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MR波谱学ppt课件

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磁共振波谱成像 ppt课件 ppt课件

磁共振波谱成像 ppt课件 ppt课件

– 磁共振波谱分析（MRS）
脑功能成像
• 测量脑内化合物
• 测量脑局部代谢和血氧变化技术 • 测量脑内神经元活动的技术
测量脑代谢和血氧变化
• 当脑活动增加时，局部血流，氧代谢和糖代谢 增加，可以功能定位，对脑局部反应特征研究
– PET – 光学成像技术
– 功能磁共振成像（fMRI）
• 灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
• 选用SV或 MV • 选择成像参数 • 兴趣区的选择定位 • 自动预扫描：匀场、水抑制 • 数据采集后处理和分析
序列及扫描参数
• SV, press
• TR 1500 ms • TE 144/35 ms
• 自动预扫描后获得的参数：
– 线宽（Ln）小于10Hz – 水抑制大于95%
• FOV 24 cm
提高分辨力和敏感度： MRS反映局部磁场的瞬 间变化，对任何原因引起磁场均一性的微小波 动均较敏感，导致波峰增宽和重迭，从而降低 MRS技术的分辨力和敏感度 定量分析困难：尤其是绝对定量
MRS临床应用
• 脑部
• 体部：前列腺、肝脏、乳腺等
MRS在脑部临床应用技术
• 点分辨波谱法 PRESS
• 可以同时获取病变侧和未被病变累及的区域， 评价病灶的范围大 。
• 匀场比较困难，由于多个区域同时获得相同的 磁场均匀性。对临近颅骨、鼻窦或后颅窝的病 灶，由于磁敏感伪影常常一次匀常不能成功
• 采集时间比较长 。
单体素与多体素的比较
单体素
容易实现
多体素
覆盖范围大，一次采集可获得较 多信息
百倍，甚至几千倍，如不抑制，代谢物将被掩盖
• 匀场和水抑制后: 线宽，头颅小于10Hz，肝脏小

《核磁共振波谱法》PPT课件

《核磁共振波谱法》PPT课件

采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。

磁共振波谱ppt课件

磁共振波谱ppt课件

射频线圈
基本结构
乳腺线圈
射频线圈
基本结构
体部线圈
基本结构
射频线圈
肩关节线圈
基本结构
射频线圈
膝关节线圈
射频线圈
基本结构
头部线圈
基本结构
4.计算机系统 （1）模－数（A－D转换器） （2）阵列处理机 （3）用户计算机 ①患者管理； ②测量系统的组织和控制： ③测量数据的采集和处理； ④显示原始数据，图像数据及结果； ⑤图像后处理； ⑥图像存取等。
（一）磁体
2.超导型磁体 超导型磁体的导线由超导材料制成， 产生静磁场线圈的导线是用特制超导材料—多股 铌钛合金制成。要求这种合金导线的粗细均匀、 绕制整齐、中间无接头。这种导线在温度低于某 一温度值时，导线电阻极小，呈现出“超导”， 可允许通过非常高的电流而耗散功率极小。该型 机可以做得磁场强度很大，磁场均匀稳定。可以 进行磁共振成像，也可进行磁共振波谱分析等。 图像、谱图质量较高。但该类型机的磁体结构最 复杂，且为了保持超导状态，导线必须浸泡在液 氦中，因此需要昂贵的冷却剂，尤其是液氦，使 日常维护费用增高。
（三）射频系统
射频系统主要由射频发生器（发射部分） 和探测器（接收部分）两部分构成。射频 发生器是用来向样品传送激发自旋核所必 须的射频场，它包括射频振荡器、放大器 和发射线圈。样品管垂直地放置在磁场中 心，发射线圈的轴线与磁场方向垂直。发 射线圈和接牧线圈的轴线互相垂直，在实 际谱仪中是安置在一个称之为探头的十分 紧凑的部件中，这些线圈紧贴地缠绕在插 入的样品管的周围。
（四）射频接收器
射频接收器线圈在试样管的周围，并于 振荡器线圈和扫描线圈相垂直，当射频振
无论何种磁体，在制造过程中都不可能使磁体 的磁场完全均匀，同时，在磁共振波谱分析仪的 周围环境中，铁磁性物体及其他大型的电子、电 磁设备等，都会使磁体磁场的均匀性受到影响。 为了使磁体的磁场强度趋于均匀，可采用被动地 贴补金属小片和主动地调整匀场线圈的方法。匀 场线圈是带电的线圈，产生小的磁场以部分调节 磁体磁场的不均匀性。匀场线圈可以是常导型的， 也可以是超导型的，在常导型匀场线圈中，由匀 场电源供给电流。

