几坐标系（X、y、Z）的Z轴方向一致。稳定磁场B0引起人体内梭自旋的微量偏振，同时能使梭自旋对B0磁场方向产生一个进动运动。加入磁场B0后，最好产生一个90°射频电磁辐射脉冲（角频率ω＝γ·B0，γ是旋磁比，B0是磁场强度），以便使体内核磁方向以90°角旋转。90°脉冲结束后，核自旋沿B0磁场方向进行进动运动，这样就产生一个响应信号（FID信号）。采用的梯度磁场Gx、Gy、Gz的方向和B0磁场的方向一致，总的磁场BB＝B0+X·Gx+Y·Gy+Z·Gz。B的磁场强度放位置而定，因为梯度磁场Gx、Gy、Gz的强度在X、Y、Z方向有梯度。
加90°脉冲后，对Gx磁场加一个Zx周期，接着对Gy磁场加一个Zy周期，使在不同位置受激核自旋的进动运动受到影响。经过准准备期（即tx+ty）后，对Gz磁场加Zz周期，在Nz测量时刻采样FID信号（实际上全部原子核磁化总和），接着这种测量过程重复1×m一次，每个位置使用不同tx、ty数值。这样就能得到（NZ×m×1）次的采样信号，该信号就是人体在X、Y、Z空间磁化分布的有关信息。把采样信号Nz×m×1存在一个存贮器中（Nz×m×1）存贮单元），然后，FID采样信号经过三继傅里叶转换，就得到核磁共振分布图象。
很明显，另一种方法也是可能的，就是利用选择激磁法，只是在二维空间层产生核旋FID信号（有一个方向任意选择），例如只需产生m次FID信号就能借助于二维傅里叶转换，得到所选空间层中m×Nz地磁化分布图。
以前各种设备及方法所采用的射频脉冲用来激励人体所需区域的核自旋。为达到激励磁目的，在磁场作用下例如（1-2.5T）的情况下，需要较宽的频带脉冲。
因此，在以前的设备及方法中遇到许多问题。例如，频带增加二倍（三倍）时（在整个频带中，为使核自旋转相同角度，各种信号频率的强度保持相同），则所需要能量增加二倍（三倍）。然而，所加射频脉冲的时间间隔必须减少1/2或1/3，这样射频发生器要提供四倍（九倍）于峰值功率的能量，这是一个严重的缺点。
本发明的目的是提供一种新的方法和设备，在这种方法中，射频脉冲带宽的增加和射频脉冲的峰值只是比例增加，因此，可以使用一个性能好价格低的频率发生器。
因此，本发明的方法的特点是：射频电磁脉冲是调频脉冲，在本发明的方法中，瞬时射频信号通过所需的频带，各种频率一个接一个被搜索，好象使信号加到有关的对象上似的。
本发明最好的一种方法具有如下特点：即调频脉冲是时间的线性函数，这种方法的优点是：各种受频率响应的核自旋在同一周期全部受响应，因此射频脉冲对于连续的各种脉冲总有一个基本相同的幅值。
可以证明，在检测区域受不同位置不同磁场影响的核自旋，在频率调制射频脉冲的影响下，有不同的相位漂移。在线性调频射频脉冲的情况下，这种相位漂移和频率变化速率成反比，就是说和每时间单位的频率变化成反比，这种特性可以用来补偿相位漂移，相位漂移影响对反回信号的估算，在估算中，选定单位时间内射频脉冲频率的变化量，这样处在不同磁场中的核自旋由单一射频脉冲引起的相位漂移可以相互补偿。
前面已经说过，这种相位漂移是由单一原子核在人体的不同部位受不同的磁场所引起的。这样的差异不希望来自稳定磁场的不均匀性，而是故意施加梯度磁场产生的。因为这种相位漂移也和人体在检测区的不同位置、核自旋谐振频率之差的平方成正比，同时也和有关位置磁场强度之差的平方成正比。在本发明的改进方法中，采用梯度磁场，在射频脉冲时，梯度磁场是存的，在射频脉冲或射频脉冲频率相对所选的时间单位变化时，梯度磁场的强度也是存在的，所以由单一脉冲引起的核自旋相位漂移互相补偿。
