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核磁共振現象來源于原子核的自旋角動量在外加磁場作用下的運動。根據量子力學原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動量，其自旋角動量的具體數值由原子核的自旋量子數決定，實驗結果顯示，不同類型的原子核自旋量子數也不同：質量數和質子數均為偶數的原子核，自旋量子數為0；質量數為奇數的原子核，自旋量子數為半整數；質量數為偶數，質子數為奇數的原子核，自旋量子數為整數。迄今為止，只有自旋量子數等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經常為人們所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P。
由于原子核攜帶電荷，當原子核自旋時，會由自旋產生一個磁矩，這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉，這一現象類似陀螺在旋轉體研究。
核磁共振成像技術的zui大優點是能夠在對身體沒有損害的前提下，快速地獲得患者身體內部結構的高度立體圖像。利用這種技術，可以診斷以前無法診斷的疾病，特別是腦和脊髓部位的病變；可以為患者需要手術的部位準確定位，特別是腦手術更離不開這種定位手段；可以更準確地跟蹤患者體內的癌變情況，為更好地治療癌癥奠定基礎。此外，由于使用這種技術時不直接接觸被診斷者的身體，因而還可以減輕患者的痛苦。
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