大学基础类课件核磁共振
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磁共振成像基本知识PPT课件
波谱成像（Spectroscopic Imaging）：通过分析组 织中的化学成分来提供分子层面的信息，有助于肿瘤 和代谢性疾病的诊断。
靶向成像（Targeted Imaging）：通过使用特异性 标记的分子探针，对特定分子或细胞进行成像，为个 性化医疗和精准诊断提供了可能。
04 磁共振成像应用
医学诊断
成本与普及
磁共振成像设备成本较高，限制了其 在基层医疗机构的普及。未来需要降 低设备成本，提高可及性。
磁敏感加权成像（Susceptibility Weighted Imaging, SWI）：利用组织磁敏感性 的差异进行成像，能够显示脑部微出血、铁沉积等病理变化。
分子成像技术
化学交换饱和转移成像（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）：利用特定频率的射频 脉冲来检测组织中特定化学物质的变化，对肿瘤和炎 症等疾病的诊断具有潜在价值。
。
快速扫描技术
研究更快的扫描序列和算法，缩短 成像时间，提高检查效率，减轻患 者长时间处于扫描腔内的压力。
多模态成像融合
结合磁共振成像与其他影像技术（ 如CT、PET等），实现多模态成像 融合，提供更全面的医学影像信息 。
新应用活动和功能连接，深入 了解神经系统和认知科学领域。
磁共振成像的优势与局限性
高软组织分辨率
MRI对软组织结构有高分辨率，能够清晰显示脑、关节、肌 肉等组织的细微结构。
无骨伪影干扰
MRI不受骨骼的影响，能够清晰显示周围软组织的结构。
磁共振成像的优势与局限性
01
02
03
检查时间长
由于MRI需要采集大量数 据，检查时间相对较长。
金属植入物限制
核磁共振基本原理ppt课件
exp
E exp kT
h
kT
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共振频率
2
B0
2.68108 2.3488 100.00MHz
2 3.24
Ni Nj
e
xp
6.626 1034 1.38066
相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动频率 0； 角速度0；
0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之间的能级差： E= H0 （磁矩）
09:33:13
6
三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
标样浓度（四甲基硅烷 TMS） ： 1%； 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳； 氘代溶剂：氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物；
09:33:13
15
傅立叶变换核磁共振波谱仪
不是通过扫场或扫频产生共 振；
恒定磁场，施加全频脉冲， 产生共振，采集产生的感应电 流信号，经过傅立叶变换获得 一般核磁共振谱图。 （类似于一台多道仪）
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。 （2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和 射频频率不同。
（3） 固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处发生共振（图）。 也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场方式应用较多。
condition of nuclear magnetic resonance 四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
核磁共振基本原理课件
化学分析
核磁共振波谱法在化学领域中用于分 析物质的化学结构和组成，通过测量 原子核的共振频率来推断分子结构。
核磁共振的重要性
01
02
03
科学研究
核磁共振为科学研究提供 了强有力的工具，帮助科 学家深入了解物质的微观 结构和动态行为。
医学诊断
核磁共振成像技术在医学 诊断中具有重要价值，能 够提高疾病诊断的准确性 和可靠性。
冲宽度等参数。
启动核磁共振谱仪，进 行实验操作，记录数据。
对采集的数据进行预处 理、解析和可视化。
数据解析与处理
01
02
03
04
傅里叶变换
将时间域信号转换为频率域信 号，便于分析不同化学环境的
核自旋。
参数标定
根据已知化合物或标准样品， 标定实验参数，提高分析准确
性。
信号解析
通过化学位移、耦合常数等信 息，解析出分子结构信息。
工业应用