选择梯度磁场的梯度或单位时间频率的变化量，取决于有关的测量方法，在记录自旋反回信号时，在90°脉冲期间梯度磁场有效，在180°脉冲期间梯度磁场有效且向同一方向延伸。
本发明中选定的梯度磁场或时间单位时间内频率变化率，使其满足：
g21/β1＝2g22/β2
g1，g2分别为两次射频脉冲期间梯度磁场的梯度，β1，β2分别为对应期间单位时间频率变化量，
然而，当记录一个所谓受磁反回信号时，情况就不同了，对于此种方法E·L·Hahn 1950.11.5的第80期“物理周报”有过文章。J·E·Tanner在1970.3.1第5期总期52期的“化学物理杂志”PP2523-2526有过论述。连续产生三个射频脉冲，至少头二个尽可能是90°脉冲。受激反回信号在第三丁射频脉冲后某一时刻达到最大值，而第三个脉冲与前两个脉冲的时间差相吻合，在这种方法中，通过选定梯度磁场和单位时间频率变化率，使其满足g21/β1＝g22/β2+g23/β3，就可以消除上述提到的我们所不希望有的相位漂移。g1，g2，g3分为三次射频脉冲期间的梯度磁场的梯度，而β1，β2，β3分别为对应脉冲期间单位时间内频率变化量。
本发明装置的特点是，射频振荡器装置同时包括一个频率调制装置，它用来产生一个频率是时间函数的振荡器频率。
本发明改进型的具体装置的特点是：射频振荡器包括一个定频振荡器和一个90°相位调制仪，定频发生器的输出通过90°相位调制仪接到射频线圈上。
发明中某些具体装置将参照草图在下面作详细描述，其中：
图1是一个线圈系统，它构成本装置的一部分;
图2是实现本方法的装置;
图3是本设备频振荡器的具体实现方案;
图4是本设备射频振荡器改进型的具体实现方案;
图5是本设备射频振荡器的最好的具体实现方案。
图1是线圈系统10，它构成确定人体20内某些部位核磁共振分布装置的一部分，此部分有一厚度，例如△Z，△Z位于直角坐标系（X、Y、Z）的X-Y平面，坐标系的Y轴垂直于图面且向上延伸。线圈系统10产生一个平行于Z轴的均匀稳定磁场。三个梯度磁场Gx，Gy，Gz产生一个平行Z轴的磁场和一个射频磁场，它们的梯度方向分别平行X、Y、Z轴。为此，线圈系统10要包括一组主线圈1，用于生产稳定均匀主磁场B0，其磁场强度为0.2-2泰斯拉（Tesla）。主线圈1可以装在球心位于X、Y、Z坐标原点O的球2的表面，垂线圈的轴和Z轴一致。
线圈10还包括四个线圈3a和3b，3a和3b装在同一球的表面上，用于产生梯度磁场GZ，为此，第一组线圈3a的激磁与第二组线圈3b的激磁电流方向相反，图中分别用⊙和表示，⊙表示电流进入线圈3的断面，表示离开。
线圈系统10还包括例如四个矩形线圈5（图中只画出二个）或四个别的线圈比如“Golay线圈”用于产生梯度磁场Gy。为了产生梯度磁场Gx，利用四个线圈7，7的形状和5一样且相对于线圈5沿Z轴转过90°角。图1还标出一个线圈11，用于产生和探测射频电磁场。
图2是实现本方法的操作装置15，该装置15包括上面已提到线圈1，3，5，7，11;电流发生器17，19，21和23分别激励线圈1，3，5和7;一个激励线圈11的射频信号发生器。装置15还包括射频信号探测器27;解调器28;采样电路29;处理器例如A/D转换器31;存贮器33;用于信号转换（例如傅里叶转换）的运标电路35;控制信号采样时刻的控制器37;还有显示装置43和中央控制器45，它们的功能和相互关系下面作详细说明。
