核磁共振基本原理PPT课件
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光谱学-核磁共振课件(共86张PPT)
第二页，共八十六页。
从核磁共振氢谱、核磁共振碳谱到核磁共振二维谱，从永久 磁铁仪器、电磁铁仪器到超导磁体仪器，从连续波仪器到脉冲付 里叶变换仪器，从低磁场仪器（40兆赫、60兆赫、80兆赫、90兆 赫、100兆赫）到高磁场仪器（200兆赫、300兆赫、400兆赫、500 兆赫、800兆赫、900兆赫），核磁共振技术正以迅猛发展之势日 新月异。核磁共振在有机化学、植物化学、药物化学、生物化学 (shēnɡ wù huà xué)和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药 工业等方面应用越来越广泛。
核磁共振 （NMR） (hé cí ɡònɡ zhèn)
Nuclear magnetic resonance(NMR)
第一页，共八十六页。
一. 简 介 1. 发展概况
核磁共振（NMR）是根据有磁矩的原子 核
（如1H、13C、19F、31P等），在磁场的作用下，能够
(nénggòu)产生能级间的跃迁的原理，而采用的一种新技 术。这种新技术自1946年发现，中经50年代末高分辨 核磁共振仪问世以来，现已有很大发展。
第十页，共八十六页。
核磁矩在外磁场方向(fāngxiàng)上的分量μz亦量子化：
z
Pz
mh 2
第十一页，共八十六页。
3、核的进动(jìn dònɡ)
将自旋核放在外磁场H0中时，自旋核的行为就像一 个在重力场中做旋转(xuánzhuǎn)的陀螺，即一方面自旋， 一方面由于磁场作用而围绕磁场方向旋转(xuánzhuǎn)，这 种运动方式称为进动，又称为Larmor进动。其进动频 率称为Larmor频率υ0， υ0∞H0
低场
向左
向右 磁场强度
（ 增大(zēnɡ dà)）
（ 减小）
从核磁共振氢谱、核磁共振碳谱到核磁共振二维谱，从永久 磁铁仪器、电磁铁仪器到超导磁体仪器，从连续波仪器到脉冲付 里叶变换仪器，从低磁场仪器（40兆赫、60兆赫、80兆赫、90兆 赫、100兆赫）到高磁场仪器（200兆赫、300兆赫、400兆赫、500 兆赫、800兆赫、900兆赫），核磁共振技术正以迅猛发展之势日 新月异。核磁共振在有机化学、植物化学、药物化学、生物化学 (shēnɡ wù huà xué)和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药 工业等方面应用越来越广泛。
核磁共振 （NMR） (hé cí ɡònɡ zhèn)
Nuclear magnetic resonance(NMR)
第一页，共八十六页。
一. 简 介 1. 发展概况
核磁共振（NMR）是根据有磁矩的原子 核
（如1H、13C、19F、31P等），在磁场的作用下，能够
(nénggòu)产生能级间的跃迁的原理，而采用的一种新技 术。这种新技术自1946年发现，中经50年代末高分辨 核磁共振仪问世以来，现已有很大发展。
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核磁矩在外磁场方向(fāngxiàng)上的分量μz亦量子化：
z
Pz
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3、核的进动(jìn dònɡ)
将自旋核放在外磁场H0中时，自旋核的行为就像一 个在重力场中做旋转(xuánzhuǎn)的陀螺，即一方面自旋， 一方面由于磁场作用而围绕磁场方向旋转(xuánzhuǎn)，这 种运动方式称为进动，又称为Larmor进动。其进动频 率称为Larmor频率υ0， υ0∞H0
低场
向左
向右 磁场强度
（ 增大(zēnɡ dà)）
（ 减小）
磁共振基本原理PPT课件
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温馨提示：
1.检查时间也许不止15分钟 止痛、提前进食及大小便 2.检查时间长、空间幽闭，可能会焦虑
婴幼儿、烦躁不安及幽闭恐惧症患者，给适量的镇静剂或麻 醉药物
3.建议提前戴好耳塞 机器噪声大；嘱患者不得随意运动：配合检查 4.体表感觉到热感 体表温度可能会升高 1℃左右 5.不必担心放射线辐射 核磁共振使用的是强大的磁场和无线电波，没有 X 射线，因 此不用担心辐射危险。
第2页/共54页
磁共振安全教育
MRI是利用磁场与特定原子核的核磁共振作用所产生 信号来成像的。 MR检查具有绝对禁忌证及相对禁忌证。
指会导致被检者生命危险的情况 1．装有心脏起搏器者 2．装有铁磁性或电子耳蜗者 3．中枢神经系统的金属止血夹
第3页/共54页
