谈谈核磁共振
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核磁共振工作原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简称NMR)是一种重要的分析技术和研究手段。
它基于原子核之间的电磁相互作用,通过利用核自旋在外加磁场和射频场作用下的共振吸收现象,实现对样品的结构和性质的分析。
本文将详细介绍核磁共振的工作原理。
一、基本原理核磁共振技术的核心是核磁共振现象。
当一个样品置于磁场中时,其核自旋将受到外加磁场的影响,导致核自旋的量子态能级发生分裂。
此时,如果给样品施加一个与能级间距相符的射频波,将出现共振吸收现象。
这种共振现象的产生是由于外加磁场与样品中核自旋的磁矩相互作用所致。
二、共振条件核磁共振的共振条件可以用以下公式表示:ω = γB0其中,ω表示射频波的角频率,γ是核磁矩的旋磁比,B0是外加磁场的大小。
根据这个公式可知,当外加磁场的强度发生变化时,共振条件也会相应改变。
三、工作步骤核磁共振的工作原理可以分为以下几个步骤:1. 加样处理:样品通常会进行处理,以提高信噪比和磁场均匀性。
处理包括稀释、混合、旋转等。
2. 形成磁场:通过磁铁产生一个强大的静态磁场,这是核磁共振实验的基础条件。
3. 校准射频场:根据样品的特性和实验需求,校准出一个合适的射频场。
4. 施加射频激发信号:给样品施加一个与共振频率匹配的射频激发信号,使样品中的核自旋从基态跃迁到激发态。
5. 探测共振信号:探测样品中的共振信号,记录共振频率和共振幅度。
6. 数据处理和分析:对探测到的共振信号进行处理和分析,提取样品的结构和性质信息。
四、应用领域核磁共振技术在许多领域都有广泛的应用,包括化学、物理、生物、医学等。
在化学领域,核磁共振可以用于分析有机物的结构、鉴定化合物的纯度等。
在物理领域,核磁共振可以用于研究材料的磁性、超导性等性质。
在生物领域,核磁共振可以应用于蛋白质结构研究、DNA解旋等。
在医学领域,核磁共振成像(MRI)可以用于人体各类组织和器官的诊断。
综上所述,核磁共振工作原理是基于核自旋共振现象的。
核磁共振是什么原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种重要的物理现象和分析技术,它在化学、生物学、医学等领域有着广泛的应用。
核磁共振技术的原理是基于原子核在外加磁场和射频场的作用下发生共振吸收和辐射,通过对这些信号的检测和分析,可以得到样品的结构和性质信息。
本文将介绍核磁共振的基本原理,以及其在科学研究和应用中的重要作用。
首先,核磁共振的原理是建立在原子核的量子力学性质上的。
原子核由质子和中子组成,而质子和中子都带有自旋。
当一个原子核处于外加磁场中时,由于自旋的存在,它会产生一个磁矩,从而具有磁性。
在外加磁场的作用下,原子核会发生能级分裂,形成能级差。
当外加射频场的频率与这个能级差相匹配时,原子核就会吸收能量,发生共振现象。
通过调节外加磁场和射频场的强度和频率,可以实现对不同原子核的共振激发,从而获取样品的结构和性质信息。
其次,核磁共振技术在化学分析中有着重要的应用。
通过核磁共振技术,可以确定分子的结构、构象、溶剂环境等信息。
例如,通过核磁共振波谱可以确定化合物中不同原子核的化学位移,从而推断它们所处的化学环境;还可以通过耦合常数来确定不同原子核之间的相互作用关系,进而推断分子的结构。
因此,核磁共振技术成为了化学分析中不可或缺的手段,广泛应用于有机化学、生物化学、材料化学等领域。
此外,核磁共振技术在生物医学领域也有着重要的应用。
核磁共振成像(MRI)技术是一种非侵入性的医学影像技术,可以获取人体内部组织器官的高分辨率影像,对疾病的诊断和治疗起着至关重要的作用。
通过核磁共振成像,可以清晰地观察到人体内部的器官结构、血管分布、病变情况等信息,为医生提供重要的诊断依据。
同时,核磁共振技术还可以用于研究蛋白质、核酸等生物分子的结构和功能,对于生物医学研究具有重要意义。
总之,核磁共振技术是一种基于原子核量子力学性质的分析技术,具有广泛的应用前景。
通过对原子核共振信号的检测和分析,可以获取样品的结构和性质信息,对化学、生物学、医学等领域的研究和应用起着重要的作用。
磁共振的基础知识1、核磁共振核,不是核辐射,而是原子核,用得最多的是氢(人体最多)。
磁,磁场也。