装置15用来确定人体20某部核磁共振分布的操作方法，这前面已经讲过。这种方法包括几个步骤，“测量”开始前，人体20内的核自旋受到谐振激发，控制器45启动电流产生器17，使核自旋谐振激发，因此激发了线圈1，也就产生了稳定均匀磁场B。
之后，暂时接通射频发生器25，使线圈11产生一个射频电磁场，加上这个磁场，人体20内的核自旋被激发，受激原子磁化与B0形成一个给定的角度例如90°（90°射频脉冲），激发的地点和那个核自旋被激发取决于磁场B0的强度、所施加的梯度磁场和射频电磁场的角频率ω等诸因素，因为要满足方程ω＝γ·B0，式中γ是旋磁比（对于自由质子例如H2O（水）质子，γ/2π＝42.576MHz/T）。激磁周期后，中央控制器45切断射频发生器25，在每次测量周期开始，先进行谐振激发。有些操作方法，在测量周期，还把射频脉冲引入人体。这些射频脉冲例如180°射频脉冲，可以周期地引入人体，后者叫做“自旋反射”，1982年5月科学美国人上发表的I.L.Pykett的文章“核磁共振图象在医学中的应用“对此有过论述。
下一步，采集采样信号，在中央控制器45的控制下，根据测量性质不同（例如核自旋密度分布、流动速度分布、分光仪的定位位置）分别按通电流发生器19、21、23来产生梯度磁场。响应信号（也叫FID信号）的检测是接通射频检测器27，解调器28，采样电路29，A/D转换器33和控制器37来实现。FID信号显视为核磁化对于B0磁场方向引起的进动运动，而B0由射频激磁脉冲产生。这种核磁化在检测线圈中引起一个感应电压，它的幅值就是核磁化的大小。
转换器31把采样电路29采集的模拟量的FID信号转换成数字信号，并存在存贮器33中。测量周期结束后，中央控制器45切断发生器19、21、23;采样电路29;控制器37和A/D转换器31。采得的FID信号存在存贮器33中，并用傅里叶转换法把FID信号转换成体内某部被激发的核自旋的核磁化分布图象。人体受激使核自旋的范围由施加磁场（主磁场B0和梯度磁场G给出）及射频脉冲的频率（发生次数）来确定，方程式ω＝γ（B0+GZ·Z）成立（当Z轴方向有梯度磁场存在时，或者Z＝（ω-γ·B0）/（γ·GZ）。若射频脉冲有一个△ω带宽，则△Z＝△ω/γ·GZ。当ω0是射频脉冲频谱的中心频率时，则核自旋将以△Z厚度被激发，△Z对中心平面Z＝（ω0-γ·B0）/（γ·GZ）对称闭封。当主磁场B0的强度为2T（1012），均匀度为25PPm（百万分之二十五）时，需要5mT/m梯度磁场强度才能使几何变形限制到1Cm。对于给定的梯度磁场强度，为激励1厘米厚的△Z片，需要2KHz带宽的射频脉冲。如采用三维傅里叶轭式图解法（提供三维图象）。应激励较厚的片，例如有10厘米厚的片，就需要20KHz宽的射频脉冲，根据目前的技术状态，需要一种能提供100倍峰值功率的射频发生器。上述事情可作如下说明：脉冲P（t）的傅里叶交换就是F（P（t））＝P（ω）。带宽增加a倍和频率比减少a倍是等效的，因此，傅里叶转换写成ρ（ω/a）来代替P（ω）。傅里叶反转换F（P（ω/a））＝｜a｜·P（at）。于是，脉冲在时域内减少a倍，脉冲幅值增加相同倍数。