在工业领域，核磁共振技 术可用于产品质量控制、 生产过程监控以及新材料 的研发等。
02 核磁共振的基本原理
原子核的磁性
原子核具有磁性
原子核中的质子和中子具有自旋，从 而产生磁矩。不同原子核的磁矩大小 和方向不同，这决定了它们在磁场中 的行为。
磁矩的表示
磁矩的大小与原子核中的质子数和中子 数相关，通常用希腊字母μ表示。不同 原子核的μ值不同，决定了它们在磁场 中的共振频率。
核磁共振基本原理课件
contents
目录
• 引言 • 核磁共振的基本原理 • 核磁共振的实验技术 • 核磁共振的应用实例 • 核磁共振的未来发展
01 引言
核磁共振的发现
核磁共振的发现
1946年，美国科学家F.Bloch和E.M.Purcell因各自独立发现了核磁共振现象， 共同获得了诺贝尔物理学奖。这一发现为后来的核磁共振技术发展奠定了基础。
磁共振基础知识课件
的健康风险较小。
高软组织分辨率
磁共振能够提供高分辨率的软 组织图像，有助于诊断肿瘤、
炎症和其他软组织病变。
多参数成像
磁共振可以获取多种参数的图 像，如T1、T2和质子密度等 ，有助于疾病的鉴别诊断。
无骨伪影干扰
由于磁共振不受骨骼的影响， 因此能够清楚地显示脑部和软
组织结构。
缺点
价格昂贵
磁共振成像设备成本高，导致 检视察肌肉和肌腱的 形态和信号变化，对肌肉和肌腱的 损伤进行诊断。
关节病变
磁共振成像能够检测关节的炎症、 退行性病变以及关节腔内病变，为 关节疾病的诊断和治疗提供重要信 息。
04
磁共振成像的优缺点
优点
01
02
03
04
无电离辐射
磁共振成像技术不使用X射线 ，因此没有电离辐射，对患者
详细描述
传统的单核磁共振只能提供有限的分子结构 和代谢信息，而多核磁共振技术则能够提供 更多的信息。通过利用不同原子核的共振频 率和磁矩差异，多核磁共振技术能够揭示不 同分子之间的相互作用和代谢过程。这有助 于深入了解疾病的发病机制和治疗效果，为 医学研究和临床治疗提供更多有价值的信息
。
THANKS
扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）：利用扩 散张量来描述水分子的扩散方向和程度，常用于脑部白质纤 维束的显示。
03
磁共振成像应用
神经系统成像
01
02
03
脑部结构
磁共振成像能够清楚显示 脑部结构，如大脑皮质、 脑沟回、脑白质和脑灰质 等。
脑功能成像
通过磁共振成像技术，可 以视察大脑在特定任务或 刺激下的功能活动变化。
神经退行性疾病
高软组织分辨率
磁共振能够提供高分辨率的软 组织图像，有助于诊断肿瘤、
炎症和其他软组织病变。
多参数成像
磁共振可以获取多种参数的图 像，如T1、T2和质子密度等 ，有助于疾病的鉴别诊断。
无骨伪影干扰
由于磁共振不受骨骼的影响， 因此能够清楚地显示脑部和软
组织结构。
缺点
价格昂贵
磁共振成像设备成本高，导致 检视察肌肉和肌腱的 形态和信号变化，对肌肉和肌腱的 损伤进行诊断。
关节病变
磁共振成像能够检测关节的炎症、 退行性病变以及关节腔内病变，为 关节疾病的诊断和治疗提供重要信 息。
04
磁共振成像的优缺点
优点
01
02
03
04
无电离辐射
磁共振成像技术不使用X射线 ，因此没有电离辐射，对患者
详细描述
传统的单核磁共振只能提供有限的分子结构 和代谢信息，而多核磁共振技术则能够提供 更多的信息。通过利用不同原子核的共振频 率和磁矩差异，多核磁共振技术能够揭示不 同分子之间的相互作用和代谢过程。这有助 于深入了解疾病的发病机制和治疗效果，为 医学研究和临床治疗提供更多有价值的信息
。
THANKS
扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）：利用扩 散张量来描述水分子的扩散方向和程度，常用于脑部白质纤 维束的显示。
03
磁共振成像应用
神经系统成像
01
02
03
脑部结构
磁共振成像能够清楚显示 脑部结构，如大脑皮质、 脑沟回、脑白质和脑灰质 等。
脑功能成像
通过磁共振成像技术，可 以视察大脑在特定任务或 刺激下的功能活动变化。
神经退行性疾病
《核磁共振图谱》课件
核磁共振图谱课件核磁共振简介核磁共振现象核磁共振（NMR）是一种物理现象，指的是具有奇数个中子的原子核在外加磁场中会产生共振吸收特定频率的射频辐射。
最常见的核磁共振现象是氢原子的核磁共振，即氢核磁共振（^1H NMR）。
发展历史1946年，美国物理学家Bloch和Purcell独立发现了核磁共振现象。
此后，核磁共振技术得到了迅速发展，广泛应用于物理、化学、生物、医学等多个领域。
核磁共振的原理核磁共振的原理基于原子核的自旋和外加磁场之间的相互作用。
具有奇数个中子的原子核（如氢原子核）在外加磁场中会呈现出不同的能级，当射频辐射的频率与原子核的进动频率相原子核会吸收射频辐射，产生核磁共振信号。
核磁共振图谱核磁共振图谱的定义核磁共振图谱是一种用来表征样品中不同核素共振频率和强度信息的谱图。
它反映了样品中不同化学环境下的核磁共振信号，常用于分析化合物的结构、鉴定化合物和了解化合物的物理化学性质。
