文档介绍：.页眉.. .页脚. 第一节核磁共振现象与研究过程核磁共振现象(NMR)是 1946 年美国哈佛大学的 和斯坦福大学的 两人各自独立发现的。由于这一发现在物理、化学上具有重大意义,他们两位于 1952 年获得了诺贝尔物理奖。NMR的基本原理是:处于静磁场中的物质受到电磁波的激励,如果射频电磁波的频率与静磁场强度的关系满足拉莫尔方程,则组成物质的一些原子核会发生共振,即所谓核磁共振。原子核吸收射频电磁波的能量,当射频电磁波撤掉后,吸收了能量的原子核又会把这部份能量释放出来,即发射所谓核磁共振信号。通过测量和分析这种共振信号, 可以得到物质结构中的许多化学和物理信息。 1972 年美国医生 R·Damadia n 提出了利用NMR原理测定活体组织的纵向弛豫时间(T 1)和横向弛豫时间(T 2) 值的差别来鉴别正常组织和异常组织,为此取得了专利。 1973 年美国纽约州立大学石溪分校的教授 P·C·Lauterbur 提出了磁共振成像(MRI)的方法,即把核磁共振原理同空间编码技术结合起来,用一定方法使空间各点磁场强度有规律地变化,核磁共振信号中的不同频率分量即可同一定的空间位置对应,通过一定的数学变换即可实现核磁共振成像。随后这位化学教授在他的助手协助下研制成功核磁共振成像的实验样机。从1978 年到 1982 年,一些有实力、有远见的医疗器械公司注意到了MRI的巨大潜力,相继开始了MRI的商品化工作,他们投入了大量的资金,从各个大学网罗了一批专家,竞相试制。20世纪 80年代初有几家公司的MRI样机试制成功,并开始了临床试用。 1983 ~1984 年美国仪器与药物管理局(FDA )批准了 4家公司生产的MRI机器上市,这标志着核磁共振成像技术的基本成熟和MRI商品阶段的开始。 1989 年国产永磁型 T核磁共振仪器由中科院安科公司开发成功. -------------------- 第二节核磁共振原理一、原子与原子核自然界中的任何物质都是由分子或原子组成的,分子是由原子组成的, 如水分子H-O-H ,是由 2个氢原子与 1个氧原子组成。原子由原子核与核外电子组成,核外电子数不同的原子具有不同的化学与物理性质,分属于不同的化学元素,化学元素周期表反映了核外电子的排布规律。原子核由质子和中子组成, 质子有电荷,质子数等于核外电子数。对于一种化学元素,原子核中的质子数是一定的,但中子数有不同。同一化学元素中子数不同的原子属于不同的核素,不同的核素其物理性质是不同的。比如氢元素有 3种核素: 1H、 2H、 3H,它们的原子核的组成分别是1质子、1质子和1中子、1质子和2中子,.. .页脚. 同点是原子核内都有一个质子核外有一个电子,因此都属于氢元素。对于某一种化学元素,不同核素在自然界的含量是有很大差别的。比如 1H与 2H分别为 %与 %, 3H是一种不稳定的核素,只有在特定的条件下才能生成, 并且很快便会衰变。原子核除了它的构成不同,其中质子带有电荷以外,还有一部分核具有磁性,核磁共振就是研究这部分具有磁性的原子核。在原子中,电子围绕原子核运动而具有轨道磁矩;电子还因自旋具有自旋磁矩;原子核、质子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩。这些对研究原子能级的精细结构,磁场中的塞曼效应以及磁共振等有重要意义,也表明各种基本粒子具有复杂的结构。哪些原子核具有磁性呢?氢原子核中只有一个质子,质子有沿自身轴旋转(自旋)的固有本性,质子距原子核中心有一定距离。因此质子自旋就相当于正电荷在环形线圈中流动,在其周围会形成一个小磁场,此即自旋磁矩,如图 5-1 所示。许多基本粒子(例如电子)都有内禀磁矩,这种磁矩和经典物理的磁矩不同,必须使用量子力学来解释它,核自旋与核磁矩和粒子的自旋有关。而这种内禀磁矩即是许多在宏观之下磁力的来源,许多的物理现象也和此有关。这些内禀磁矩是量子化的,也就是它有最小的基本单位,常常称为“磁子”(on) 或磁元,例如电子自旋磁矩的矢量绝对值即和玻尔磁子成比例关系:如右图。其中为电子自旋磁矩,电子自旋 g因子 gs是一项比例常数,μB为玻尔磁子,s为电子的自旋角动量。不仅质子自旋可产生磁场,中子的自旋也可产生磁场,后者似乎难以理解,推测这种现象是中子内有几个正、负电荷相互补偿,因此中子自旋也相当于电荷在线圈中流动。如原子核含有的质子和中子数均为偶数,则其自旋所产生的磁场相互抵消,为非磁性。原子核含有奇数(不成对)的质子或中子,其自旋可产生磁场,也就是说凡是质子数或中子数, 或者二者都为奇数的原子核都有磁性,如图 5-2 所示。生物组织中含有 1H、 13C、 19F、 23Na、 311P等元素,有磁性的元素约百余种。但在现