波谱分析核磁共振PPT讲稿

波谱分析核磁共振PPT讲稿

• 在分子体系中，同种核所处的化学环境不同，核外电子云
密度不同，产生的屏蔽作用就不同，处于不同化学环境的 同种核的共振频率不同。
• 由于核周围分子环境不同而使其共振频率发生位移的现象
叫做化学位移。
H0 (1 ) 2
σ为原子核的屏蔽常数（数值为10-5数量级）
例：乙醇的分子式中有三种不同化学环境的氢核，甲基（-
3.影响化学位移的因素
•核外电子云密度的影响-电负性的作用
与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电 子偏离质子，屏蔽作用减弱，化学位移较大，信号峰在 低场出现。
磁的各向异性效应
质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽 作用的不同的现象称为磁各向异性效应。 在外磁场作用下，环电子流所产生的感应 磁力线是闭合的，与外磁场反向的磁力线 部位起屏蔽作用，而同向的磁力线部位起 去屏蔽作用。
三、化学位移
在有机化合物中，各种氢核 周围的电子云 密度不同（结构中不同位置）共振频率有 差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现 象称为化学位移。
但V0与H0有关，不同的仪器测得的数据难 以比较，故需引入化学位移的概念。
1.屏蔽效应产生化学位移
核外电子云在外磁场的作用下，倾向于在垂直磁场的 平面里作环流运动，从而产生一个与外磁场反向的感 应磁场，因而核实际所受到的磁场强度减弱。
波谱分析核磁共振课件
概述
• 核磁共振谱（NMR）与红外、紫外一样，都属于吸收光谱。
• 红外光谱是由分子的振动和转动能级的跃
迁产生的吸收光谱
• 紫外-可见吸收光谱来源于分子的电子能级
间的跃迁
• 核磁共振是分子中原子核自旋能级的跃迁
产生的吸收光谱。
• 在NMR中电磁辐射的频率为兆赫数量级，

磁共振波谱ppt课件

磁共振波谱ppt课件
3
核磁共振发现 诺贝尔物理学奖 磁共振谱分析(MRS) 头部MRI投入临床 全身MRI研制成功 诺贝尔物理学奖
1946年 1952年 1946～1972年 1978年 1980年 2003年
4
1952年诺贝尔物理学奖
2003年诺贝尔物理学奖
பைடு நூலகம்
布洛赫 USA 斯坦福大学
珀塞尔 USA 坎伯利基哈佛大学
24
射频发射系统是用来向样品传送激发自旋核所 必须的射频场，它包括射频振荡器、放大器和发 射线圈。样品管垂直地放置在磁场中心，发射线 圈的轴线与磁场方向垂直。高分辨核磁共振仪对 射频源的稳定性和均匀性同样也有很高的要求， 一般是由称为“主钟”的石英晶体振荡器来产生 谱仪所需要的各种频率，各种频率都是以“主钟” 频率为基准。频率的稳定性和磁场稳定性是互相 关联的，因此核磁共振仪器都包括场一频稳定系 统，它是通过一个反馈系统将一个参考信号(通常 用2H的共振信号)保持在共振位置上来实现联锁的。
40
磁共振信号的频率主要取决于两个方面:一 个是旋磁比，这是原子核的固有属性；另 一个是共振原子核所处位置的磁场强度,影 响磁场强度的因素有外加磁场的磁场强度 和该原子核周围的电子和邻近原子核周围 电子的作用，这些电子与外磁场相互作用， 改变原子核周围的局部磁场强度，这种现 象称为化学位移。
41
因此，某一样本中每一种化学组分的不同原子 核都将以略有差异的频率发生共振，从而产生不 同的磁共振信号。化学位移所产生的磁共振频率 差异非常小，所以磁共振波谱分析仪要求外磁场 必须很强且十分均匀，外磁场在均匀性上有一点 微小改变，都将使化学位移引起的微小信号无法 辨认。
28
1．电源柜 电源包括带屏蔽的电源变压器、 产生主磁体磁场的大功率稳压稳流直流电 源，射频脉冲电源、供给辅助磁场的电源 和供给计算机、图像处理系统、存储器、 多幅照相机的电源等。