共振,一定频率的射频脉冲激发原子核,使之共振,从而产生信号,转换成图像。
2、磁共振成像简单过程如果给人体施加一个外来的静磁场,再给予一个短暂的、与质子共振相同频率的旋转磁场(即射频脉冲),之后采集电磁波信号,就可以获得人体的磁共振信号。
对磁共振信号的采集过程给予一个形象的比喻,可以把质子比喻成卫星,我们从发射电台发送信号,卫星获得信号,再重新发射出来,地面的收音机就可以收听到节目了。
通过对接受到的磁共振信号进行空间编码和图像重建等处理,即产生MR图像。
3.磁共振检查的特点1)磁共振没有X线、CT检查的辐射,对身体不产生辐射危害。
2)磁共振采用空间三维梯度场,在不移动患者和扫描床的情况下实现任何角度扫描和图像重建。
3)无骨质伪影。
4)软组织对比度良好。
5)对病变显示更加敏感,可使病灶显示更早更清楚。
6)磁共振的DWI(扩散加权成像)序列,是唯一能够无创检测活体组织内水分子扩散运动的成像方法。
7)磁共振的PWI(灌注加权成像)序列,能够显示脑组织血流动力学信息。
8)磁共振的MRS(波谱分析)序列,是唯一能够无创检测活体组织内化学物质、反应组织代谢的方法。
4、图像分析过程中,有个非常重要的概念必须了解——部分容积效应。
在CT扫描,凡小于层厚或该层仅包含部分的病灶,其CT值受层厚内其它组织的影响,所测出的CT值不能代表该病变的真正的CT值。
MRI也一样,凡小于层厚或该层仅包含部分的病灶,图像表现出来的,不仅仅是病灶的影像,而是重叠了层厚内部分病变外结构的影像。
5、部分容积效应会让你看到的影像变得“不真实”,从而可能会使你做出错误的判断。
6、宽窗位技术,更是数字影像时代,每一名影像医生必须掌握的、最基本的技能!窗宽窗位技术源于CT,磁共振可能用对比度更合适。
不同器官、不同部位,有着不同的合适的窗宽窗位。
同一区域,由于观察的内容不同,合适的窗宽窗位也不同。
磁共振的原理磁共振是一种重要的物理现象,它被广泛应用于医学、化学和物理等领域。
本文将围绕磁共振的原理进行阐述。
一、磁共振的概念磁共振是指当原子或分子处于磁场中时,受到磁场的作用而产生共振现象。
磁共振的产生与原子或分子的核自旋有关。
二、核磁共振的原理核磁共振是利用核磁共振现象进行成像的一种技术。
下面将介绍核磁共振的原理。
1. 核自旋原子核由质子和中子组成,其中质子具有正电荷。
当原子或分子处于磁场中时,它们的核会沿磁场方向取向,这个取向被称为“朝上”或“朝下”。
2. 磁场核磁共振需要使用强磁场,通常是一个恒定的静态磁场。
磁场的强度被表示为磁通量密度。
3. 激发在核磁共振实验中,一个射频脉冲作用于样品,使得某些核的自旋倒转了。
这个过程被称为激发。
一旦核自旋倒转,它就开始以特定频率发射电磁波,这个频率被称为共振频率。
4. 探测探测是核磁共振成像的一个关键环节。
当被测试的样品放置在强磁场中,我们会发送一个射频脉冲,这个脉冲会激发样品中的原子核,使其产生共振现象。
这个现象可以被从样品中发射的信号所检测到。
三、磁共振成像的原理磁共振成像是一种非侵入性的医学检查技术,它利用核磁共振原理对人体内部进行成像。
下面将介绍磁共振成像的原理。
1. 原理磁共振成像的原理是利用不同组织在强磁场中的旋转速度不同,从而产生不同的信号。
这些信号被接收器捕捉并转化成数字信号,然后计算机通过数学算法将这些信号转化成图像。
2. 步骤进行磁共振成像需要经过以下几个步骤:(1)患者躺在磁共振机床上。
机器会将患者放置在一个强磁场中。
(2)机器会发送射频脉冲激发患者体内的原子核。
(3)原子核在磁场中发生共振,产生信号。
(4)接收机捕捉这些信号,并将其转化成数字信号。
(5)计算机利用数学算法将数字信号转化成图像。
四、磁共振的应用磁共振已经被广泛应用于医学、化学和物理等领域中。
以下是一些典型应用:1. 医学影像学磁共振成像已成为医学影像学中的重要技术,它可以产生高分辨率的三维影像。
核磁共振是什么-核磁共振的基本原理核磁共振是什么-核磁共振的基本原理大家知道什么是核磁共振吗?以下是PINCAI小编整理的关于核磁共振的相关内容,欢迎阅读和参考!核磁共振是什么_核磁共振的基本原理核磁共振是什么核磁共振是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下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。
核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