磁共振安全教况，通过解除金属器械后仍可进 行检查的情况，以及对影像质量不利的情况。 1．体内有金属置入物，如心脏金属瓣膜、人工 关节、固定钢板、止血夹、金属义齿、避孕环等 2．带有呼吸机及心电监护设备的危重患者 3．体内有胰岛素泵等神经刺激器患者 4．妊娠3个月以内的早孕患者
K空间及其基本特性
K空间：MR图像原始数据的填充储存空间格式，填充 后的资料经傅立叶转换，重建出MR图像。
第47页/共54页
l l
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第49页/共54页
第50页/共54页
第51页/共54页
第52页/共54页
thank you
第53页/共54页
感谢您的观看。
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MRI物理学原理
第18页/共54页
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温馨提示：
1.检查时间也许不止15分钟 止痛、提前进食及大小便 2.检查时间长、空间幽闭，可能会焦虑
婴幼儿、烦躁不安及幽闭恐惧症患者，给适量的镇静剂或麻 醉药物
3.建议提前戴好耳塞 机器噪声大；嘱患者不得随意运动：配合检查 4.体表感觉到热感 体表温度可能会升高 1℃左右 5.不必担心放射线辐射 核磁共振使用的是强大的磁场和无线电波，没有 X 射线，因 此不用担心辐射危险。
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磁共振安全教育
MRI是利用磁场与特定原子核的核磁共振作用所产生 信号来成像的。 MR检查具有绝对禁忌证及相对禁忌证。
指会导致被检者生命危险的情况 1．装有心脏起搏器者 2．装有铁磁性或电子耳蜗者 3．中枢神经系统的金属止血夹
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磁共振安全教况，通过解除金属器械后仍可进 行检查的情况，以及对影像质量不利的情况。 1．体内有金属置入物，如心脏金属瓣膜、人工 关节、固定钢板、止血夹、金属义齿、避孕环等 2．带有呼吸机及心电监护设备的危重患者 3．体内有胰岛素泵等神经刺激器患者 4．妊娠3个月以内的早孕患者
K空间及其基本特性
K空间：MR图像原始数据的填充储存空间格式，填充 后的资料经傅立叶转换，重建出MR图像。
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MRI物理学原理
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核磁共振基本知识ppt课件
3.饱和及弛豫
➢ 低能态核比高能态核只多0.001％。因此低能态核 总是比高能态核多一些，因为这样一点过剩，所以 能观察到电磁波的吸收。
➢ 如果核连续吸收电磁波，原过剩的低能态就逐渐
减少，吸收信号的强度就会减弱，最终完全消失，
这个现象就称饱和。出现饱和时，两种自旋状态的
核数目完全相同。
精选课件PPT
甲基正好处于屏蔽区共甲基处于去屏蔽区共振吸收向低场移动结果是两个吸收峰位臵发生互换相邻核自旋之间的相互作用称为自旋自旋偶合spinspincoupling由自旋耦合引起的吸收峰分裂使谱线增多的现象称为自旋自旋裂分简称自旋裂分splittingnmr吸收峰分裂为n1个相邻峰间距离为jhz各峰相对强度比为二项式a展开式的各项系数之比ppt精选版48信号裂分的数目和相对强度ppt精选版49氢核间的耦合类型苯环上的质子耦合dfppt精选版50典型有机物的质子耦合常数ppt精选版51ppt精选版5213h谱的对比ppt精选版53几种常见碳谱ppt精选版54使用一个高功率频率范围较宽的可以覆盖全部质子larmor频率范围的去偶场使样品中所有h全部共振饱和去偶使每一个c都出现一个s峰
④H键效应
H
O
R
H
O
R
H OO
R1
R2
• ROH、RNH2在0.5-5，ArOH在4-7，变化范围大， 影响因素多
• 氢键作用随温度、溶剂、浓度变化显著，可以了 解与氢键有关的结构及其变化
分子内氢键同样可以影响质子的共振吸收
-二酮的烯醇式可以形成分子内氢键 该羟基质子的化学位移为11~16
⑤ 溶剂效应
① 理想状况时的共振
➢ 对于孤立的、裸露的核，ΔE =(h/2π) γ·H ➢ 在一定H0下，一种核只有唯一的ΔE ➢ ΔE = E外 = hν ➢ 只有唯一频率ν的吸收 ➢ 如H0=2.3500 T 时，
核磁共振基本原理PPT课件
2022/3/22
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
❖ 1946年， Purcell和 Bloch观察到核 磁共振现象。 于1952年获得 诺贝尔物理奖