现代仪器分析——核磁共振波谱法ppt课件

现代仪器分析——核磁共振波谱法ppt课件
• 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 变温元 件
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11
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
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8
主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
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9
射频发射器
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只 能间隔两到三个化学 键；
• 峰裂分的n + 1规律
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17
五、应用
未知化合物1H NMR谱图的解析
解析步骤: ① 根据分子式计算不饱和度； ② 测量积分曲线每一个台阶的高度，折算成整数比，然后 折算成每组峰所对应的氢原子数； ③ 根据化学位移值、质子数目及峰裂分情况推测结构单元 ； ④ 计算剩余的结构单元的不饱和度； ⑤ 组合结构单元成为可能的结构式； ⑥ 对所有可能结构进行指认,排除比可能的结构； ⑦ 借助其它仪器分析法进行进一步确认。
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0

仪器分析-核磁共振波谱法ppt课件


一般过程是：样品置于样品管中，并插入 磁场中，样品管以一定的速度旋转，经波 谱仪扫描后，接收器获得核磁共振信号， 经一系列检波、放大后，显示在示波器和 记录仪上，得到核磁共振谱。一张核磁共 振谱图一般都经过N次（100次左右）重复 扫描，在计算机中累加得到，这样可以提 高信噪比。 优点：价格较低，稳定易操作，适合化学 工作者例行分析。
γ B0
ν共振= 2π (1-σ ) ⑨ 由上式可知，同种原子核（ 1H核）由于所 处的化学环境不同，亦即受到核外电子屏 蔽作用不同,其共振频率各不相同，共振吸 收峰将分别出现在NMR谱的不同频率区域

或不同磁场强度区域，此即为化学位移。 若固定照射频率进行扫场，则σ 大的1H核 出现在高磁场处，σ 小的1H核出现在低磁 场处。据此，我们可以进行氢核结构类型 的鉴定（即有机化合物结构鉴定）。 2.化学位移的表示方法 尽管同一分子中不同类型的1H核，共振频 率各有差异，但差异不大，相对于B0或ν0 来说，仅为百万分之十左右，对其绝对值 的测量难以达到所需要的精度。

ห้องสมุดไป่ตู้
标准物质TMS的特点：TMS即四甲基硅烷 （Tetramethyl Silane） ① TMS中12个氢化学环境相同，在NMR谱 中只给出一个尖锐的单峰，易辨认。 ② TMS与一般有机物相比，氢核外围的电 子屏蔽作用较大，共振吸收峰位于高场端。 一般有机物的1H谱或13C谱峰大都出现在 TMS峰的左边。 ③ TMS化学性质稳定，沸点低，便于回收 ④ 在1H谱或13C谱中都规定δ TMS=0。

