浅析核磁共振的原理及应用

【 中图分类 号］ ４ ５ ２ Ｒ ４ ． 【 文献标 识码】 Ａ 【 文章编 号】 ６ ２ ５ ３ ２ １ ） ７ ｏ ６ ０ １ ７ —２ ２ （０ １ ０ —０ ２ － ２
１ 核磁 共振的 发展及基本 概念 ９６ 美 Ｆ Ｂ ｏｈ 和普舍 尔 （ ． Ｐ ｒ Ｅ Ｍ． ｕ － ｃ ｌ 为首 的两个 小组 几 乎 在 同一时 间、 不 同 的方法 独 立地 发 现 ｅ） １ 用 了物质 的核磁 共振 （ ＮＭＲ 现象 ， ） 后来 两人 又一 起 合作 制造 了世 界 上第一 台核 磁共振谱 仪 。于 １５ 年 ， ９２ 他们 二人 共 同获得 了诺 贝尔 物理 奖 。 所 谓核 磁共振 ， 是根据 处在 某 个 静磁 场 中的物 质原 子 核 系统 当受 到相 应频率 的电磁 波作 用 时 ， 它 们 的磁 能级 间 产生 共 振跃 在 迁 的原理 而采取 的一种新 技术 。核 磁共 振技术 自创始 以来经 历 了
平衡状 态所用 的时 间） 比正 常的组织要 长 ， 因此就 开始对 活体 研究 至今 ， 已取得较 大进 展 。目前 ， 核磁共 振技术 已成 为揭 秘病人 组织 病变和器 官机能失 常 的最 有效手段 ① 中枢 神经系 统 核磁共 振成像 机 （ Ｉ， 了对脑 和脊 髓 肿 ＭＲ ） 除 瘤的诊断 外 ， 对炎 症 、 脱髓 鞘病变 以及 代谢 性等疾 病 是 目前 唯一 有 效 的检查 方法 ， 其是对 脑缺血 、 尤 多发性 硬化 症 、 肿瘤 、 脑 脊髓 白质 病变 、 颅神 经病变 及垂体 肿瘤等 的临床评 价特 异性较 高 ， 果 比较 结 准确 ； ②骨骼肌 肉系统 核 磁共振成 像机 以其 较高 的分 辨率 ， 显示 出 ６ Ｏ年代 的连续波谱 仪大 发展时代 ， 以及 ７ 年代 的脉冲傅 里叶变换 各种组 织的解 剖病理 结构 。对 骨与关节 疾病 的诊 断 比其 它任何 影 Ｏ 核磁共振 和核 磁 双共 振 时 代 。近 年来 发 展 的多 核 Ｎ ＭＲ、 脉 冲 像 学（ Ｘ射线 、 Ｔ Ｂ超等 ） 多 如 Ｃ 、 的检查 都要 准确 ， 尤其 是对 骨的 缺血 Ａ Ｎ） 膝关 节韧带 、 月 板 、 腱 的损 伤 ， 半 肌 骨损 伤、 的炎 骨 Ｎ ＭＲ、 二维 Ｎ ＭＲ 和 固 体 ＮＭＲ 在 理 论 和 实 践 上 都 取 得 了迅 速 性 坏死 （ Ｖ ， 症， 肿瘤及腰椎 间盘 病变等 都有很 高的诊 断价 值 ； 发展 。 ③胸腹 盆腔 的检查 核磁 共 振成 像 机除 与 其它 影像 学 检 查一 目前 ， 核磁 共振 已成为 一种 鉴 定化 合 物 结构 和研 究 化学 动 力 还能 反映 出组 织器官 的形态学 改变 ， 同时也 能对 代谢性 疾病 学的极 为重要 的方法 。因此 ， 有 机 化学 、 物 化学 、 物化 学 和 样 外 ， 在 生 药 如肝 、 的含铁 血 黄素 沉 着症 等特 异性 高 、 脾 对心 石油工 业 、 化学 工业 、 品工业 、 食 橡胶工 业 、 医药 工业 等领域 得到 了 进行准确 的诊断 ， 脏及大血 管的检查 ， 了能显示一 般的形 态学 改变外 ， 可以动 态 除 还 广泛 的应用 。 Ｚ 核磁共振 基本原 理 模拟观查 心脏运 动 ， 评价 心脏 的功 能 ， 膜 功能 及血 流方 向、 瓣 射血 对指导某 些肿 瘤 （ 如恶 性淋 巴瘤 及 前列 腺癌 等 ） 治疗 效 果 泡利 （ Ｐ ｕｉ １ ２ 年 首 先 提 出原 子核 具 有磁 矩 ， ｗ． ａｌ 在 ９ ４ ） 并认 为 过程等 ， 核磁 矩与 其本身 的 自旋 运动 相联 系 ， 此理 论 成 功地 解释 了原子 的观察 有着重 要的临 床意义 ； 用 ３ ２ 在微 生物 学 中的应 用 １ ８ 年 巴克 （ ａｋ ｒ等 以 Ｈ 及 ． ９２ Ｂ ｒｅ） 光谱 的超 精细结构 。 １ Ｃ核 磁共振作 为糖偶 合 物结 构分 析 的常 用 技术 ， 技术 能进 行 ３ 该 核磁 矩 “与核 自旋 角动量 Ｌ之 间的关系 为 ： 多糖 与糖偶合 物的 非破坏 性的分 析 ， 其是 对 １ Ｃ 核磁共 振 技术 尤 ３ 能提 供重要 的数据 。