2022/3/22
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
《核磁共振》PPT课件
用一定频率电磁波对样品进行照射，就可使特定结构 环境中的原子核实现共振跃迁，在照射扫描中记录发生共 振时的信号位置和强度，就得到NMR谱。
谱上的共振信号位置反映样品分子的局部结构(例如官能 团，分子构象等)；信号强度则往往与有关原子核在样品中 存在的量有关。
3
5.1 概述
目前常用的磁场强度下测量NMR所需照射电磁波落在射频 区(60~600 MHz)。
36
5.3.1 质子的化学位移
在各种化合物分子中，与同一类基团相连的质子， 它们都有大致相同的化学位移。
化学位移是分析分子中各类氢原子所处位置的重要 依据。
值越大，表示屏蔽作用越小，吸收峰出现在低场； 值越小，表示屏蔽作用越大，吸收峰出现在高场。
37
5.3 核磁共振氢谱
5.3.2 影响化学位移的因素 1. 取代基的诱导效应 2. 各向异性效应 3. 共轭效应 4. 氢键和溶剂效应
为高，其能量差E为：
E H0
I
为自旋核产生的磁矩。
由于I =1/2，故
（5-2）
E 2H0
16
（5-3）
5.2.1 原子核的自旋 在外磁场作用下，自旋核能级的裂分如图所示。
在外磁场作用下，核自旋能级的裂分示意图 17
5.2.1 原子核的自旋
由图可见，当磁场不存在时，I =1/2的原子核对两种可 能的磁量子数并不优先选择任何一个，具有简并的能级；
脉冲傅里叶变换NMR仪的问世，极大得推动了NMR技术， 特别是使13C，15N，29Si等核磁共振及固体NMR得以广泛应用。 发明者R. R. Ernst 曾获1991年诺贝尔化学奖。
在过去10 年中，NMR谱在研究溶液及固体状态的材料结 构中取得了巨大的进展。
谱上的共振信号位置反映样品分子的局部结构(例如官能 团，分子构象等)；信号强度则往往与有关原子核在样品中 存在的量有关。
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5.1 概述
目前常用的磁场强度下测量NMR所需照射电磁波落在射频 区(60~600 MHz)。
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5.3.1 质子的化学位移
在各种化合物分子中，与同一类基团相连的质子， 它们都有大致相同的化学位移。
化学位移是分析分子中各类氢原子所处位置的重要 依据。
值越大，表示屏蔽作用越小，吸收峰出现在低场； 值越小，表示屏蔽作用越大，吸收峰出现在高场。
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5.3 核磁共振氢谱
5.3.2 影响化学位移的因素 1. 取代基的诱导效应 2. 各向异性效应 3. 共轭效应 4. 氢键和溶剂效应
为高，其能量差E为：
E H0
I
为自旋核产生的磁矩。
由于I =1/2，故
（5-2）
E 2H0
16
（5-3）
5.2.1 原子核的自旋 在外磁场作用下，自旋核能级的裂分如图所示。
在外磁场作用下，核自旋能级的裂分示意图 17
5.2.1 原子核的自旋
由图可见，当磁场不存在时，I =1/2的原子核对两种可 能的磁量子数并不优先选择任何一个，具有简并的能级；
脉冲傅里叶变换NMR仪的问世，极大得推动了NMR技术， 特别是使13C，15N，29Si等核磁共振及固体NMR得以广泛应用。 发明者R. R. Ernst 曾获1991年诺贝尔化学奖。
在过去10 年中，NMR谱在研究溶液及固体状态的材料结 构中取得了巨大的进展。
《核磁共振》PPT课件.ppt
时间表示；T2 气、液的T2与其T1相似，约为1秒；
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
pz
hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
*
2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
*
当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
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hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
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2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
