顺磁性物质、反磁性物质及铁磁性物质

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常见的磁敏感物质有顺磁性物质、反磁性物质及铁磁性物质。顺磁性物质具有未成对的轨道电子，它们在外加磁场存在时自身产生的磁场(M)与外加磁场(H)方向相同，具有正的磁化率(χ>0)。而反磁性物质则没有成对的轨道电子，自身产生磁场(M)与外加磁场(H)方向相反，具有负的磁化率(χ<0)。铁磁性物质可被磁场明显吸引，去除外磁场后仍可以被永久磁化，具有很大的磁化率。人体组织中绝大多数磁敏感改变与血液中铁的不同形式或出血等相关。血红蛋白的4个蛋白亚基(珠蛋白)分别包含一个由卟啉环包绕的铁离子(Fe2+)，当血红蛋白中的Fe2+与氧结合时，无不成对电子，形成的氧合血红蛋白呈反磁性。当氧与铁离子分离形成脱氧血红蛋白时，血红蛋白的构像改变阻碍周围的水分子接近铁离子，形成的脱氧血红蛋白有4个不成对电子，呈顺磁性[9]。当脱氧血红蛋白中的Fe2+被进一步被氧化成Fe3+，形成高铁血红蛋白。正常情况下，在红细胞内这一过程被还原型辅酶所抑制，当这种机制失效(如出血)时，脱氧血红蛋白转变为高铁血红蛋白。高铁血红蛋白仅有很弱的磁敏感效应，稳定性差，易于解体，最终被巨噬细胞吞噬引起组织内含铁血黄素沉积，含铁血黄素为高顺磁性物质 。

血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响:
氧合血红蛋白---是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响，
去氧血红蛋白---是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，可产生横向磁化磁豫缩短效应（preferential T2 pro-ton relaxation effect,PT2PRE）。

组织内另一种磁敏感的源物质是非血红素铁，它常以铁蛋白的形式存在，表现为反磁性。组织内的钙化通常也呈反磁性，虽然磁敏感效应比铁弱，但也能导致可测量到的敏感性的变化。无论是顺磁性还是反磁性物质，均可使局部磁场发生改变而引起质子失相位，使质子自旋频率产生差别，如果施加一个足够长的TE，自旋频率不同的质子间将形成明显的相位差别。这样，磁敏感度不同的组织在SWI相位图上可以被区别出来 .