磁共振波谱ppt课件
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磁共振波谱技术(讲+全)PPT
MRS vs MRI
基于组织中水的T2弛豫 时间，及脂肪的信号
信号来源于全脑，解剖 信息来自质子及分布及 其在及其在不同组织中 的相对弛豫率的不同
T2WI，T1WI，FLAIR
MRS vs MRI
基于代谢物的T2弛 豫时间
信号来源于脑的特 定区域
PRESS，STEAM， CSI
所得的谱线均会有差别，代谢物比值也有所 不同
3.0T vs 1.5T
Press：TR1500ms，TE35ms
3.0T vs 1.5T
Press：TR1500ms，TE35ms
1.5T PRESS vs STEAM
TR1500ms，TE35ms
1.5T PRESS vs STEAM
水中的氢质子在1.5T 场强条件下的进动 频率是63.9MHz
长链脂肪酸中的氢 质子在同场强条件 下的进动频率为 63.9MHz-224Hz
绝对频率差实际意 义较小
以“百万分之” （parts per million，ppm） 来表示化合物之
间的频率差别是
恒定的。（无场 强依赖）
MRS的定量计算
绝对定量与相对定量 相对定量：以各种代谢物峰的高度或峰下
面积的比值进行定量分析 绝对定量：以内源性的水或独立的外源性
的标准浓度的物质作参照进行计算
机体对代谢物浓度的影响因素
年龄 脑内不同部位 体温 肝、肾参与Cr合成，肝病时Cr下降 糖尿病、肾病、渗透压异常、移植肾、输
mI/Cr: 0.60±0.24 mI/Cr: 0.65±0.08
后扣带回灰质 左侧脑室后脚旁白质
NAA/Cr: 1.40±0.10 NAA/Cr: 1.61±0.14
仪器分析第十五章核磁共振波谱法PPT课件
正确结构： H3CO
O CH
2021
37
练习：
C7H16O3，推断其结构
δ 3.38
δ 5.30 6 1
9 δ 1.37
2021
38
解：
C7H16O3， U=（2＋2×7－16）/2=0
a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 —CH2CH3相互偶合峰
b. δ 3.38含有—O—CH2结构 结构中有三个氧原子，可能具有(—O—CH2)3
2021
20
甲基氢、亚甲基氢与次甲基氢δ值计算
c
O
CH3
CH3－ CH2 －C －O －CH －CH2 －CH3
be
f da
CH3：
δa =0.87+0=0.87
(0.90)
δb =0.87+0.18（β-COR）=1.05 (1.16)
δc =0.87+0.38（β-OCOR）=1.25 (1.21)
n+1规律只适用于I=1/2，且△ν/J >10 的初级谱。 对于其它I≠1/2，该规律可改为2nI+1。
2021
25
n+1规律示例
2-溴丙烷的NMR谱
2021
26
偶合常数－偶合类型
偕偶（genminal coupling）：
同碳偶合，常用2J表示。烷烃2J大，但在谱 图上常见不到峰分裂。烯烃2J小，但能见 到分裂。
多少碳原子；它们各属于哪些基团；伯、 仲、叔、季碳原子各有多少等。
弛豫时间T1较长，能准确测定，推测结构 可以直接观测不带氢的各碳官能团的信息，
如羰基、氰基等。 灵敏度低，信号需累加，速度慢。 峰面积与碳数不成正比。
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
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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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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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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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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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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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。
第二十章 磁共振波谱分析仪器
本章学习要求
1.掌握磁共振波谱仪器的性能参数、基本原 理和常用类型；
2.熟悉常用磁共振波谱仪器的临床应用、维 护、调试与使用方法 ；
3.了解磁共振波谱仪器的常见故障及其排除 方法 。
主要学习内容
磁共振波谱仪器的工作原理 ； 磁共振波谱仪器的基本结构 ； 磁共振波谱仪器的性能参数 ； 磁共振波谱仪器的使用、维护、常见故障 及排除； 磁共振波谱仪器的应用送激发自旋核所 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。
基本结构
5.辅助部分 (1)检查床：承载患者 (2)操作控制台：操纵MR检査、影像处理、拍 摄照片 (3)磁屏蔽
（一）磁体
磁共振波谱分析仪所用的磁体主要有3种： 常导型磁体、超导型磁体和永磁体。
1.常导型磁体 常导型磁体又称阻抗型磁体，是由电流产 生磁场，导线由铝或铜制成，线圈分为几 组，绕成圆桶状，为了得到强大的磁场强 度，需要线圈绕制较多的匝数。但匝数增 多，电阻则随之增大，仪器工作时也会使 产热增多，磁体本身也会产生大量的热。
（一）磁体
3.永磁性磁体 永磁型磁体是由许多块铁磁性材料组合而 成，只有安装得恰当合适，才能保证磁场 的均匀度。近年来，一种用于磁共振波谱 分析仪的开放型永磁体模块，它涉及一种 开放型的永磁体模块，以解决现有磁共振 波谱分析仪器采用的超导磁体存在的体积 和重量较大、维护成本较高的问题。
（二）匀场线圈
第一节 磁共振波谱分析仪的工作原理与基本结构
当以电磁波照射置于磁场中的这种原子 核，则会发生某种频率能量的吸收，吸收 后原子核能量发生变化，并发出核磁共振 信号，这就是核磁共振现象。而且化学环 境的不同会导致核磁共振频率的变化。在 正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓 度存在，当组织发生病变时，代谢物浓度 会发生改变，核磁共振方法就是通过测量 这些变化来确定物质结构的，核磁共振波 谱仪在这一基础上，利用核磁共振的原理 进行工作。
1991年诺贝尔化学奖
恩斯特R.R.Ernst 瑞士物理化学家
2003年诺贝尔医学或生理学奖获得者
美国科学家保罗·劳特伯 英国科学家彼德·曼斯菲尔德
第一节 磁共振波谱分析仪的工作原理与基本结构
一、磁共振波谱分析仪的工作原理 原子核由质子和中子组成，质子带正电
荷，中子不带电，因此原子核带正电荷， 电荷数等于质子数。大多数原子核都围着 某个自身轴作旋转运动，因此，其本身所 带正电荷就会形成环形电流，从而产生一 种核磁矩。而具有核磁矩的原子核可以在 一定磁场作用下受到激发，激发后原子核 的能量发生变化，并发出核磁共振信号。
二、磁共振波谱分析仪的基本结构
磁共振波谱分析仪的结构较复杂，但基 本设备均由两部分组成，一部分是磁共振 信号的发生与采集部分，主要包括磁体、 射频振荡器、扫描发生器；另一部分包括 射频接收器以及数据处理及图象显示。
组成原理
射频 发生器
磁体
扫描 发生器
探测器 记录器
基本结构
1.磁体 2.梯度系统 3.射频系统 （1）射频线圈(发射线圈和接收线圈) （2）射频发射放大器 （3）射频接收放大器 （4）射频屏蔽
概述
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
1952年诺贝尔物理学奖
2003年诺贝尔物理学奖
布洛赫 USA 斯坦福大学
珀塞尔 USA 坎伯利基哈佛大学