核磁共振图谱的主要参数1. 化学位移（δ）：表示共振信号相对于参照标准的偏移量，化学位移的大小与原子核所处的化学环境有关。
2. 耦合常数（J）：表示相邻原子核之间的耦合作用强度，反映了原子核之间的空间接近程度。
3. 积分强度：表示某个特定化学位移处的信号强度，与该化学位移处原子核的数目有关。
核磁共振图谱的类型1. 一维核磁共振图谱：最基本的核磁共振图谱，显示了一个检测器频率维度上的信号。
2. 二维核磁共振图谱：通过两个检测器频率维度上的信号进行绘图，可以提供更丰富的化学信息。
3. 三维核磁共振图谱：通过三个检测器频率维度上的信号进行绘图，具有更高的化学分辨率。
核磁共振图谱的解析核磁共振图谱的解析步骤1. 确定化学位移范围：根据样品的化学成分，确定核磁共振图谱的化学位移范围。
2. 寻找特征峰：在核磁共振图谱中寻找具有代表性的特征峰，这些峰对应于样品中的不同化学环境。
3. 分析耦合常数：根据耦合常数的大小，判断相邻原子核之间的连接方式，从而推断化合物的结构。
基础医学课件-核磁共振波谱分析PPT课件
外加磁场强度下发生核跃迁时，氢核需要的能量将高 于氟核
2020年10月2日
11
5.2.3 核的回旋
当原子核的核磁矩处于外加磁场B0 中，由于核自
身的旋转，而外加磁场又力求它取向于磁场方向，在 这两种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方 向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。
2020年10月2日
2020年10月2日
22
样品处理
对液体样品，可以直接进行测定。对难以溶解的 物质，如高分子化合物、矿物等，可用固体核磁共振 仪测定。但在大多数情况下，固体样品和粘稠样品都 是配成溶液（通常用内径4mm的样品管，内装0.4mL 质量分数约为10%的样品溶液）进行测定。
溶剂应该不含质子，对样品的溶解性好，不与样 品发生缔合作用。常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳 和氘代试剂等。四氯化碳是较好的溶剂，但对许多化 合物溶解度都不好。氘代试剂有氘代氯仿、氘代甲醇、 氘代丙酮、重水等，可根据样品的极性选择使用。氘 代氯仿是氘代试剂中最廉价的，应用也最广泛。
在上图中，当自旋取向与外加磁场一致时（m =＋1/2）， 氢核处于一种低能级状态（E=－μB0）；相反时（m=－ 1/2），氢核处于一种高能级状态（E=＋μB0）两种取向间 的能级差，可用ΔE来表示：
ΔE = E2－E1 =＋μB0－(－μB0) = 2μB0 式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度
然而，核磁共振信号的强弱是与被测磁性核的天然丰 度和旋磁比的立方成正比的，如1H的天然丰度为99.985%， 19F和31P的丰度均为100%，因此，它们的共振信号较强， 容易测定，而13C的天然丰度只有1.1%，很有用的15N和17O 核的丰度也在1%以下，它们的共振信号都很弱，必须在傅 里叶变换核磁共振波谱仪上经过多次扫描才能得到有用的 信息。
2020年10月2日
11
5.2.3 核的回旋
当原子核的核磁矩处于外加磁场B0 中，由于核自
身的旋转，而外加磁场又力求它取向于磁场方向，在 这两种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方 向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。
2020年10月2日
2020年10月2日
22
样品处理
对液体样品，可以直接进行测定。对难以溶解的 物质，如高分子化合物、矿物等，可用固体核磁共振 仪测定。但在大多数情况下，固体样品和粘稠样品都 是配成溶液（通常用内径4mm的样品管，内装0.4mL 质量分数约为10%的样品溶液）进行测定。
溶剂应该不含质子，对样品的溶解性好，不与样 品发生缔合作用。常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳 和氘代试剂等。四氯化碳是较好的溶剂，但对许多化 合物溶解度都不好。氘代试剂有氘代氯仿、氘代甲醇、 氘代丙酮、重水等，可根据样品的极性选择使用。氘 代氯仿是氘代试剂中最廉价的，应用也最广泛。
在上图中，当自旋取向与外加磁场一致时（m =＋1/2）， 氢核处于一种低能级状态（E=－μB0）；相反时（m=－ 1/2），氢核处于一种高能级状态（E=＋μB0）两种取向间 的能级差，可用ΔE来表示：
ΔE = E2－E1 =＋μB0－(－μB0) = 2μB0 式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度