核磁共振应用:核磁共振成像(MRI)检查已经成为一种常见的影像检查方式,核磁共振成像作为一种新型的影像检查技术,不会对人体健康有影响,但六类人群不适宜进行核磁共振检查:即使安装心脏起搏器的人、有或疑有眼球内金属异物的人、动脉瘤银夹结扎术的人、体内金属异物存留或金属假体的人、有生命危险的危重病人、幽闭恐惧症患者等。
不能把监护仪器、抢救器材等带进核磁共振检查室。
另外,怀孕不到3个月的孕妇,最好也不要做核磁共振检查。
核磁共振的基本原理原子核的自旋核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。
不同的原子核,自旋运动的情况不同,它们可以用核的自旋量子数I来表示。
自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系,大致分为三种情况,如下表。
分类质量数原子序数自旋量子数INMR信号I偶数偶数无II偶数奇数1,2,3,…(I为整数)有III奇数奇数或偶数0.5,1.5,2.5,…(I为半整数)有I值为零的原子核可以看做是一种非自旋的`球体,I为1/2的原子核可以看做是一种电荷分布均匀的自旋球体,1H,13C,15N,19F,31P的I均为1/2,它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。
I大于1/2的原子核可以看做是一种电荷分布不均匀的自旋椭球体。
[2] 核磁共振现象原子核是带正电荷的粒子,不能自旋的核没有磁矩,能自旋的核有循环的电流,会产生磁场,形成磁矩(μ)。
μ=γP式中,P是角动量矩,γ是磁旋比,它是自旋核的磁矩和角动量矩之间的比值,因此是各种核的特征常数。
核磁共振工作原理和成像过程核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种基于原子核的物理现象,用于研究物质的结构和性质。
核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)则是利用核磁共振原理进行医学影像学上的成像技术。
下面将详细介绍核磁共振的工作原理和成像过程。
核磁共振是基于原子核磁矩与外部磁场的相互作用来实现的。
原子核具有自旋,相当于一个微小的磁偶极子,具有磁矩。
当外部磁场作用于物质中的原子核时,原子核的自旋会在磁场的作用下发生预cession(进动),类似于陀螺仪的运动。
核磁共振成像的过程主要包括磁场生成、激射、信号接收和图像重建等步骤。
首先是磁场生成。
核磁共振成像需要一个强大且稳定的磁场,通常使用超导磁体来产生强磁场。
这个磁场可以使原子核自旋的能级发生分裂,以便进行后续的操作。
接着是激射过程。
在磁场的作用下,原子核的能级发生分裂,会有一部分原子核处于较高能级。
通过向物体中注入一定的能量(通常是无线电波能量),可以使这些原子核从高能级跃迁到低能级,产生共振现象。
然后是信号接收。
当原子核跃迁到低能级时,会释放出一定的能量,这部分能量会以无线电信号的形式被接收到。
接收到的信号包含了物质的信息,如原子核的类型、数量和分布等。
最后是图像重建。
通过对接收到的信号进行处理和分析,可以得到物体内部的信息,并将其转化为图像。
这个过程涉及到信号处理、空间编码和成像算法等多个步骤,最终可以得到高分辨率的图像,用于医学诊断和研究等领域。
核磁共振成像具有非侵入性、无辐射、无副作用等优势,已经成为医学影像学中广泛应用的一种技术。
它可以清晰地显示人体内部的软组织结构,对于检测肿瘤、脑部疾病、骨骼疾病等具有重要的临床价值。
核磁共振工作原理是基于原子核的自旋与外部磁场的相互作用,通过磁场生成、激射、信号接收和图像重建等步骤,实现对物质结构和性质的研究。
核磁共振成像则是利用核磁共振原理进行医学影像学上的成像技术,具有重要的临床应用价值。
简述核磁共振的原理及应用1. 核磁共振的原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种基于原子核的不同转态间的能级跳跃引起的电磁辐射和吸收现象的物理技术。
核磁共振原理基于原子核内部具有自旋的性质,当核自旋矢量在外加磁场作用下发生在两个能级间跳跃时,就会吸收或发射特定频率的辐射,这种现象被称为共振。
核磁共振的原理主要包括以下几个关键点:•核自旋:核自旋是指原子核围绕自身轴线旋转的性质。