故实际工作中是采用测定相对值来表示， 即以某标准物质的共振峰为原点，测定样 品中各质子共振峰与原点的相对距离，这 种相对距离就称为化学位移(chemical shift)。 IUPAC建议，化学位移一律采用位移常数δ 值表示 ：
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.
17
技术和方法
SVS, VoI = 2 x 2 x 2 cc, shorts TEs, TA = 6’ 24 s
Spin-Echo TE = 30 ms .
STEAM, TE = 20 ms 18
技术和方法
定位方法： SVS：单体素波谱(Single Voxel
Spectroscopy ) CSI：化学位移成像（Chemical Shift
▪ 肿瘤分化程度的确定 ▪ 肿瘤疗效监测和手术计划的制订 ▪ 儿科疾病、产程中的代谢紊乱 ▪ 癫痫灶定位 ▪ 肝性脑病的早期发现 ▪ 神经退化性改变的辅助诊断 ▪ 转移瘤的分期有帮助 ▪ 前列腺波谱: 肿块性质的鉴别
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33
MRS曲线分析
特征性波峰的频率位
峰下面积：与化合物的丰度成正比
峰形态反映化合物的分子结构
.
20
技术和方法---SVS
Spin-Echo VoI 8 cm3 TE = 30 ms TA = 6’ 24s
Spin-Echo VoI 8 cm3 TE = 135 ms TA = 6’ 24s
.
STEAM VoI 8 cm3 TE = 20
ms TA = 6’
24s
21
技术和方法
.
22
技术和方法——3D CSI
J耦合：指两个自旋核之间的间接通过电子云的 相互作用
目前可检测的活体波谱：1H, 31P
.
3
概念
MRS检测对系统的要求
各种代谢物的丰度很低，信号微弱 高敏感性的线圈，Bo1.0
代谢物的共振频率差微小 Bo1.0，良好的场均匀性（高阶匀场，VOI内 <0.1ppm）
.
4
磁共振波谱(MRS)
Cho ：细胞分裂活跃，细胞膜合成增多
Cr/pCr 有助于脑膜瘤和胶质瘤的鉴别
Cho峰下面积与肿瘤性质有关
听神经鞘瘤：NAA缺无，Cho峰升高，Mr峰高
Cho/Cr：可作为肿瘤恶性程度分级的指标，
Lac: 脑缺氧代谢和肿瘤组织糖酵解增加时可 出现。
.
34
应用中扫描要点
保证良好的磁场均匀性，必要时采用手 动调节
Imaging）： 3D CSI
.
19
技术和方法
优点 定位方法 结果 适应症
SVS
CSI
较准确的层块定位,高 质量的波谱曲线 顺序激发三个互相垂 直的层面 一个波谱曲线
检查灶性病变，如： 肿瘤
对较大的区域进行扫描，了 解VOI内某种化合物的分布 梯度场（与MRI相似）
矩阵排列的VOI内的多个波 谱曲线 多灶性病变或定位不明确的 病变
Spin-Echo SVS, VoI = 3 cc, TE = 135 ms, TA = 6’ 24s
Tumor Spectrum
.
Biopsy: pontine glioma 38
临床应用实例:星形细胞瘤
.
39
临床应用实例:正常脑组织
.
40
.
41
.
42
磷酸肌酸在由ADP再合成ATP中起作用 总肌酸在大脑病变中通常保持不变
.
7
1H 谱中的主要信号
N-Acetyl-l-Aspartate (NAA) Singlett @ 2.0 ppm N-乙酰天门冬氨酸
为神经元和神经突轴的标志物 2.02 ppm 处的信号也包含NAA-谷氨酸 (NAAG)
波谱扫描为了鉴别病变组织和正常组织， 在获得病变组织波谱的同时，须同时获 得一个对侧正常组织的波谱曲线作为对 照
.
35
临床应用实例: 胶质瘤(Glioma)-1
courtesy of M. Shapiro M.D., Neurological Imaging Institute, Florida, USA
.
28
波谱检查中的参数设置:
VOI的设置
VOI须<FOV 的0.75倍 每个体素需>或=1.5x1.5x1.5cm3
.
29
Parameter Card for X-nuclei
.
30
The First syngo 31P Spectrum
FID spectrum of calf muscle
磁共振波谱(MRS)
syngo MR Spectroscopy
.
1
磁共振波谱(MRS)
概念 波谱中的主要信号 扫描技术和方法 扫描参数设置 临床应用
