核磁共振讲义

研究生磁共振课程讲义第一部分磁共振成像原理、概论和相关知识第一章磁共振成像总论核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象。

早在1946年Block与Purcell就报道了这种现象并应用于波谱学。

Lauterbur1973年发表了MR成象技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。

也应用于临床医学领域。

近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。

检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。

参与MRI 成像的因素较多，信息量大而且不同于现有的各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。

磁共振发展简史1946年发现磁共振现象 Purcell和Bloch1973年两个充水试管的MR图像 Lauterbur1974年活鼠的MR图像 Lauterbur1976年人胸部的MR图像 Damadian1980年 MR设备商品化磁共振成像（Magnetic resonance Imaging，MRI）磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。

第一节 MRI成像基本原理与设备一、MRI成像基本原理对于磁共振成像的描述有两种学说，即P u r c e l l的（氢）原子核能级跃迁学说和B l o c h的（氢）原子核磁矩进动学说。

人体不同器官的正常组织与病理组织的T1、 T2是相对恒定的，而且它们之间有一定的差别。

这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。

获得选定层面中各种组织的T1、T2值，就可获得该层面中各种组织影像的图像。

用信号接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，将获得的每个体素的T值进行空间编码，再经转换器将每个T值转为模拟灰度而重建图像。

如何获得不同的MR图像，这要取决于所获得的层面中各种组织的T1、T2或Pd 的差别。

T1WI:由T1差别形成的图像为T1加权像。

T1信号及图像由TR决定。

T1WI选用短TR（ 500ms）；短TE（15-25ms）T2WI:由T2差别形成的图像为T2加权像。

超导核磁共振（NMR）实验讲义（初稿）一、实验目的1、了解核磁共振仪的组成及结构。

2、熟悉核磁共振仪的实验流程。

3、学习并掌握核磁共振仪的工作原理。

4、学习并掌握有机实验合成产物的分析鉴定。

二、实验注意事项1、超导磁体所瓣生的磁场是磁场环境中最危险的因素，一旦超导磁体被升场后，即使所有系统的电源被关掉，磁场依然存在。

磁场的磁力线由磁体中心点向上、向下、向外围延伸，它会穿透门、墙、天药板及地板。

随着与磁体之间的距离不断缩短，磁体的磁场强度将以数倍数值增加，任何人及其他对象在5高斯的磁力线范围内都是危险的。

2、强磁场还会吸引铁磁性物质。

铁磁性物体包含铁、钴、镍等，它们是用于制造大部分工具的主要材料，也是制造人工器官的重要组成部分。

当一个没有被固定的金属工具或对象接近磁体时，它会被磁场吸引而变成一个投射体向磁体飞去，当金属工具飞向磁体时，则中间的任何人或物都有可能因此而受伤。

铁磁金属经常作为外科植入物或者假肢装置。

强磁场是可以扭曲人体内的金属植入物，将造成组织损伤和巨大的痛苦，并且可能产生危及生命的情形。

对于心脏起搏器、神经刺激器等装置，如果放置于磁场环境中会停止工作而危害到生命安全。

3、在磁场强度约为10高斯以上，磁性储存媒体内的数据可能会遗失。

三、超导核磁共振仪及核磁共振实验的发展简史及用途1、核磁共振仪的作用或用途1)测定有机分子的精细结构；2)测定生物分子的三唯立体结构；3)核磁共振成像（医院）；4)其它。

2、核磁共振仪的原理3、核磁共振仪的发展简史四、超导核磁共振仪的结构本校于2011年最新购置了一台400MHz 超导核磁共振仪（V ARIAN-400MHz）。

主要结构组成包括：磁体、Console、控制台、稳压电源、空压机及外围设置。

磁体的主要作用是提供一个均匀、稳定的超强磁场。

其由内及外由超导线圈、液氦腔、液氮腔、真空层组成。

Console的主要作用是发射脉冲和接收脉冲，当然也包含了信号的放大处理等。

核磁共振实验特别提醒：由于核磁共振实验室是强磁场环境（9.6T），机械表,磁卡,含铁的工具,装有心脏起博器和人工假肢等人不可靠近磁体，以防发生意外。

3.1 化合物1H谱的测定3.1.1 目的要求（1）了解核磁共振的基本原理和氢谱的测定方法；（2）了解A VANCE-400核磁共振波谱仪的结构并初步掌握其使用方法；（3）掌握简单核磁共振氢谱谱图的解析技能。

