明确原子的构造及原子核的运动是了解核磁共振发生的前提。原子由位于中央的原子核和在外层轨道运动的电子组成。原子核由质子和中子组成（图1）。对于大多数的物质，一个原子核内的质子和中子数是相等的。但是，自然界也存在其他一些物质或原子，如1氢、13碳、15氮、23钠、31磷，其原子核内的质子数比中子数稍多或稍少，这些原子核可以产生核磁共振（NMR）现象并被用于磁共振成像（MRI），因此又被称为磁共振（MR）活性原子核。
图1 原子构造示意图
中央黑色球代表质子，中央灰色球代表中子，外层轨道上的小球代表外层电子。图示原子内部的三种运动：外层电子围绕自身轴自旋，并环绕原子核进行轨道运动；中央的原子核围绕自身轴进行核自旋
1个质子带1个正电荷，并不停地沿自身轴转动，即有自旋性（图2A）。运动的电荷可以形成电流，后者能够在其周围感应1个磁场（图2B）。我们以磁矩表示该磁场的大小和方向（图2C）。每个质子都有自己的磁矩。人体内无数的质子可被视为自旋着的一个个小磁矩或小磁棒。中子没有净电荷，但其亚原子粒子并非平等地排列在中子表面，这导致某种不平衡，进而影响质子的排列和自旋。质子和中子的协同运动构成了原子核的自旋，并产生1个原子核总磁矩。当原子核内质子数和中子数不等时，原子核就有条件形成净自旋，后者产生相应的原子核净磁矩。这个净磁矩的大小决定了最后的MR信号强度和一种原子对于NMR的敏感性。可见，生物组织中原子核的净自旋运动是MRI的物理学基础。在多种原子中，不同原子核产生的净磁矩大小不同，其中以氢原子核的净磁矩最大。
图2 质子磁矩形成示意图
A．带正电荷的质子自旋；B．自旋的质子形成一个类似小磁棒的感应磁场；C．自旋的质子具有磁矩（μ），其长度和箭头代表磁场的大小和方向
电子是带负电荷的粒子。它在自旋的同时，也围绕原子核进行轨道运动（形成电子云），这种运动方式类似地球围绕太阳运动。电子云的最外层构成该原子的边界。电子与质子的数目通常一致，以保持电性平衡。当原子在某种外部能量作用下失去电子时，就成为离子。运动着的电子也形成自己的磁场或磁矩。不同的电子状态（数目、运动）决定了原子的净磁矩和物质的磁性。这是理解MRI对比剂分类与其作用机制的基础。
世界上所有的物质均由原子组成，包括各种生物组织。原子很小，将50万个原子排列在一起，其直径仍小于人的1根头发。在人体组织中，氢原子的含量最丰富。2个或2个以上的原子依序排列，构成分子。例如，水分子（H2O）由两个氢原子和一个氧原子组成。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