核自旋可以用1/2、1、3/2等整数或半整数来表示,取决于核内部存在的质子或中子数目。
•外加磁场:核磁共振需要一个较强的外加静态磁场,使得核自旋矢量在磁场中取向,并产生塞曼效应。
•塞曼效应:塞曼效应描述了核自旋矢量在外加磁场作用下的取向。
塞曼效应的频率由核的旋磁比和外加磁场的强度决定。
•库珀对:库珀对是核磁共振中的一个现象,核自旋的两个能级在磁场中存在的不同跃迁的能量差被称为库珀对。
2. 核磁共振的应用核磁共振技术在医学、化学等领域中被广泛应用,具有以下几个重要的应用:2.1 医学影像学核磁共振成像(MRI)是一种非常重要的医学影像学技术。
核磁共振成像通过利用核磁共振原理,可以对人体组织和器官进行无创观察。
其原理是通过对人体部位施加强磁场和电磁波来激发组织中的核自旋,然后通过测量激发后的信号强度和频率以重建图像。
MRI在诊断肿瘤、脑部疾病、心血管疾病等方面有着广泛的应用。
2.2 化学分析核磁共振光谱(NMR spectroscopy)在化学分析中有着重要的应用。
核磁共振光谱可以通过测量样品中核自旋的共振频率和强度来确定化合物的结构和组成。
核磁共振光谱可以用于分析无机化合物、有机化合物、生物大分子等。
它在药物研究、环境分析、质量控制等方面起着重要的作用。
2.3 材料科学核磁共振技术在材料科学领域中也有着重要的应用。
通过核磁共振技术可以研究材料的结构、性质和反应动力学等。
核磁共振技术可以用于研究材料中的精细结构、材料的磁性、材料的热力学性质等。
核磁共振检查什么引言核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种非侵入性、无辐射的医学影像检查技术,由于其高分辨率和多参数功能,被广泛应用于临床医学领域。
核磁共振检查可以提供大量详细的解剖和功能信息,帮助医生准确诊断疾病并制定合理的治疗方案。
本文将详细介绍核磁共振检查适用于哪些病症以及它在这些病症中的应用。
1. 脑部核磁共振检查脑部核磁共振检查是最常见的核磁共振应用之一,广泛用于脑部疾病的诊断和评估。
它可以检测脑部结构的异常,如肿瘤、出血、感染和脑血管病变等。
此外,脑部核磁共振还可以提供关于脑组织的代谢信息,如脑梗死、代谢性疾病和癫痫发作。
2. 脊柱核磁共振检查脊柱核磁共振检查主要用于评估脊柱和脊髓的疾病,特别是椎间盘突出、脊髓损伤和脊柱肿瘤等。
它可以帮助医生确定疾病的位置、大小和形态,指导手术治疗和康复计划。
3. 心脏核磁共振检查心脏核磁共振检查是一种无创性评估心脏结构和功能的技术,广泛用于心脏病的诊断和治疗。
它可以提供关于心脏壁运动、心脏腔的大小和形态、心室流量和心脏瓣膜的功能等信息。
心脏核磁共振还可以评估冠状动脉疾病、心脏肥厚和心肌梗死等心脏病变。
4. 肝脏核磁共振检查肝脏核磁共振检查主要用于评估肝脏疾病,如肝肿瘤、肝纤维化和肝内胆管疾病等。
它可以提供关于肝脏结构、血供和代谢功能的详细信息,帮助医生制定肝脏疾病的治疗方案。
5. 骨骼核磁共振检查骨骼核磁共振检查主要用于评估骨骼系统的疾病,如骨折、骨肿瘤和骨关节炎等。
它可以提供关于骨骼结构、骨骼肌肉的关系和动力学信息等。
骨骼核磁共振还可以评估关节软骨的损伤和退化,指导关节置换手术和康复计划。
6. 乳腺核磁共振检查乳腺核磁共振检查主要用于早期发现乳腺癌和乳腺疾病。
它可以提供关于乳腺结构、组织密度、肿块的形态和动态变化等信息,对于乳腺肿瘤的定位和分期非常有帮助。
7. 盆腔核磁共振检查盆腔核磁共振检查主要用于评估盆腔器官的解剖和病变,如子宫肌瘤、卵巢肿瘤和子宫内膜异位等。
随着医疗技术水平的发展,核磁共振检查是一种普及度较高的检查方式,对人体无辐射,相对安全,并且应用范围比较广,例如头部、胸部、乳腺、腹部、盆腔、脊柱以及肌肉和关节等相关疾病的检查都可以使用核磁共振方式,可为临床诊断提供依据。
很多患者都做过核磁共振,对该项检查并不陌生,但很多人对于核磁共振的认知过于片面。
下面我们来简单的介绍一下核磁共振的相关信息,增加大家对核磁共振的了解。
一、核磁共振的原理核磁共振检查通过利用施加无线电磁波信号,根据人体对无线电波信号产生不同反应,生成相应的图像信息。
在检查时,核磁共振仪器发出电磁波,引起人体组织中原子、质子产生共振,引起共振后撤出电磁波,人体组织也将射出此类电磁波,而后接受电磁波成像,即为核磁共振基本原理。