对于频率调制射频脉冲来说，上述具体装置中的射频发生器只要提供10倍峰值功率的能力。这是可以理解的，频率恰好是时间的线性函数，射频脉冲的瞬时频率ω（t）＝ω+βt（ω0，β是常数），因此，射频脉冲的相位φ（t）＝ω0（t-t0）+ 1/2 β（t2-t2o）。当射频脉冲的频率随系统的拉莫尔（Larmor）频率（W0＝γ·β0）变化时，随角频率ω0旋转的坐标系的相位为φ（t）＝ 1/2 β（t2-t2o），令t＝to，假设相位为零，结果φ（t）＝ 1/2 βt2，射频脉冲表示为S（t）＝Aexp（ 1/2 iβt2），幅值A是常数。S（t）的傅里叶变换为
S（ω）＝Ai / β]]>exp（-iω2/2β），频谱从-∞到+∞，S（ω）选用矩形波时，时间函数像Sin（x）/x函数一样，在整个时间域（-∞，+∞）取值，对选定的S（ω）频谱，最好是矩形波，矩形波的前后沿由高斯曲线形成。这样，时间信号是一个类似方波的波形，其前沿按指数增加，经衰减振荡信号达到最终值。而后沿是前沿的反射镜对称图象。上述方波只是能采用的各种波形中的一种，它们都满足时域、频域有严格定义这一要求，信号波形可按如下方法来确定
a）根据所需片厚度和梯度磁场增强（为了有选择的激励），估算所需的带宽△ω，当氢质子密度成象时（80MHZ），频带宽度相当于500Hz到50KHz。
b）选择脉冲宽度（例如1-10毫秒），脉冲宽度越大，所需峰值功率越小。但是，脉冲宽度过大时T2松弛时间的影响变得十分显著。
c）根据频带宽度和脉冲宽度确定频率变化β（采用核自旋反回技术时），对于180°脉冲的β与90°脉冲的β比较大约为2倍，这以后还要讲到。
d）选择频谱函数（包路线）例如
式中例如△Z可取2π·10KHZ，b可取2π-500Hz
e）根据以上条件，计算出整个时间信号，以便控制频率调制振荡器。
f）调整射频脉冲数值，使以角频率ω0旋转的坐标系对磁射频场β1（X′）t、β2（y′）t满足下面方程：
∫γ·（B1（X′）t+iB2（y′）tdt＝π/2 对于90°脉冲
∫γ·（β2（X′）t+iβ2（y′）tdt≈1.3π 对于180°脉冲
式中γ是旋磁比。
图3是本发明装置15中采用的第一种发射频振荡器25的具体实现方案，振荡器25包括一个空频振荡器61，一个低频振荡器63，一个幅值调制器65，一个频率滤波器67和一个二级幅值调制器69。振荡器61产生的频率fo和振荡器63产生的信号f共同加到调制器65上，信号f从力增加到f2（最好线性增加），fo是已知的，调制器65的输出信号包括fo+f（上频波）和fo-f（下频波）两种，只有一个信号送到滤波器67，从而滤波器67或把频率大于fo的信号滤掉，或把频率小于fo的信号滤掉。滤波器67的输出信号经幅值调制器69（例如一个可控制的放大器）接到射频线圈11上（图1和2）。
频率f1和f2的变化确定产生射频信号的带宽。调制器65（也可以90°相位乘法器）产生一个“恒定”幅值的射频信号，其幅值与调制器69的时间信号 S（t）相乘， S（t）是射频脉冲（包络线），这个时间信号由 S(t)=S21( t ) + S22( t )]]>来决定，式中S1（t），S2（t）分别表示在频谱中所选函数的傅里叶交换的真实的和出现的信号。很明显，时间信号 S（t）应加振荡器63的频率同步变化。
图4是本装置15中采用的另一种射频振荡器25的具体实现方案，射频振荡器25包括一个受电压函数发生器73控制的电压控制振荡器71，当电压控制振荡器73的频率是控制电压的线性函数时，则电压函数发生器73产生一个△V电压，当然，△V必须和时间信号 S（t）同步，同时△V控制一个幅值调制器75，以便形成所希望的射频脉冲。幅值调制器75的输出信号和射频线圈11相连接。
