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  華麗的回旋→Ss 2017-08-04 00:00:00

  首先解釋一下什么事核磁共振，其次核磁共振的研究對象是什么，Z后把有核磁矩的兩種情列出即可，不用那么復(fù)雜，在此我不贅述了，書上有的

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  yuan96341626 2017-06-02 00:00:00

  核磁共振 nuclear magnetic resonance， NMR 是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程.核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應(yīng)的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷. 核磁共振是處于靜磁場中的原子核在另一交變磁場作用下發(fā)生的物理現(xiàn)象.通常人們所說的核磁共振指的是利用核磁共振現(xiàn)象獲取分子結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的技術(shù). 并不是是所有原子核都能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原子核能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象是因為具有核自旋.原子核自旋產(chǎn)生磁矩，當核磁矩處于靜止外磁場中時產(chǎn)生進動核和能級分裂.在交變磁場作用下，自旋核會吸收特定頻率的電磁波，從較低的能級躍遷到較高能級.這種過程就是核磁共振. 核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù).是繼CT后醫(yī)學影像學的又一重大進步.自80年代應(yīng)用以來，它以極快的速度得到發(fā)展.其基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量.在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經(jīng)電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像. 核磁共振是一種物理現(xiàn)象，作為一種分析手段廣泛應(yīng)用于物理、化學生物等領(lǐng)域，到1973年才將它用于醫(yī)學臨床檢測.為了避免與核醫(yī)學中放射成像混淆，把它稱為核磁共振成像術(shù)(MR). MR是一種生物磁自旋成像技術(shù)，它是利用原子核自旋運動的特點，在外加磁場內(nèi)，經(jīng)射頻脈沖激后產(chǎn)生信號，用探測器檢測并輸入計算機，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換在屏幕上顯示圖像. MR提供的信息量不但大于醫(yī)學影像學中的其他許多成像術(shù)，而且不同于已有的成像術(shù)，因此，它對疾病的診斷具有很大的潛在優(yōu)越性.它可以直接作出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會產(chǎn)生CT檢測中的偽影；不需注射造影劑；無電離輻射，對機體沒有不良影響.MR對檢測腦內(nèi)血腫、腦外血腫、腦腫瘤、顱內(nèi)動脈瘤、動靜脈血管畸形、腦缺血、椎管內(nèi)腫瘤、脊髓空洞癥和脊髓積水等顱腦常見疾病非常有效，同時對腰椎椎間盤后突、原發(fā)性肝癌等疾病的診斷也很有效. MR也存在不足之處.它的空間分辨率不及CT，帶有心臟起搏器的患者或有某些金屬異物的部位不能作MR的檢查，另外價格比較昂貴. 核磁共振技術(shù)的歷史 1930年代，物理學家伊西多·拉比發(fā)現(xiàn)在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列，而施加無線電波之后，原子核的自旋方向發(fā)生翻轉(zhuǎn).這是人類關(guān)于原子核與磁場以及外加射頻場相互作用的Z早認識.由于這項研究，拉比于1944年獲得了諾貝爾物理學獎. 1946年兩位美國科學家布洛赫和珀塞爾發(fā)現(xiàn)，將具有奇數(shù)個核子（包括質(zhì)子和中子）的原子核置于磁場中，再施加以特定頻率的射頻場，就會發(fā)生原子核吸收射頻場能量的現(xiàn)象，這就是人們Z初對核磁共振現(xiàn)象的認識.為此他們兩人獲得了1952年度諾貝爾物理學獎. 人們在發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象之后很快就產(chǎn)生了實際用途，化學家利用分子結(jié)構(gòu)對氫原子周圍磁場產(chǎn)生的影響，發(fā)展出了核磁共振譜，用于解析分子結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移，核磁共振譜技術(shù)不斷發(fā)展，從Z初的一維氫譜發(fā)展到13C譜、二維核磁共振譜等高級譜圖，核磁共振技術(shù)解析分子結(jié)構(gòu)的能力也越來越強，進入1990年代以后，人們甚至發(fā)展出了依靠核磁共振信息確定蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)的技術(shù)，使得溶液相蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的精確測定成為可能. 1946年，美國哈佛大學的珀塞爾和斯坦福大學的布洛赫宣布，他們發(fā)現(xiàn)了核磁共振NMR.兩人因此獲得了1952年諾貝爾獎.核磁共振是原子核的磁矩在恒定磁場和高頻磁場（處在無線電波波段）同時作用下，當滿足一定條件時，會產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象.核磁共振很快成為一種探索、研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的高新技術(shù).目前，核磁共振已在物理、化學、材料科學、生命科學和醫(yī)學等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用. 原子核由質(zhì)子和中子組成，它們均存在固有磁矩.可通俗的理解為它們在磁場中的行為就像一根根小磁針.原子核在外加磁場作用下，核磁矩與磁場相互作用導(dǎo)致能級分裂，能級差與外加磁場強度成正比.如果再同時加一個與能級間隔相應(yīng)的交變電磁場，就可以引起原子核的能級躍遷，產(chǎn)生核磁共振.可見，它的基本原理與原子的共振吸收現(xiàn)象類似. 早期核磁共振主要用于對核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，如測量核磁矩、電四極距、及核自旋等，后來廣泛應(yīng)用于分子組成和結(jié)構(gòu)分析，生物組織與活體組織分析，病理分析、YL診斷、產(chǎn)品無損監(jiān)測等方面.對于孤立的氫原子核（也就是質(zhì)子），當磁場為1.4T時，共振頻率為59.6MHz，相應(yīng)的電磁波為波長5米的無線電波.