根据 图谱 的谱峰 数 目与 位置 及各谱 峰 的相对 式 中 ｍ 是质子 质量 ， 为单 位 电荷 ， 称 为 朗德 因 子 （ ａ ｄ — ｅ ｇ Ｌ ｎｅ 强度 比， 可推知分 子 的化学 结构 、 质 与纯 度 ， 便 性 就像 碳原 子 异构 ｆ ｔ ） 对于不 同的核 它有不 同的值 ， ａｏ ， ｃｒ 它反 映核 内部 自旋和磁 矩 的 物的数 目及 性质 ｆ 羰基 、 甲基 与 乙酰基 的存 在 及 强度 ； 在重 复单 位 实验关 系 。 中的糖基残 渣数 目等 。１８ ９３年罗 弗 （ ｏ ｅ 等利 用 １Ｃ的核 磁共 Ｒｗ ） ３ 实验工 作中 ， 常用磁 旋 比（ ｇ ｅ ｇ ｒ － ｒｔ ） 这 个物 理 振技术 完成对细菌 脂多 糖 核心 多糖 的分 析 ， 常 Ｍａｎ ｔ ｙｉ ａｉ 丫 ｏ ｃ ｏ 还可 作 为多 糖是 否纯 化的指示 剂 。与此 同时 ， ｅ ｍ ｎ 、 顿（ ｏｔｎ 、 特兰 （ ｔ ｉ） Ｌ ｂ ａｎ 霍 Ｈ ｒ ）斯 ｏ Ｓｒ ｎ ａ 量表示 核磁 矩与核 自旋的关 系 ， 其定 义为 ： ｕ ｙ Ｌ （） ２ 等先后 成功地将 ３Ｐ核 磁共振 技术应 用于 细菌 Ｌ Ｓ中 的磷 酸 （ １ Ｐ 焦 及磷酸二 酯的识 别 ， 同时也 可用 于测 定细菌 Ｌ Ｓ样品 的纯度 Ｐ ７随核 的结 构 不 同 而 不 同 ， 于 氢 核 ， 质 子 ： ２ ６ × 对 即 ． ７ 磷酸 ） 人 １ ｓ 。核 磁 矩 比 电子 的 自旋 磁 矩 小 得 多 ， 般 要 小 三 个 数 及均一 性的测定 。多年 以来 ， 们也 用 核磁 共振 技 术对 绿脓 杆 菌 ＯＴ － ， 一 脂多糖 及 Ｌ Ｓ核心多 糖的结 构、 Ｐ 大肠杆 菌 Ｋ１ 庚糖 阴性变 种 Ｌ Ｓ ２ Ｐ 量级 。 分析 了淋球菌 Ｌ Ｓ的类脂 Ａ； Ｐ 提取 了明尼苏达 沙门氏 在外 磁场 中 ， 原子核 的 自旋 角动 量 是 空 间量子 化 的 以外 磁 场 进行 了分析 ； 菌 Ｒ ９ Ｐ ５ ５ Ｓ的单磷 酰基 类 脂 Ａ； 鼠伤寒 沙 门 氏菌 变 种类 脂 Ａ Ｌ 对 Ｂ的方向为 Ｚ 的正 向 ， 轴 前体 进行 了纯化及分 析 ； 白色 念珠 菌寡 甘 露糖 苷 的分 析 以及 钩端 则核 自旋角 动量 的空间量子 化表示 为 Ｌ ＝Ｍ ｈ （ ） ３ 螺旋 体糖脂 抗原 的分析 ， 们对 细 菌结 构 的化 学组 成有 了更 进 使人 步的 了解 。 式 中 Ｍ 是 核 自旋量 子 数 ， 于具 有 自旋 量 子数 为 Ｉ 核 ， 对 的 Ｍ ３ ３ 在食 品科 学中的应 用 核 磁共 振技 术作 为一 种食 品成 ． 的取值 为一Ｉ 一Ｉ ， … ，， ， ＋１ … Ｉ 共有 ２ ＋１ 值． Ｉ 个 对于 不 同的核 ， 可 Ｉ 分的检测方 法 ， 与其 它物理 化学检测 方法 比较有 两大优 点 ：） １能定 能为整数 或半整 数或零 。 性的测量 ；） 时间及 空 间上都 能用 各种 比例尺 进行 广泛 测 量 以 ２在 核 自旋 的空间取 向 ， １ 式 由（ ） ｋ 求得定量 的结果 。因此 核磁共振 图象法是 对食 品 中不均匀 系列 复
【 摘要】 核磁 共振是 一种利 用原子 核在磁 场 中的能量变 化来获 得关 于核 信 息的现 代 技术 ， 已在 许 多领 城 得 到广泛 的应用 。本 文 其 介 绍 了核 磁共振 的概念 、 原理 、 实脸技 术和 一些相关 的应用 。 【 关键 词】 原子核 ； 磁 共振 ； 核 原理 ｆ 应用
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《 求医问药＇ 下半月刊 Ｓｅ ｄ ｎ ｓ ｈ ｄｃ ｅ ２１ 年 第 ９ ｅｋＭｅｉ Ａ ｄＡｋＴ ｅ ￣ｌ Ｍｅｉ ｎ ０ １ ｉ 卷 第 ７ 期
浅析核磁 共振 的原理及 应用
韩斗升 张 慧 曲 霞 周 强
（ 济南军 区司令部门诊部 山东 济南 ２ ０ ０ ） ５ ０ ０