然而，核磁共振信号的强弱是与被测磁性核的天然丰 度和旋磁比的立方成正比的，如1H的天然丰度为99.985%， 19F和31P的丰度均为100%，因此，它们的共振信号较强， 容易测定，而13C的天然丰度只有1.1%，很有用的15N和17O 核的丰度也在1%以下，它们的共振信号都很弱，必须在傅 里叶变换核磁共振波谱仪上经过多次扫描才能得到有用的 信息。
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For a 13C-NMR spectrum, signals are reported by their shift from the 4 C signal in TMS
Chemical shift (): the shift in ppm of an NMR signal from the signal of TMS = Shift in freque ncy from TMS (Hz)
Nuclear Spins in B0
For 1H and 13C, only two orientations are
allowed. higher
energy state
spin -1/2ຫໍສະໝຸດ (aligned against
th e applied field
Energy
lower energy state
Fre quency of s pectrometer (Hz)
NMR Spectrometer
NMR Spectrum
Downfield: the shift of an NMR signal to the left on the chart paper
Upfield: the shift of an NMR signal to the right on the chart paper
spin +1/2 (aligned with th e applied field
Nuclear Spins in B0
Population in high vs low
nuclei in high E state eE / RT nuclei in low E state
NMR Spectroscopy
• 2 or more sets of equivalent hydrogens give a different NMR signal for each set
Cl CH3 CHCl
Cl
CH3
O
CC
1, 1-Di chl oroe t hane
(2 signals)
Cyclope ntanon e
Nuclear Spin States
Eleme nt
1H
nuclear s pin
quantum 1/2
number (I )
2H 12C 13C 1 0 1/2
14N 16O 10
31P 32S 1/2 0
number of 2 3 1 2 3 1 2 1 spin states
Nuclear Spins in B0
(2 signals)
H
H
(Z)-1 -Chlo ro-
propene
(3 signals)
Cycl ohe x e ne (3 signals)
Signal Areas
Relative areas of signals are proportional to the number of hydrogens giving rise to each signal
electronic energy levels
A pictorial view of UV/Vis
UV/Vis radiation is measured in nm (wavelength)
IR Spectroscopy
IR radiation is measured in cm-1 This is actually a frequency. Remember that
ArC H3 ArC H2 R
0 0. 9 1. 2-1 .4 1. 4-1 .7 1. 6-2 .6 2. 0-3 .0 2. 2-2 .5 2. 3-2 .8
Type of H ROH RCH2 OR R2 NH
All modern NMR spectrometers electronically integrate and record the area of each signal
Chemical Shift - 1H-NMR
Type of H (C H3 ) 4 Si RCH3 RCH2 R R3 CH R2 C=CRC HR2 RC CH
i nfra re d
ul tra viol e t -vi si ble
Absorption of Electromagnetic Radiation Results
in Transition Be tween
nuclear s pin energy levels
vibrational energy levels
frequency and wavelength are inversely proportional.