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当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。
磁共振成像基本原理PPT课件
射频脉冲与磁化矢量
射频脉冲
向样品发射特定频率的射频脉冲，使磁化矢量发生旋 转。
磁化矢量旋转
射频脉冲使磁化矢量从一个静息态旋转到另一态，产 生能量变化。
信号的产生
磁化矢量回到静息态时释放能量，被探测器接收并转 换为可测信号。
信号的接收与处理
接收线圈
环绕在样品周围的接收线圈用于接收磁共振信号。
信号处理
超高场强磁共振成像
超高场强磁共振成像技术使用大于或等于7 特斯拉（T）的磁场进行成像。超高场强设 备在图像质量和分辨率方面具有显著优势， 能够提供更深入的生理和病理信息，有助于 疾病的早期诊断和精准治疗。
功能与分子影像学在技术利用磁场变化 来研究大脑和其他器官的功能活动。通过测 量血液氧合状态的变化，fMRI可以揭示大脑 在执行特定任务时的活动模式。此外，fMRI 还可以用于研究其他器官的功能和疾病进程。
射频电磁场安全
射频电磁场是磁共振成像过程中产生的另一种能量形式， 需要确保其强度符合国际和国家安全标准，避免对患者的 健康造成潜在影响。
热安全
在磁共振成像过程中，设备会向人体发射射频脉冲，这些 脉冲会产生热量。因此，需要监测和限制患者的体温升高， 确保热安全。
磁共振成像质量控制
01
图像分辨率
图像分辨率是磁共振成像质量的重要指标之一。为了获得高质量的图像，
参数优化
根据不同的扫描目标和需求，优化扫描序列中的参数，如磁场强度、射频脉冲的频率和持续时间等，以提高图像 质量和分辨率。
04
磁共振成像设备
磁体系统
01
02
03
磁体类型
超导磁体、永磁磁体和常 导磁体等。
磁场强度
磁场强度决定了成像质量， 通常在0.5-3.0特斯拉之间。
磁共振 ppt课件
化学交换饱和转移成像（Chemical Exchange Saturation Transfer，CEST）：通过测量化学交换过程中产生的磁共振 信号来反映组织内的特定代谢物浓度，常用于神经退行性疾 病和肿瘤的研究。
05 磁共振的优势与局限性
优势
无电离辐射
磁共振成像技术利用磁场和射频脉冲，而 不是X射线，因此没有电离辐射，对病人
磁场均匀度
为了保证检测结果的准确性，磁体 系统需要提供高均匀度的磁场环境 。
射频系统
发射器
射频系统中的发射器负责 产生高频电磁波，用于激 发人体内的氢原子核。
接收器
接收器负责接收氢原子核 返回的信号，并将其转换 为可供计算机系统处理的 电信号。
射频线圈
射频线圈是发射和接收电 磁波的重要部件，其设计 和性能对信号质量和成像 质量有重要影响。
研究和发展分子成像技术，实现从分子水平上对疾病进行早期诊断 和疗效评估。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
磁共振的发展历程
1946年，美国科学家Bloch和Purcell 共同获得了诺贝尔物理学奖，因为他 们发现了核磁共振现象。
1977年，美国科学家Mansfield和 Maudsley开发出了基于快速扫描的 磁共振成像技术，大大缩短了成像时 间。
1971年，美国科学家Damadian发明 了第一台核磁共振成像仪，并获得了 专利。
无害。
高软组织分辨率
磁共振成像能够清晰地显示软组织结构， 对于脑、关节、肌肉等部位的病变诊断具
有优势。
多参数成像
磁共振成像可以获取多种参数，如T1、T2 、质子密度等，从而提供丰富的诊断信息 。
功能成像
除了结构成像外，磁共振还可以进行功能 成像，如灌注成像和弥散成像，有助于疾 病的早期诊断和预后评估。
05 磁共振的优势与局限性
优势
无电离辐射
磁共振成像技术利用磁场和射频脉冲，而 不是X射线，因此没有电离辐射，对病人
磁场均匀度
为了保证检测结果的准确性，磁体 系统需要提供高均匀度的磁场环境 。
射频系统
发射器
射频系统中的发射器负责 产生高频电磁波，用于激 发人体内的氢原子核。
接收器
接收器负责接收氢原子核 返回的信号，并将其转换 为可供计算机系统处理的 电信号。
射频线圈
射频线圈是发射和接收电 磁波的重要部件，其设计 和性能对信号质量和成像 质量有重要影响。
研究和发展分子成像技术，实现从分子水平上对疾病进行早期诊断 和疗效评估。
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磁共振的发展历程
1946年，美国科学家Bloch和Purcell 共同获得了诺贝尔物理学奖，因为他 们发现了核磁共振现象。
1977年，美国科学家Mansfield和 Maudsley开发出了基于快速扫描的 磁共振成像技术，大大缩短了成像时 间。
