一种物质中，原子核（磁矩）的共振频率并不是完全由外磁场的强度决定，而是由原子水平的原子核所经受的实际（局部）磁场决定，这是因为原子核周围的电子云（electron cloud）形成了电子屏蔽（electronic shield）的缘故。因此，在外磁场中人体内各种物质中的氢质子并非以同一频率共振，实际的共振频率差异达数百赫兹（Hz，每秒一个周期），这取决于相关分子的化学结构，以及氢质子在分子中所处的化学键环境。物理学上，当存在一个外部磁场时，原子的外层电子在绕原子核运行的过程中，就可以感应一个继发磁场（secondary magnetic field）。将一个分子置于外磁场中，继发磁场可以减弱，也可以增强原子核（氢质子）附近的局部磁场（local field），这取决于它和外磁场是相反，或是协同关系。前者产生电子屏蔽效应（shielding effect），后者产生去屏蔽效应（deshielding effect）。在同一外磁场中，受到电子屏蔽的原子核（氢质子）实际经受一个较低的局部有效磁场（local effective field），具有较低的共振频率；而受到去屏蔽作用的原子核（氢质子）实际经受一个较高的局部有效磁场，具有较高的共振频率。在核磁共振过程中，不同物质的原子核（磁矩）出现的这种共振频率差异，源自外层电子云的屏蔽和去屏蔽效应，称为化学位移（图55）。临床工作中，我们常在化学位移伪影、化学位移（同、反相位）成像、化学位移选择性脉冲（CHESS）以及磁共振波谱（MRS）中领悟到化学位移的存在。
图55 化学位移示意图
波谱图中脂肪质子和水质子的进动频率相差3.5 ppm
化学位移的程度与外磁场的强度成正比。因此，MRI系统的场强越高，MRS中谱线（代谢物）的分辨力就越高。但是，化学位移的大小以部、外部场强的分数表示（实际位移除以所用的射频功率大小），故数值相对恒定，即一种物质的化学位移大小不依赖外磁场的强度。化学位移的单位是1/百万（parts per million，ppm）。TMS（tetramethylsilane）是一种氢谱参照物，人们规定其在1H－MRS中的化学位移频率值等于零。这样，将氢质子MRS采集的各种代谢物的MR信号谱线经TMS标准化处理，人体内大部分有机分子的化学位移可介于0与10之间。例如，水的化学位移是4.7 ppm，绝大多数脂肪族脂质的化学位移是1.2 ppm。水与脂肪分子的化学位移相差3.5 ppm。在1.5 T场强和64 MHz共振频率作用下，这两种分子中氢质子的进动频率差是(64×106 Hz)(3.5×10-6)＝224 Hz，即脂肪进动比水慢224 Hz。总之，化学位移反映了水和脂肪分子内氢质子之间的进动频率差异。与脂肪比较，水中氢质子经受更高的局部有效磁场（水分子的去屏蔽效应更强），因而，具有更高的进动频率和较大的化学位移。在常规MRI，当器官或组织的周围存在水和脂肪交界面时，如视神经、椎体、肾脏及膀胱周边，常于频率编码方向出现黑白交替的带状伪影（图56），这就是第一种化学位移伪影。
图56 化学位移现象MRI展示
A.男性，21岁。盆腔轴面FSE T2WI。膀胱壁两侧可见黑白对应的带状高、低信号（箭）；B.男性，84岁。下腹部轴面FSE T2WI。经肛门灌注生理盐水后检查，肠壁前后分别可见带状高信号和低信号（箭）
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