核磁共振谱怎么分析?核磁共振的原理?
核磁共振用NMR(Nuclear Magnetic Resonance)为代号。1.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,见表8-1。
I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球体,I为1/2的原子核可以看作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的原子核可以看作是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。
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)。
式中,P是角动量,γ是磁旋比,它是自旋核的磁矩和角动量之间的比值,
当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时,除自旋外,还会绕H0运动,这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象,称为进动,见图8-1。自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度H0成正比,比例常数即为磁旋比γ。式中v0是进动频率。
微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的,自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向,每一个取向都可以用一个自旋磁量子数m来表示,m与I之间的关系是:
m=I,I-1,I-2…-I
原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态,其能量可以从下式求出:
向排列的核能量较低,逆向排列的核能量较高。它们之间的能量差为△E。一个核要从低能态跃迁到高能态,必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射,当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时,处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振,简称NMR。
目前研究得最多的是1H的核磁共振,13C的核磁共振近年也有较大的发展。1H的核磁共振称为质磁共振(Proton Magnetic Resonance),简称PMR,也表示为1H-NMR。13C核磁共振(Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance)简称CMR,也表示为13C-NMR。
3.1H的核磁共振 饱和与弛豫
1H的自旋量子数是I=1/2,所以自旋磁量子数m=±1/2,即氢原子核在外磁场中应有两种取向。见图8-2。1H的两种取向代表了两种不同的能级,
因此1H发生核磁共振的条件是必须使电磁波的辐射频率等于1H的进动频率,即符合下式。
核吸收的辐射能大?
式(8-6)说明,要使v射=v0,可以采用两种 *** 。一种是固定磁场强度H0,逐渐改变电磁波的辐射频率v射,进行扫描,当v射与H0匹配时,发生核磁共振。另一种 *** 是固定辐射波的辐射频率v射,然后从低场到高场,逐渐改变磁场强度H0,当H0与v射匹配时,也会发生核磁共振。这种 *** 称为扫场。一般仪器都采用扫场的 *** 。
在外磁场的作用下,1H倾向于与外磁场取顺向的排列,所以处于低能态的核数目比处于高能态的核数目多,但由于两个能级之间能差很小,前者比后者只占微弱的优势。1H-NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁到高能级而产生的。如高能态核无法返回到低能态,那末随着跃迁的不断进行,这种微弱的优势将进一步减弱直至消失,此时处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等,与此同步,PMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。
1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态,这种过程称为弛豫,因此,在正常测试情况下不会出现饱和现象。弛豫的方式有两种,处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的分子,即体系往环境释放能量,本身返回低能态,这个过程称为自旋晶格弛豫。其速率用1/T2表示,T2称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁性核的总体能量,又称为纵向弛豫。两个处在一定距离内,进动频率相同、进动取向不同的核互相作用,交换能量,改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示,T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的总体能量,又称为横向弛豫。
4.13C的核磁共振 丰度和灵敏度
天然丰富的12C的I为零,没有核磁共振信号。13C的I为1/2,有核磁共振信号。通常说的碳谱就是13C核磁共振谱。由于13C与1H的自旋量子数相同,所以13C的核磁共振原理与1H相同。
将数目相等的碳原子和氢原子放在外磁场强度、温度都相同的同一核磁共振仪中测定,碳的核磁共振信号只有氢的1/6000,这说明不同原子核在同一磁场中被检出的灵敏度差别很大。13C的天然丰度只有12C的1.108%。由于被检灵敏度小,丰度又低,因此检测13C比检测1H在技术上有更多的困难。表8-2是几个自旋量子数为1/2的原子核的天然丰度。
5.核磁共振仪
目前使用的核磁共振仪有连续波(CN)及脉冲傅里叶(PFT)变换两种形式。连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器和放大器、记录仪等组成(见图8-5)。磁铁用来产生磁场,主要有三种:永久磁铁,磁场强度14000G,频率60MHz;电磁铁,磁场强度23500G,频率100MHz;超导磁铁,频率可达200MHz以上,更高可达500~600MHz。频率大的仪器,分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。磁铁上备有扫描线圈,用它来保证磁铁产生的磁场均匀,并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频发射器用来产生固定频率的电磁辐射波。检测器和放大器用来检测和放大共振信号。记录仪将共振信号绘制成共振图谱。
70年代中期出现了脉冲傅里叶核磁共振仪,它的出现使13C核磁共振的研究得以迅速开展。
氢 谱
氢的核磁共振谱提供了三类极其有用的信息:化学位移、偶合常数、积分曲线。应用这些信息,可以推测质子在碳胳上的位置。
请问核磁共振原理?