.
2
概念
一种无创性活体生化检测方法，可提供组织 器官细胞代谢状态的信息
物理基础：
化学位移：不同分子中的目标自旋子的共振频率 (磁旋比，质子所处的微观环境不同)
Head
.
23
技术和方法——3D CSI
Prostate
.
24
磁共振波谱(MRS)
概念 波谱中的主要信号 扫描技术和方法 扫描参数设置 临床应用
.
25
波谱检查中的参数设置 Voxel Size
SNR voxel size
1 cm3
2 cm3
.
4 cm3
8 cm3
26
波谱检查中的参数设置:
合）
.
15
技术和方法
.
16
技术和方法
脉冲序列
SE : 自旋回波
优点：SNR较高，对分子扩散不敏感
缺点：需采用较长的TE
STEAM （Stimulated Echo Acquisition Method）: 刺激回波采集方法，
优点：可采用较短的TE，对系统的RF系统要求 不高。
缺点：SNR较低，对运动敏感，对匀场和水抑制 的要求高
.
10
1H 谱中的主要信号
Citrate（Ci,柠檬酸盐） Dublett @ 2.6 ppm
线粒体中三羧循环的中间产物 在正常前列腺波谱中可看到 发生肿瘤时减少
.
11
1H 谱中的主要信号
Lipids(脂质)
Multipletts @ 1.3 and 0.7 ppm
在肿瘤、脑梗塞和急性MS时可看到游离脂质， 似乎与脑髓质的急性损伤有关
Abnormality in the pons?
Spin-Echo post CE .
FLAIR post CE
36
临床应用实例: 胶质瘤(Glioma)-2
courtesy of M. Shapiro M.D., Neurological Imaging Institute, Florida, USA
Numb. Acqu.
SNR NA1/2
8
64
.
256
27
波谱检查中的参数设置:
TE 的选择
TE=135时，1H波谱能检测到Cr、NAA、Co。
短TE，可检测到更多的代谢物。如：myoinosite 和
glutamine/glutamate 等，但同时会出现大分子化合物 的粗线，所以，短TE波谱曲线的判断更难。 乳酸信号与TE的关系：TE< 30 ms时，乳酸信号为适相； TE=135ms时，SE获得反相位信号，STEAM则乳酸信号消 失；TE=270 ms时，SE 或STEAM均获得适相信号。
Spin-Echo SVS, VoI = 3 cc, TE = 135 ms, TA = 6’ 24s
Control Spectrum .
Healthy Area
37
临床应用实例: 胶质瘤(Glioma)-3
courtesy of M. Shapiro M.D., Neurological Imaging Institute, Florida, USA
概念 波谱中的主要信号 扫描技术和方法 扫描参数设置 临床应用
.
5
1H 谱中的主要信号
Choline (Cho) 胆碱
Singlett @ 3.2 ppm
存在于细胞膜中 被认为是脱髓鞘改变的标志 Cho 增加可能反映膜转化增加
.
6
1H 谱中的主要信号
Creatine (Cr/PCr，肌酸) Singletts @ 3.0 and 3.9 ppm
.
8
1H 谱中的主要信号
Lactate (Lac) 乳酸
Dublett @ 1.3 ppm
糖酵解的终产物反映体内缺血缺氧代谢 生理情况号
myo-Inositol (Ins，肌醇) Dubletts @ 3.6 ppm
被认为是胶质细胞的标志物 在短TE时可看到
.
12
1H 谱中的主要信号
… and others ...
GABA
Glu
.
Taurine
13
磁共振波谱(MRS)
概念 波谱中的主要信号 扫描技术和方法 扫描参数设置 临床应用
.
14
技术和方法
水抑制
必要性：水丰度>>代谢物的丰度 方法：选择性激发+水信号失相
脂肪抑制：选择性饱和 后处理（基线校正，Zero Filling，曲线拟
1.5 T Symphony 31P/1H Tx/Rx CP
heart-liver surface coil TE / TR = 1 / 1500 ms TA = 6’ 24s
.
31
磁共振波谱(MRS)
概念 波谱中的主要信号 扫描技术和方法 扫描参数设置 临床应用
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32
1H 波谱的主要应用