NMR Spectroscopy
NMR uses radiowaves, measured in MHz
Nuclear Spin States
Molecular Spectroscopy
Equivalent Hydrogens
Equivalent hydrogens: have the same chemical environment (Section 2.3C)
Molecules with
• 1 set of equivalent hydrogens give 1 NMR signal
Chapter 13
Wavelength
Molecular Spectroscopy
We study three types of molecular spectroscopy
Region of the El e ct rom agne t ic
Spectrum
radio frequency
10 6
Oscillatorfrequency
360 Hz 300 x 106 Hz
=
1. 2 106
= 1.2 ppm
CH3 H3 C Si CH3
CH3 Tetrameth yls ilane (TMS)
For a 1H-NMR spectrum, signals are reported by their shift from the 12 H signal in TMS
Chemical shift (): the shift in ppm of an NMR signal from the signal of TMS = Shift in freque ncy from TMS (Hz)
Nuclear Spins in B0
For 1H and 13C, only two orientations are
allowed. higher
energy state
spin -1/2ຫໍສະໝຸດ (aligned against
th e applied field
Energy
lower energy state
Fre quency of s pectrometer (Hz)
NMR Spectrometer
NMR Spectrum
Downfield: the shift of an NMR signal to the left on the chart paper
Upfield: the shift of an NMR signal to the right on the chart paper
spin +1/2 (aligned with th e applied field
Nuclear Spins in B0
Population in high vs low
nuclei in high E state eE / RT nuclei in low E state
NMR Spectroscopy
• 2 or more sets of equivalent hydrogens give a different NMR signal for each set
Cl CH3 CHCl
Cl
CH3
O
CC
1, 1-Di chl oroe t hane
(2 signals)
Cyclope ntanon e
Nuclear Spin States
Eleme nt
1H
nuclear s pin
quantum 1/2
number (I )
2H 12C 13C 1 0 1/2
14N 16O 10
31P 32S 1/2 0
number of 2 3 1 2 3 1 2 1 spin states
Nuclear Spins in B0
(2 signals)
H
H
(Z)-1 -Chlo ro-
propene
(3 signals)
Cycl ohe x e ne (3 signals)
Signal Areas
Relative areas of signals are proportional to the number of hydrogens giving rise to each signal
electronic energy levels
A pictorial view of UV/Vis
UV/Vis radiation is measured in nm (wavelength)
IR Spectroscopy
IR radiation is measured in cm-1 This is actually a frequency. Remember that
ArC H3 ArC H2 R
0 0. 9 1. 2-1 .4 1. 4-1 .7 1. 6-2 .6 2. 0-3 .0 2. 2-2 .5 2. 3-2 .8
Type of H ROH RCH2 OR R2 NH
All modern NMR spectrometers electronically integrate and record the area of each signal
Chemical Shift - 1H-NMR
Type of H (C H3 ) 4 Si RCH3 RCH2 R R3 CH R2 C=CRC HR2 RC CH
i nfra re d
ul tra viol e t -vi si ble
Absorption of Electromagnetic Radiation Results
in Transition Be tween
nuclear s pin energy levels
vibrational energy levels
frequency and wavelength are inversely proportional.
NMR Spectroscopy
NMR uses radiowaves, measured in MHz
Nuclear Spin States
Molecular Spectroscopy
Equivalent Hydrogens
Equivalent hydrogens: have the same chemical environment (Section 2.3C)
Molecules with
• 1 set of equivalent hydrogens give 1 NMR signal
Chapter 13
Wavelength
Molecular Spectroscopy
We study three types of molecular spectroscopy
Region of the El e ct rom agne t ic
Spectrum
radio frequency
10 6
Oscillatorfrequency
360 Hz 300 x 106 Hz
=
1. 2 106
= 1.2 ppm
CH3 H3 C Si CH3
CH3 Tetrameth yls ilane (TMS)
For a 1H-NMR spectrum, signals are reported by their shift from the 12 H signal in TMS