二、核磁共振检查优点(一)绝对安全,无辐射,对人体不会造成伤害,抵抗力较差的儿童与老人均可采用核磁共振检查;(二)多参数、多方位成像,信息丰富;(三)对中枢神经系统疾病、脑干、脊髓等病变的定性研究有明显优势;(四)图像清晰,大视野成像,可清晰观察解剖结构以及肿块的细微特点。
三、核磁共振检查适应症(一)颅脑MR检查1、先天性颅脑发育异常2、脑积水、脑萎缩3、卒中及脑缺氧、脑梗塞和脑出血等4、脑血管疾病5、颅内肿瘤和囊肿、颅脑外伤、颅内感染和其他炎性病变6、脑白质病(二)眼及眶区MR检查1、眼眶前病变、肌圆锥内外病变2、眼外肌病变、视神经及其鞘病变、眼球病变(三)鼻部MR检查1、鼻咽部良性、恶性病变2、喉部良性、恶性病变(四)胸部MR检查1、肺脏、纵膈及肺门、胸膜与胸壁等相关疾病2、乳腺疾病3、心脏、大血管病变(五)肝脏、胆系胰腺、脾脏MR检查1、肝脏、胆系、胰腺、脾脏的原发性或转移性肿瘤,以及肝海绵状血管瘤2、肝寄生虫病3、弥漫性肝病4、肝、胆、脾、胰腺先天性发育异常5、肠道梗阻6、肝脓肿、肝局限性结节增生和肝炎性假瘤7、手术、放疗、化疗及其他治疗效果的随访和观察8、胰腺炎及并发症(六)盆腔MR检查1、膀胱、输尿管、前列腺、精囊腺、子宫、卵巢及其附件的病变2、盆骨损伤(七)脊柱MR检查1、椎管内肿瘤2、脊髓病变、脊柱病变、脊髓外伤性病变、脊柱及脊髓先天性病变3、椎间盘突出、椎管狭窄四、核磁共振检查禁忌症(一)患有幽闭恐惧症的患者不能做核磁共振检查;(二)患者体内有金属类物质,(如装有心脏起搏器、动脉瘤夹、人工心脏瓣膜、人工关节、电子耳蜗、假牙等)、怀孕3个月内的孕妇,应事先告知检查医生;(三)体内有胰岛素泵等神经刺激器患者;五、核磁共振检查时体位摆放(一)头部血管成像、内耳、眼眶等部位需要采用头部专用线圈,患者应保持仰卧标准解剖正位姿势,头先进、定位十字线经两侧外眼角和正中矢状面对准线圈横轴中线,保持头部不动,呼吸平静。
健康科普——核磁共振技术近些年来,随着医疗技术水平的不断提高,核心共振技术也有所进步。
提到磁共振检查,相信大家都不会感到陌生。
与其他的技术相比较而言,核磁共振技术能够及早发现病变、甄别良恶性质,无电离辐射等优势,被越来越多的人选择。
但是同时其也有一些不足之处,如检查时间长等。
今天就带大家来一起了解一下核磁共振技术吧。
1、什么是核磁共振技术核磁共振技术,即NMR,主要是一种通过基于磁性核子的磁性特性原理成像(核磁共振成像MRI),对人体疾病进行检查的物理分析技术。
现阶段,该技术在生物医学、材料科学、化学等多个领域都有广泛的应用。
2、核磁共振技术有哪些优缺点2.1优点通常情况下,核磁共振技术的优点主要包括以下几点:第一,没有辐射和X射线暴露的危险,且优于X线和CT检查。
因此,多被应用于生殖系统、乳房、孕妇及新生儿的疾病诊断方面;第二,具有良好的分辨力,优于CT检查,可以很好地分辨软组织和骨骼;第三,由于各种参数均可以用来成像,而多个成像参数能够提供更多、更丰富的数据信息,如肝炎、肝硬化、肝癌的T1值不同,如果做T1的加权图像,则可以有效的区别这三种疾病,而且还可以辨别疾病的良、恶性质;第三,可以有效地诊断心脏病变;第四,与CT只能获取人体长轴垂直横断面相比较而言,核磁共振技术可以通过调节磁场来自由的选择剖面。
2.2缺点MRI作为影像诊断,很多病变单凭MRI依旧是无法确诊的,不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断。
通常情况下,核磁共振技术的缺点主要包括以下几点:第一,检查费用相对较高;第二,空间分辨率较差;第三,检查时间相对较久,部分患者无法有效地配合医生检查;第四,噪音较大,可能会在一定程度上影响患者的听力。
3、核磁共振适应症有哪些第一,神经系统病变,如,肿瘤、梗死、出血、变性、先天畸形、感染等等;第二,脊髓脊椎的病变,如,脊椎的肿瘤、萎缩、变性、外伤椎间盘病变等等;第三,心脏大血管的病变,如心脏病、心包积液、心肌病等;第四,胸部病变,如纵隔内的肿物、淋巴结以及胸膜病变等,可以显示肺内团块与较大气管和血管的关系等;第五,腹部器官,如肝癌、肝血管瘤及肝囊肿的诊断与鉴别诊断,腹内肿块的诊断与鉴别诊断,尤其是腹膜后的病变。
谈谈核磁共振核磁共振完全不同于传统的X线和CT,它是一种生物磁自旋成像技术,利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发,产生核磁共振现象,经过空间编码技术,用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号,输入计算机,经过数据处理转换,最后将人体各组织的形态形成图像,以作诊断。