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,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。
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)。当自旋核(spinnuclear)处于磁感应强度为B0的外磁场中时,除自旋外,还会绕B0运动,这种运动情况与陀螺的运动情况十分相像,称为拉莫尔进动(larmorprocess)。
自旋核进动的角速度ω0与外磁场感应强度B0成正比,比例常数即为磁旋比(magnetogyricratio)γ。式中ν0是进动频率。
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如何给病人解释做ct、x光、核磁共振对人体危害不大呢
磁共振不过就是在磁场中而已,没辐射伤害的。CT的话,也行,伤害倒也不是特别大。建议磁共振,头颅确实是比较有优势。但从症状来看,阴性机率大。X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和γ射线 之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。x射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应。X射线最初用于医学成像诊断和 X射线结晶学。X射线也是游离辐射等这一类对人体有危害的射线。CT和X光这两种设备基本的原理都是利用X光对准人体照相,因为身体内组织对X光阻挡的程度不一样,形成明暗对比度,得出图像。CT就是一种高速旋转的X光拍片机,经过后处理形成图像。MRI本身是通过磁场对原子核成像的,不涉及电离辐射。电磁辐射倒是有一些,根据主磁场不同,频率在~10-120Mhz左右. 电台广播的频段。我们生活在大自然里,宇宙射线和天然放射源本身,甚至吸烟就产生辐射,这个剂量在每年2mSv左右。电子的韧制辐射,用高能电子轰击金属,电子在打进金属的过程中急剧减速,按照电磁学,有加速的带电粒子会辐射电磁波,如果电子能量很大,比如上万电子伏,就可以产生x射线,这是目前实验室和工厂,医院等地方用的产生x射线的 *** 。
为啥做个核磁共振成像(mr)检查,助听器就坏了?
核磁共振成像(mr),是继ct后医学影像学的又一重大进步。mr对软组织具有高分辨力,对确定炎症、水肿、肿瘤等病变范围十分明确,尤其是对外科确定手术范围提供了可靠的依据。目前,磁共振检查也越来越普及,但有时病人检查完磁共振出来,不时会出现一些“意外”情况:“医生,我的助听器听不见了,这是我上两个月才配的,很贵的……”的确,这助听器进入磁共振检查室后就坏了,因为磁共振检查是利用高强磁场获取人体磁共振信息的,所以一切铁磁性物品、电子类产品带进磁共振检查室都会被消磁、损坏。现在的助听器越来越精致,放进耳朵里非常隐蔽,若患者不注意看mr检查的注意事项,也不主动告知医生,医生从外观上很难发现,由于这些疏忽,就难免会出现“意外”了。
做mr检查究竟有哪些禁忌证?哪些物品是绝对不能带进检查室的呢?
●下列情况为绝对禁忌证,患者不宜进行mr检查——
1、带有心脏起搏器、神经 *** 器者、体内有微量输液泵者(如胰岛素或化疗药物微量输液泵等)、人工心脏瓣膜等的患者;
2、体内带有顺磁性血管夹者,如动脉瘤止血夹等(非顺磁性如钛合金除外);
3、有眼内金属物、内耳植入金属假体者(如人工耳蜗等)、金属假肢、金属关节(非顺磁性如钛合金除外)、体内有铁磁性异物者;
4、妊娠3个月内的早期妊娠者;
5、重度高热患者。
●下列情况为相对禁忌证,经适当处置可进行磁共振检查:
1、体内有金属异物(金属假牙、避孕环)等患者如必须进行mr检查,应慎重或取出后行检查。
2、癫痫患者(应在充分控制症状的前提下进行mr检查);
3、幽闭恐惧症患者,如必须进行mr检查,应在给予适量镇静剂后进行;
4、不合作患者如聋哑人、小儿,应在给予适量镇静剂后进行;
5、妊娠中晚期孕妇和婴儿应征得医生同意再行检查。
此外,一切铁磁性物品(如钢笔、发夹、钥匙、文胸、皮带等)以及电子器械产品(如助听器、银行磁卡、手机、手表、电子监护仪等),都不可带进mr检查室。
做核磁共振时,为何医生让家属陪患者而医生却出去呢?
核磁共振没有辐射,是利用原子核在磁场之内的信号重建成像。医生出去却让家属留下主要是需要操作设备,而设备较为封闭,家属留下可帮助照顾患者,也协助防止意外。
因为人的眼睛没有透视人体的能力,而很多疾病的病灶都处于身体组织的内部深处,所以科学家们利用自然界的射线或者原子本身的活动特征代替人眼透视人体。更先发现X射线穿透性的是伦琴,X射线由于波长比较短,对人体组织的穿透能力很强,因为人体组织尤其是骨骼等密度大的组织对X射线的消耗更强,因此在成像板上,骨骼的影作为清晰,软组织的影就比较模糊,若X射线强的话甚至留不下影子。