1971年，美国科学家Damadian发明 了第一台核磁共振成像仪，并获得了 专利。
无害。
高软组织分辨率
磁共振成像能够清晰地显示软组织结构， 对于脑、关节、肌肉等部位的病变诊断具
有优势。
多参数成像
磁共振成像可以获取多种参数，如T1、T2 、质子密度等，从而提供丰富的诊断信息 。
功能成像
除了结构成像外，磁共振还可以进行功能 成像，如灌注成像和弥散成像，有助于疾 病的早期诊断和预后评估。
《MRI基本原理》课件
《MRI基本原理》PPT课 件
MRI（磁共振成像）是一种非侵入性的医学成像技术，利用核磁共振原理来 观察人体内部组织结构和功能。
MRI的基本原理
1 磁共振现象
物质中的原子核在强磁场作用下发生共振现象。
2 核磁共振原理
核磁共振利用原子核的自旋和磁矩来获取图像信息。
3 MRI的物理基础
通过梯度磁场和脉冲序列对核磁共振信号进行探测和编码。
3 对患者的限制
部分人群如心脏起搏器患者不能接受MRI检查。
MRI的未来
MRI技术的发展趋势
MRI技术不断发展，未来可能 实现更高的分辨率和更短的扫 描时间。
MRI在医疗领域的前景
MRI将继续在临床诊断和治疗 中发挥重要作用，改善医疗水 平。
MRI在科学研究中的作用
MRI技术可用于研究大脑功能、 心脏病理和神经退化等科学领 域。
科学上的应用
MRI被用于研究人体生理和病理过程，以及大脑功能和结构的探索。
工业上的应用
MRI技术在材料科学和非破坏性测试中起着重要作用，如检测材料缺陷和分析材料结构。
MRI的局限性
1 对金属的敏感性
MRI无法应用于患有金属假体或金属植入物的患者。
2 对运动的敏感性
患者在拍摄过程中需保持静止，运动会导致图像模糊。
总结
1 MRI的优点
MRI提供非侵入性、高 分辨率的图像，适用于 检查不同器官和病理。
2 MRI的局限性
MRI在金属、运动和部 分人群方面存在限制， 需谨慎应用。
3 MRI的未来发展前景
MRI技术将不断发展， 有望提供更准确、便捷 的医学成像服务。
MRI的成像技术
1
MRI的成像过程
通过对人体施加磁场、射频脉冲和梯度磁场的控制，获取详细的图像信息。
MRI（磁共振成像）是一种非侵入性的医学成像技术，利用核磁共振原理来 观察人体内部组织结构和功能。
MRI的基本原理
1 磁共振现象
物质中的原子核在强磁场作用下发生共振现象。
2 核磁共振原理
核磁共振利用原子核的自旋和磁矩来获取图像信息。
3 MRI的物理基础
通过梯度磁场和脉冲序列对核磁共振信号进行探测和编码。
3 对患者的限制
部分人群如心脏起搏器患者不能接受MRI检查。
MRI的未来
MRI技术的发展趋势
MRI技术不断发展，未来可能 实现更高的分辨率和更短的扫 描时间。
MRI在医疗领域的前景
MRI将继续在临床诊断和治疗 中发挥重要作用，改善医疗水 平。
MRI在科学研究中的作用
MRI技术可用于研究大脑功能、 心脏病理和神经退化等科学领 域。
科学上的应用
MRI被用于研究人体生理和病理过程，以及大脑功能和结构的探索。
工业上的应用
MRI技术在材料科学和非破坏性测试中起着重要作用，如检测材料缺陷和分析材料结构。
MRI的局限性
1 对金属的敏感性
MRI无法应用于患有金属假体或金属植入物的患者。
2 对运动的敏感性
患者在拍摄过程中需保持静止，运动会导致图像模糊。
总结
1 MRI的优点
MRI提供非侵入性、高 分辨率的图像，适用于 检查不同器官和病理。
2 MRI的局限性
MRI在金属、运动和部 分人群方面存在限制， 需谨慎应用。
3 MRI的未来发展前景
MRI技术将不断发展， 有望提供更准确、便捷 的医学成像服务。
MRI的成像技术
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MRI的成像过程
通过对人体施加磁场、射频脉冲和梯度磁场的控制，获取详细的图像信息。
磁共振成像(MRI)的基本原理PPT演示课件
磁共振成像(MRI)的基本原理 Magnetic Resonance Imaging
同济医科大学附属协和医院MR室 刘定西
1
磁共振现象的发现及发展
1924年pauli在进行电在子波谱 试验中发现了许多原子核象带电的 自旋粒子一样具有角动量和磁动量。
1946年美国物理学家Block和 Purcell分别测出了在均匀物质中磁 共振的能量吸收，进一步证实了核 自旋的存在，并为此获得了1952年 诺贝尔物理学奖。
• 影响M的因素：静磁场强度、温度、自 旋密度（单位体积的自旋数）。
• 纵向磁化：平行于磁场方向的磁化矢量 • 横向磁化：垂直于磁场方向的磁化矢量
30
31
磁共振成像中的坐标系统
Z
Y X
32
第四节 核磁共振现象
• 单摆共振 • 核磁共振
33
单摆共振的条件
• 系统与激发源的固有频率相同 • 系统吸收能量内能增加
10
3
11
净自旋