图5是本装置15（图1和2）中采用的最好的一种射频振荡器25的具体实现方案，射频振荡器25包括一个定频发生器81和含有90°移相器87的相位调制器，二个幅值调制器83、85和一个加法器电路89。定频振荡器81产生的射频信号（coswt）经90°移相器87加到幅值调制器85上。幅值调制器83、85分别接收时间信号S1（t）和S2（t），S1（t），S2（t）分别表示在频谱中所选函数的傅里叶交换时真实的和出现的时间信号。加法器电路89，这时只包括一个微分放大器构成，接收调制器83，85的输出信号，并把二个信号合成，加法器89的输出信号S（t）
＝S1cosωt-S2（t）sinωt
＝Re（S1（t）+iS2（t）expiωt）
并送到射频线圈11。
当采用频率调制激磁脉冲（90°脉冲和180°反回脉冲）的方法时，出现一种情况，其中受激核自旋出现一个互感相位差，该相位差是角频率△ω的平方律函数，这在下面讨论。这种现象在选择激磁情况下是非常明显的扰动，因为它在所选择切片的横向出现。相位差依平方律为距所选切片中心平面距离的函数，再现了这种复激核自旋产生的响应信号（FID或自旋反回信号），因此，对于受激片核磁化分布图象的使用是不适合的。
上述所说的现象可作如下解释。激磁所用的调频脉冲（90°或180°脉冲）通过射频率信号得到，射频信号的角频率是时间的线性函数。时间从（ω0-△ω）到（ω0+△ω），脉宽从-△t到+△to，显然，调频脉冲的性质是以角频率ω1（由于梯度场或主磁场不均匀性）谐振的核自旋实际上在很短时间（t1-εt）到（t1+ε1）内受影响。当调频脉冲的角频率ω0“通过”上述核自旋的角频率ω1时，就是这种情况。时间周期2εt比输入脉宽Z△t要小得多，因此，假定这种情况，核自旋方向要求在90°或180°反转刚好在调频脉冲角频率ω1和对应的时刻t1时出现，射频脉冲结束后，核自旋的相相位受到两种作用影响。a）调频脉冲本身相位t1，b）在核自旋反转时刻t1。
影响a说明在90°脉冲情况下，核自旋（从Z轴）以X-y平面确定的相角旋转，在180°脉冲情况，核自旋和给定相角线反射成象。假设调频信号按下式形成：
cos（ωot+βt2）对于-△t≤t≤△t
角频率变化量β满足β＝△ω/2△t。
当t1时刻的角频率为ω1时，T1式成立
ω1＝ω0+2βt1
t1＝（ω1+ω0）/2β
令τ＝t-t1
有cos（ωot+βt2）＝cos（ωτ+βτ2+ωot+βt21）。
因此，可得出，在一个以角频ω0旋转的系统中，谐振角频率为ω的核自旋就处于次要地位，影响这些核自旋的脉冲相位相对于影响以角频率ω0谐振的核自旋的脉冲有一个相位差ψω（1）。
影响b是由梯度磁场的选择引起的，梯度磁场经常出现在90°脉或180°脉冲的情况下，用于体内切片有选择的激磁;用于感应不同核自旋的角频差;它在to到t2周期接通核自旋反转以前，以角频ω1谐振的核自旋在t1-to期间受梯度磁场的影响，反转以后，在t2-t期间受梯度磁场的影响。在90°脉冲情况下，核自旋不受梯度磁场的影响。但是，在t2-t1期内却受影响。这引起一个相对于ω0谐振的核自旋相位差ψ（2）
ψ（2）＝（t2-t1）（ω1-ω0）
＝t2（ω1-ω0）-（ω1-ω0）2/2β
对于以角频率ω1谐振的核自旋来说，在90°脉冲情况下，总的相位置后等于线性表达式