3.1.2 基本原理核磁共振波谱法是表征、分析和鉴定有机化合物结构的最有效手段之一，现代核磁共振波谱仪主要为脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪。

图3-1是核磁共振波谱仪的示意图。

图3-1是核磁共振波谱仪的示意图核磁共振谱是由具有磁矩的原子核受电磁波辐射而发生跃迁所形成的吸收光谱。

用一定频率的电磁波对样品进行照射，可使特定化学环境中的原子核实现共振跃迁，在照射扫描中记录发生共振时信号的位置和强度，即可得到核磁共振普。

核磁共振谱中的共振信号峰位置反应样品分子的局部结构（如特征官能团、分子构型和构象等），而信号强度则往往与相关原子核在样品中存在的量有关。

原子质量数为奇数的原子核如1H、13C、19F、31P等，由于核内质子的自旋在沿着核轴方向产生磁矩，因此可以发生核磁共振。

而12C、16O、32S等原子核不具有磁性故不发生核磁共振现象。

核自旋量子数I≠0的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向，每一个取向都可以用一个自旋磁量子数来表示。

如1H的自旋磁量子数I=1/2，在外磁场中有两个取向，存在两个不同的能级，两能级的能量差△E与外磁场强度成正比：△E =E-1/2-E+1/2=γh/(2πB0)由于1H核周围电子的运动产生次级磁场，使得有机物分子中不同化学环境的1H 核实际受到的磁场强度不同，导致产生共振吸收的电磁辐射频率不同。

B=B0-σB0=B0（1-σ）为了便于比较，通常引入一个相对标准的方法测定样品的吸收频率与标准物的吸收频率差，采用相对值消除不同频源的差别及化学位移（δ）。

第一章核磁共振基础知识核磁共振（NMR）是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。

核磁共振是波谱学的一个分支，研究核磁共振现象与原子所处环境如分子结构，构象，分子运动的关系及其应用。

生物化学，分子生物学的发展对生物大分子空间结构的测定提出越来越高的要求，而逐渐形成一门新兴的交叉学科即结构生物学。

结构生物学已成为生命科学研究的前沿领域和热点。

核磁共振波谱学是结构生物学的一种重要的研究手段，核磁共振波谱学各种最新技术的出现和发展往往与结构生物学密切相关。

如3D，4DNMR。

简史：1924 Pauli从光谱的超精细结构推测某些原子核有核磁距，能级裂分，共振吸收1936 Gorter试图观察LiF中7Li的吸收，未能成功，因样品弛豫时间太长1945－1946 F.Bloch(Stanford), H2O 感应法E.M.Purcell(Harvard), 石蜡吸收法1946－1948 奠定了理论基础1952年共得诺贝尔物理奖1951 Arnold et al 乙醇1H化学位移精细结构1957 Saunders et al 核糖核酸酶40 MHz的1H谱(1965 Cooley, Tukey FTT)1966 R.R. Ernst 脉冲NMR理论1971 Jeener 2DNMR原理1984 K. Wuethrich 用NMR解蛋白质溶液结构1945-1951 奠定理论和实验基础1951-1965 CW－NMR发展，双共振技术1965-1970～PFT－NMR发展1970～---2D－NMR，MQT－NMR，SOLID－NMR，自旋成象技术核磁共振可以用于研究有机分子的化学结构，代谢途径，酶反应的立体化学信息，生物大分子的溶液构象，分子间相互作用的细节，化学反应速率，平衡常数，还可用来研究分子动力学，包括分子内的基团运动，以及生物膜的流动性。

细胞和活组织中化学成分的分布及交换过程，等等。