• 原子核的运动:自旋 • 净自旋：具有自旋磁动量的自旋。 • 零自旋/非零自旋：净自旋为零/净自旋不
为零 • 净自旋产生的条件:奇数质子和/或奇数中
子 • 净自旋的意义：是磁共振信号来源的基
础。 • 自旋系统：磁场中所有自旋的集合。
12
1H的原子核结构及特性
1H原子核仅有一个质子，无中子。 其磁化敏感度高，在人体的自然 丰 富度很高，是很好的磁共振靶核。
21
M1
M2
22
Z
M0 B1 X
Y
23
24
自旋在磁场中的运动
• 进动（旋进）：自旋轴绕磁场方 向的圆周运动。遵循 lamor 定理， w=rB0
• 影响进动频率的因素：磁场强度。 • 进动的方向：上旋态与下旋态。
同济医科大学附属协和医院MR室 刘定西
1
磁共振现象的发现及发展
1924年pauli在进行电在子波谱 试验中发现了许多原子核象带电的 自旋粒子一样具有角动量和磁动量。
1946年美国物理学家Block和 Purcell分别测出了在均匀物质中磁 共振的能量吸收，进一步证实了核 自旋的存在，并为此获得了1952年 诺贝尔物理学奖。
• 影响M的因素：静磁场强度、温度、自 旋密度（单位体积的自旋数）。
• 纵向磁化：平行于磁场方向的磁化矢量 • 横向磁化：垂直于磁场方向的磁化矢量
30
31
磁共振成像中的坐标系统
Z
Y X
32
第四节 核磁共振现象
• 单摆共振 • 核磁共振
33
单摆共振的条件
• 系统与激发源的固有频率相同 • 系统吸收能量内能增加
10
3
11
净自旋
• 原子核的运动:自旋 • 净自旋：具有自旋磁动量的自旋。 • 零自旋/非零自旋：净自旋为零/净自旋不
为零 • 净自旋产生的条件:奇数质子和/或奇数中
子 • 净自旋的意义：是磁共振信号来源的基
础。 • 自旋系统：磁场中所有自旋的集合。
12
1H的原子核结构及特性
1H原子核仅有一个质子，无中子。 其磁化敏感度高，在人体的自然 丰 富度很高，是很好的磁共振靶核。
21
M1
M2
22
Z
M0 B1 X
Y
23
24
自旋在磁场中的运动
• 进动（旋进）：自旋轴绕磁场方 向的圆周运动。遵循 lamor 定理， w=rB0
• 影响进动频率的因素：磁场强度。 • 进动的方向：上旋态与下旋态。
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02:12:38
( 核磁共振现象)
两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’相互作用, 产生进动(拉莫进 动)进动频率 0； 角速度0；
0 = 20 = B0 磁旋比； B0磁感强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差：
E = B0 （磁矩）
02:12:38
z
z
z
m=1/2 m=1
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很象
磁棒，在外加磁场下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核才具有磁矩
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I）
例子
奇数 偶数
奇或偶 偶数
1,3,5 222
0
I
1 2
,1H
1
,
13C6 ,19 F9 ,15N 7
质谱给出分子量为269 分子式为:C17H17N3O
1H
应用实例
NMR方法
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多
的量子化能级。
（2）用一个能量恰好等于分裂后相 邻能级差的电磁波照射，该核就可以
吸收此频率的波，发生能级跃迁，从
而产生 NMR 吸收。
02:12:38
NMR的形成
原子核
o P
I ≥ 1/2
P: 原子核的角动量 : 磁矩 o: 拉默尔频率 : 磁旋比
02:12:38
一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
（1）一些原子核像电子一样存在自旋 现象，因而有自旋角动量：
P I (I 1) h I (I 1)
2
I 为自旋量子数
（2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故 在自旋时会产生 核磁矩：
m=2
B0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/2 I=1
I=2
1H
E2 =+ B0
B0
r
P
E = E2－E1 = 2 B0 E1 =－ B0
02:12:38
静磁场(B0)
E
NMR的形成
1H splitting 13C splitting E
B0
E = hB0/2