但在化合物分子中，這個共振頻率還與氫核所處的化學環(huán)境有關(guān)，處在不同化學環(huán)境中的氫核有不同的共振頻率，稱為化學位移.這是由核外電子云對磁場的屏蔽作用、誘導(dǎo)效應(yīng)、共厄效應(yīng)等原因引起的.同時由于分子間各原子的相互作用，還會產(chǎn)生自旋-耦合裂分.利用化學位移與裂分數(shù)目，就可以推測化合物尤其是有機物的分子結(jié)構(gòu).這就是核磁共振的波譜分析.20世紀70年代，脈沖傅里葉變換核磁共振儀出現(xiàn)了，它使C13譜的應(yīng)用也日益增多.用核磁共振法進行材料成分和結(jié)構(gòu)分析有精度高、對樣品限制少、不破壞樣品等優(yōu)點. Z早的核磁共振成像實驗是由1973年勞特伯發(fā)表的，并立刻引起了廣泛重視，短短10年間就進入了臨床應(yīng)用階段.作用在樣品上有一穩(wěn)定磁場和一個交變電磁場，去掉電磁場后，處在激發(fā)態(tài)的核可以躍遷到低能級，輻射出電磁波，同時可以在線圈中感應(yīng)出電壓信號，稱為核磁共振信號.人體組織中由于存在大量水和碳氫化合物而含有大量的氫核，一般用氫核得到的信號比其他核大1000倍以上.正常組織與病變組織的電壓信號不同，結(jié)合CT技術(shù)，即電子計算機斷層掃描技術(shù)，可以得到人體組織的任意斷面圖像，尤其對軟組織的病變診斷，更顯示了它的優(yōu)點，而且對病變部位非常敏感，圖像也很清晰. 核磁共振成像研究中，一個前沿課題是對人腦的功能和高級思維活動進行研究的功能性核磁共振成像.人們對大腦組織已經(jīng)很了解，但對大腦如何工作以及為何有如此高級的功能卻知之甚少.美國貝爾實驗室于1988年開始了這方面的研究，美國政府還將20世紀90年代確定為“腦的十年”.用核磁共振技術(shù)可以直接對生物活體進行觀測，而且被測對象意識清醒，還具有無輻射損傷、成像速度快、時空分辨率高（可分別達到100μm和幾十ms）、可檢測多種核素、化學位移有選擇性等優(yōu)點.美國威斯康星醫(yī)院已拍攝了數(shù)千張人腦工作時的實況圖像，有望在不久的將來揭開人腦工作的奧秘. 若將核磁共振的頻率變數(shù)增加到兩個或多個，可以實現(xiàn)二維或多維核磁共振，從而獲得比一維核磁共振更多的信息.目前核磁共振成像應(yīng)用于氫核，但從實際應(yīng)用的需要，還要求可以對其他一些核如：C13、N14、P31、S33、Na23、I127等進行核磁共振成像.C13已經(jīng)進入實用階段，但仍需要進一步擴大和深入.核磁共振與其他物理效應(yīng)如穆斯堡爾效應(yīng)（γ射線的無反沖共振吸收效應(yīng)）、電子自旋共振等的結(jié)合可以獲得更多有價值的信息，無論在理論上還是在實際應(yīng)用中都有重要意義.核磁共振擁有廣泛的應(yīng)用前景，伴隨著脈沖傅里葉技術(shù)已經(jīng)取得了一次突破，使C13譜進入應(yīng)用階段，有理由相信，其它核的譜圖進入應(yīng)用階段應(yīng)為期不遠. 另一方面，醫(yī)學家們發(fā)現(xiàn)水分子中的氫原子可以產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，利用這一現(xiàn)象可以獲取人體內(nèi)水分子分布的信息，從而精確繪制人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在這一理論基礎(chǔ)上1969年，紐約州立大學南部醫(yī)學ZX的醫(yī)學博士達馬迪安通過測核磁共振的弛豫時間成功的將小鼠的癌細胞與正常組織細胞區(qū)分開來，在達馬迪安新技術(shù)的啟發(fā)下紐約州立大學石溪分校的物理學家保羅·勞特伯爾于1973年開發(fā)出了基于核磁共振現(xiàn)象的成像技術(shù)(MRI)，并且應(yīng)用他的設(shè)備成功地繪制出了一個活體蛤蜊地內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像.勞特伯爾之后，MRI技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用范圍日益廣泛，成為一項常規(guī)的醫(yī)學檢測手段，廣泛應(yīng)用于帕金森氏癥、多發(fā)性硬化癥等腦部與脊椎病變以及癌癥的ZL和診斷.2003年，保羅·勞特伯爾和英國諾丁漢大學教授彼得·曼斯菲爾因為他們在核磁共振成像技術(shù)方面的貢獻獲得了當年度的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎.其基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量.在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經(jīng)電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像. 核磁共振的原理 核磁共振現(xiàn)象來源于原子核的自旋角動量在外加磁場作用下的進動. 根據(jù)量子力學原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動量，其自旋角動量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實驗結(jié)果顯示，不同類型的原子核自旋量子數(shù)也不同： 質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為0 質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù) 質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為整數(shù) 迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P 由于原子核攜帶電荷，當原子核自旋時，會由自旋產(chǎn)生一個磁矩，這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比.將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸的擺動，稱為進動.進動具有能量也具有一定的頻率. 原子核進動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說，對于某一特定原子，在一定強度的的外加磁場中，其原子核自旋進動的頻率是固定不變的. 原子核發(fā)生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關(guān)，根據(jù)量子力學原理，原子核磁矩與外加磁場之間的夾角并不是連續(xù)分布的，而是由原子核的磁量子數(shù)決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級.當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入后，就會發(fā)生能級躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發(fā)生變化.這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎(chǔ).

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