对于180°脉冲的情况存在下式，在t1时刻脉冲本身相位为ψω1＝（ω1-ω0）2/4β，它同时又表示X-Y平面上反射镜象线的相位或角度，核自旋受180°脉冲对X-y平面镜象线反射。当这一角度不等于零时，会在核自旋相位中引起一个附加相位，数值为上述角度的两倍。因此，180°脉冲引起的相位置后由下式决定
ψ（180）ω＝-（ω1-ω0）2/2β
对于由于主磁场不均匀引起的频率差可以用同样方法推导：
进一步考虑平方项表达式
φω(90)= (-(ω-ω0)2)/(4β) 和φω(180)= (-(ω-ω0)2)/(2β)
考虑到由于180°脉冲的作用，表达式ψ（90）ω对旋自旋起相反作用，可以看出，当180°脉冲的角频率β180的变化率是90°脉冲的角频率β（90）的变化率约2倍时，平方项将相互中和。在采用选择梯度磁场时，还有一种方法使平方项ψ（90）ω和ψ180ω相互补偿，就是使180°脉冲期间梯度场比90°脉冲期间梯度场小2]]>倍。
尽管两种方法都有效，只有奇数反射信号可用于图象再构成。因为90°脉冲引起的平方律属性是第一个180°脉冲补偿的，第二个（2ne）180°脉冲引起的平方律只能被第三个（2°n+1e）180°脉冲抵消，对上述问题以后会出答案，该方法使用公式180°调频脉冲。以τ时刻为中心的最佳180°脉冲，使得在t＝0时刻所有核自旋相位在2τ时刻回到原来的相位。逐次引入三个连续脉冲（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），中间脉冲（Ⅱ）的角频率变化量的比率为Ⅰ、Ⅲ脉冲角频率变化量的比率的二倍，中间脉冲的幅值为Ⅰ、Ⅲ脉冲幅值的一半，考虑到上述180°脉冲造成的相位置后公式，很明显，合成180°脉冲总的相位置后影响有一个等于零的平方律分量，第Ⅰ丁脉冲的平方律作用被脉冲Ⅱ、Ⅲ转换两次，第Ⅱ个脉冲的平方律作用被转换一次。结果，总的平方律作用结果是：
ψωmω＝ψⅠω-ψⅡω+ψⅢω
＝-（ω-ω0）2/2β+（ω-ω0）2/β-（ω-ω0）2β＝0
很明显，所有反回信号现在都可以用来图象再构，这个合成180°调频脉冲的持续时间比正常所需产生一个不可用信号接着产生一个可用信号的持续时间要短得多。
很明显，合成脉冲是5个、7个等脉冲组成的。这些脉冲依平方律对核自旋置后总作用为0，然而，这种合成的180°脉冲需要更多的能量，同时更多地消耗被检测物体的能量，当检测对象为人或动物时，这是极其不希望的。
在时间上线性调频的三个连续射频脉冲之后，当接收一个称为受激反回信号时，必须满足关系式：
g21/β1＝g22/β2+g23/β3（1）
同时在检测区的不同位置，核自旋之间不希望的相位差才能避免。
其中g1，g2，g3分别为第1、第2、第3脉冲期间梯度磁场的梯度，β1、β2、β3分别对应的单位时间频率变化量。补偿的方法有许多种，例如可以使第Ⅱ、第Ⅲ脉冲频率的变化量为第Ⅰ脉冲频率变化量的2倍来实现。另一种方法，使第Ⅰ射频脉冲期间梯度磁场的梯度值为第Ⅱ，第Ⅲ射频脉冲期间梯度磁场的梯度值的2]]>倍来实现。
最后，也可以通过调制三个脉冲之中的一个幅度，另外两个脉冲及时进行线性调频来实现。也意味着单位时间频率变化β对于相应的脉冲是不确定的。
例如当第一个射频脉冲被幅值调制时，只能在第2，第3个射频脉冲期间的g1，g2相等时，且单位时间频率变化量β2，β3大小相等，符号相反时-即两个脉冲期间频率变化大小一样，一个增加，一个减小，就可获得所需的相位差补偿。
当第3（或第2）个脉冲被调幅时，如果梯度g1，g2，单位时间内频率变化量β1，β2分别相等时，就可以得到所需的相互补偿。