02:12:38
总结
（1）在相同 B0 下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ， 13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的 1/8 左右。 （2）对同一种核， 一定，当B0 不变时，共振频率不变； 当B0 改变时，共振频率也随之而变。
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
02:12:38
自旋核在磁场中的行为
B0
P
1H E2 =+ （h/4 ） B0
E
E1 =－ （h/4 ） B0
磁旋比； B0外磁场强度 E= E2 － E1 = （h/2 ） B0 发生核磁共振时： E= h 0 共振频率 0 = （1/2 ） B0
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布 不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核（重要） 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋， 有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化 合物的主要组成元素。
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二、 核磁共振现象
I
3 2
,11B5
,
35
Cl17
,
I
5 2
,17
O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1, 2H1 ,14N 7 , I 3,10B5
02:12:38
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自 旋，没有磁矩，不产生共振吸收
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
year 1961 1965 1969 1978 1978 1985 1988 1994 1995 1996 2000
02:12:38
Frequency(MHz)
60
100 220 200 360 500 600 750 500b 800 80
300 800 3600 6000 9000 30000 30000
第六章
一、原子核的自旋
核磁共振波谱
atomic nuclear spin 二、核磁共振现象
分析法
nuclear magnetic resonance
三、核磁共振条件
nuclear magnetic resonance
spectroscopy; NMR
condition of nuclear magnetic resonance
02:12:38
1.00 1.08 1.05
1.05 1.08 1.09
6.02
3.34 1.13
1.13 2.29 1.13 1.12 1.11
8.74
8.34 8.29 8.27
7.52 7.51 7.36 7.35 7.33 7.30 7.28 7.27
4.93
3.94 3.79 3.33 3.33 3.33 3.08 3.06 3.05 3.03 2.92 2.91 2.89 2.88 2.86 2.82 2.78 2.33 2.31 2.08 2.07 2.07
第一节
四、核磁共振波谱仪
核磁共振基本原理
principles of nuclear
nuclear magnetic resonance spectrometer
magnetic resonance
02:12:38
02:12:38
9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 ppm
P I (I 1) gN N ; N e 2mP 5.05081027 J T 1
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的 磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。 N为核磁子。
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（3） 与P方向平行。
1H 2.7927013C 0.70216 4:1
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
于外磁当场置，于有外（磁场2I+B10）中种时取，向相：对 氢核（I=1/2），两种取向
（两个能级）：
(1)与外磁场平行，能量低，磁量