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance即NMR)核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging,NMRI),又称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI),核磁共振全名是核磁共振成像(MRI),是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下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。
核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。
通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。
并不是是所有原子核都能产生这种现象,原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。
原子核自旋产生磁矩,当核磁矩处于静止外磁场中时产生进动核和能级分裂。
在交变磁场作用下,自旋核会吸收特定频率的电磁波,从较低的能级跃迁到较高能级。
这种过程就是核磁共振。
核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。
是后继CT后医学影像学的又一重大进步。
自80年代应用以来,它以极快的速度得到发展。
其基本原理:是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。
在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。
核磁共振是一种物理现象,作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域,到1973年才将它用于医学临床检测。
为了避免与核医学中放射成像混淆,把它称为核磁共振成像术(MRI)。
MRI是一种生物磁自旋成像技术,它是利用原子核自旋运动的特点,在外加磁场内,经射频脉冲激后产生信号,用探测器检测并输入计算机,经过处理转换在屏幕上显示图像。
MRI提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术,而且不同于已有的成像术,因此,它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。
它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像,不会产生CT检测中的伪影;不需注射造影剂;无电离辐射,对机体没有不良影响。
MRI对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。
MRI也存在不足之处。
它的空间分辨率不及CT,带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MRI的检查,另外价格比较昂贵。
核磁共振技术的历史1930年代,物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的自旋方向发生翻转。
这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。
由于这项研究,拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。
1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。
为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。
人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途,化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响,发展出了核磁共振谱,用于解析分子结构,随着时间的推移,核磁共振谱技术不断发展,从最初的一维氢谱发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图,核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强,进入1990年代以后,人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术,使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。
1946年,美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫宣布,他们发现了核磁共振NMR。
两人因此获得了1952年诺贝尔奖。
核磁共振是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场(处在无线电波波段)同时作用下,当满足一定条件时,会产生共振吸收现象。
核磁共振很快成为一种探索、研究物质微观结构和性质的高新技术。
目前,核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。
原子核由质子和中子组成,它们均存在固有磁矩。
可通俗的理解为它们在磁场中的行为就像一根根小磁针。
原子核在外加磁场作用下,核磁矩与磁场相互作用导致能级分裂,能级差与外加磁场强度成正比。
如果再同时加一个与能级间隔相应的交变电磁场,就可以引起原子核的能级跃迁,产生核磁共振。
可见,它的基本原理与原子的共振吸收现象类似。
早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究,如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等,后来广泛应用于分子组成和结构分析,生物组织与活体组织分析,病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。
对于孤立的氢原子核(也就是质子),当磁场为1.4T时,共振频率为59.6MHz,相应的电磁波为波长5米的无线电波。
但在化合物分子中,这个共振频率还与氢核所处的化学环境有关,处在不同化学环境中的氢核有不同的共振频率,称为化学位移。
这是由核外电子云对磁场的屏蔽作用、诱导效应、共厄效应等原因引起的。
同时由于分子间各原子的相互作用,还会产生自旋-耦合裂分。
利用化学位移与裂分数目,就可以推测化合物尤其是有机物的分子结构。
这就是核磁共振的波谱分析。
20世纪70年代,脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了,它使C13谱的应用也日益增多。
用核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。
最早的核磁共振成像实验是由1973年劳特伯发表的,并立刻引起了广泛重视,短短10年间就进入了临床应用阶段。
作用在样品上有一稳定磁场和一个交变电磁场,去掉电磁场后,处在激发态的核可以跃迁到低能级,辐射出电磁波,同时可以在线圈中感应出电压信号,称为核磁共振信号。
人体组织中由于存在大量水和碳氢化合物而含有大量的氢核,一般用氢核得到的信号比其他核大1000倍以上。
正常组织与病变组织的电压信号不同,结合CT 技术,即电子计算机断层扫描技术,可以得到人体组织的任意断面图像,尤其对软组织的病变诊断,更显示了它的优点,而且对病变部位非常敏感,图像也很清晰。
核磁共振成像研究中,一个前沿课题是对人脑的功能和高级思维活动进行研究的功能性核磁共振成像。
人们对大脑组织已经很了解,但对大脑如何工作以及为何有如此高级的功能却知之甚少。
美国贝尔实验室于1988年开始了这方面的研究,美国政府还将20世纪90年代确定为“脑的十年”。
用核磁共振技术可以直接对生物活体进行观测,而且被测对象意识清醒,还具有无辐射损伤、成像速度快、时空分辨率高(可分别达到100μm和几十ms)、可检测多种核素、化学位移有选择性等优点。
美国威斯康星医院已拍摄了数千张人脑工作时的实况图像,有望在不久的将来揭开人脑工作的奥秘。
若将核磁共振的频率变数增加到两个或多个,可以实现二维或多维核磁共振,从而获得比一维核磁共振更多的信息。
目前核磁共振成像应用仅限于氢核,但从实际应用的需要,还要求可以对其他一些核如:C13、N14、P31、S33、Na23、I127等进行核磁共振成像。
C13已经进入实用阶段,但仍需要进一步扩大和深入。
核磁共振与其他物理效应如穆斯堡尔效应(γ射线的无反冲共振吸收效应)、电子自旋共振等的结合可以获得更多有价值的信息,无论在理论上还是在实际应用中都有重要意义。
核磁共振拥有广泛的应用前景,伴随着脉冲傅里叶技术已经取得了一次突破,使C13谱进入应用阶段,有理由相信,其它核的谱图进入应用阶段应为期不远。
另一方面,医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象,利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息,从而精确绘制人体内部结构,在这一理论基础上1969年,纽约州立大学南部医学中心的医学博士达马迪安通过测核磁共振的弛豫时间成功的将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开来,在达马迪安新技术的启发下纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特伯尔于1973年开发出了基于核磁共振现象的成像技术(MRI),并且应用他的设备成功地绘制出了一个活体蛤蜊地内部结构图像。
劳特伯尔之后,MRI技术日趋成熟,应用范围日益广泛,成为一项常规的医学检测手段,广泛应用于帕金森氏症、多发性硬化症等脑部与脊椎病变以及癌症的治疗和诊断。
2003年,保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。
其基本原理:是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。
在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。
核磁共振的原理核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。
根据量子力学原理,原子核与电子一样,也具有自旋角动量,其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定,实验结果显示,不同类型的原子核自旋量子数也不同:质量数和质子数均为偶数的原子核,自旋量子数为0质量数为奇数的原子核,自旋量子数为半整数质量数为偶数,质子数为奇数的原子核,自旋量子数为整数迄今为止,只有自旋量子数等于1/2的原子核,其核磁共振信号才能够被人们利用,经常为人们所利用的原子核有:1H、11B、13C、17O、19F、31P由于原子核携带电荷,当原子核自旋时,会由自旋产生一个磁矩,这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同,大小与原子核的自旋角动量成正比。
将原子核置于外加磁场中,若原子核磁矩与外加磁场方向不同,则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转,这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动,称为进动。
进动具有能量也具有一定的频率。
原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定,也就是说,对于某一特定原子,在一定强度的的外加磁场中,其原子核自旋进动的频率是固定不变的。
原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关,根据量子力学原理,原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的,而是由原子核的磁量子数决定的,原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃,而不能平滑的变化,这样就形成了一系列的能级。
当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后,就会发生能级跃迁,也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。
这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。