MR波谱分析ppt
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核磁共振波谱分析ppt课件
DE＝hν ——②
则：处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁到 高能级态，发生核磁共振。
11
核磁共振波谱分析
1.2.4 核磁共振的条件
发生核磁共振时，必须满足下式：
n=
g 2p
Ho
3
③式称为核磁共振基本关系式。
❖ 可见，固定H0，改变ν射或固定ν射，改变H0都可满足③ 式，发生核磁共振。
但为了便于操作，通常采用后一种方法。
• 乙酸乙酯的核磁共振氢谱
1H NMR ( 300 MHz, CDCl3 ),δ( ppm) 1.867 ( t, J= 7.2 Hz, 3H ), 2.626 ( s, 3H ), 4.716 ( q, J= 7.2 Hz, 2H )
• s—单峰；d—双峰（二重峰）；t—三峰 （三重峰）；q—四峰（四重峰）；m—多 峰（多重峰）
C6H5CH2CH3 C6H5
CH3
CH2
17
17
核磁共振波谱分析
核磁共振氢谱信号 结构信息
信号的位置 （化学位移）
信号的数目
信号的强度 （积分面积）
信号的裂分 （自旋偶合）
质子的化学环境 化学等价质子的组数 引起该信号的氢原子数目
邻近质子的数目，J（偶
合常数）单位：Hz
18
核磁共振波谱分析
（2）核磁共振数据
19
核磁共振波谱分析
§3 化学位移 (Chemical shift)
化学环境不同 的1H 核在不 同位置（ν） 产生共振吸 收
化学环境不同的1H 核在外磁场中 以不同的Larmor频率进动；1H 核在分子中所处的化学环境不同 导致Larmor频率位移
20
核磁共振波谱分析
《核磁共振波谱法》PPT课件
采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。
核磁共振波谱分析方法 ppt课件
（1） 饱和烃 -CH3: CH3=0.791.10ppm
-CH:
-CH2: CH2 =0.981.54ppm
CH= CH3 +(0.5 0.6)ppm
O CH3 N CH3 C C CH3 O C CH3 CH3
36
H=3.2~4.0ppm H=2.2~3.2ppm H=1.8ppm H=2.1ppm H=2~3ppm
CH3
Si
CH3
CH3
(3)容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
16
试样的共振频率
标准物质TMS的共振频率
试样 TMS 6 10 0
化学位移
仪器频率
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 6 10 为方便起见，故×
17
(3).影响化学位移(电子云密度)的因素: a.电负性:
数)
E = hν
H0
低能态
h E H0 2
9
3.核磁共振的产生 : 外界提供的能量等于不同取向原子核的能级差.即:
h h E H0 2
H0 2
I≠0
核——原子核自旋 磁——外加磁场H0 共振—— H 0 2
10
诱导产生自旋能级分裂
能级跃迁
二、核磁共振仪器:
ii) 某组环境相同的氢核，分别与n个和m个环境 不同的氢核（或I=1/2的核）偶合, 则裂分为 (n+1)(m+1)个峰
28
Hb
Hb Ha Hc C C C Br Hb Ha Hc
4
c
a
b
3
2
1
0
Jba Jca
Jca Jba Ha裂分峰:(3+1)(2+1) = 12 实际裂分峰: 6
-CH:
-CH2: CH2 =0.981.54ppm
CH= CH3 +(0.5 0.6)ppm
O CH3 N CH3 C C CH3 O C CH3 CH3
36
H=3.2~4.0ppm H=2.2~3.2ppm H=1.8ppm H=2.1ppm H=2~3ppm
CH3
Si
CH3
CH3
(3)容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
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试样的共振频率
标准物质TMS的共振频率
试样 TMS 6 10 0
化学位移
仪器频率
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 6 10 为方便起见，故×
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(3).影响化学位移(电子云密度)的因素: a.电负性:
数)
E = hν
H0
低能态
h E H0 2
9
3.核磁共振的产生 : 外界提供的能量等于不同取向原子核的能级差.即:
h h E H0 2
H0 2
I≠0
核——原子核自旋 磁——外加磁场H0 共振—— H 0 2
10
诱导产生自旋能级分裂
能级跃迁
二、核磁共振仪器:
ii) 某组环境相同的氢核，分别与n个和m个环境 不同的氢核（或I=1/2的核）偶合, 则裂分为 (n+1)(m+1)个峰
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Hb
Hb Ha Hc C C C Br Hb Ha Hc
4
c
a
b
3
2
1
0
Jba Jca
Jca Jba Ha裂分峰:(3+1)(2+1) = 12 实际裂分峰: 6
磁共振波谱ppt课件
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。
MRS分析 ppt课件
H
H
OH
H
frequency
looks more like real spectroscopy
– different nuclei give different peaks
a real spectrum ?
2021/3/26
MRS分析 ppt课件
6
excite
Recording a
spetrum
Involving the left temporal lob and basal ganglia region.
6、Glx(谷氨酸盐/谷氨酰胺/氨基丁酸）脑内活 性物质，2.2-2.4ppm和3.6-3.8ppm,Glx高于NAA 的1/3，提示升高，Glx明显升高提示为非肿瘤 性病变，脑缺氧、肝昏迷、癫痫精神分裂等；
7、Lip脂质波，1.4ppm,提示组织坏死，髓鞘发 育前可以发现Lip波。
2021/3/26
MRS的技术和影响因素
1、扫描技术： H1+、P31 、13C、19F等；较常见 的是1H和31P；
2、 H1+ MRS：Single voxel，Multi-voxel,3-D等；
3、TE时间影响显示的波峰，如短TE显示的波 较多（10、25ms),长TE（144、135ms等）；
4、脑的不同部位和年龄影响组织内分子的含 量，附近组织的影响。
弓形虫感染和淋巴瘤：淋巴瘤的NAA/Cr、 NAA、Cr和MI降低，Cho升高，Lip和 Lac升高，前者的Cho下降；
2021/3/26
MRS分析 ppt课件
27
左额叶病灶， 长T1长T2信号
2021/3/26
MRS分析 ppt课件
28
核磁共振波谱诊断脑瘤技术ppt课件
核磁共振波谱诊断脑瘤技术（化学指纹）
-
1
磁共振波谱(MRS)
MRS：是一种新兴的无创性体内观察组织代谢的方
法,在脑肿瘤的基础和临床研究中具有重要价值。在提 高脑肿瘤诊断准确率、鉴别肿瘤复发与放射治疗后坏 死、了解肿瘤的代谢特性及预测肿瘤临床进程等方面 具有重要意义,且能为临床制订合理的治疗方案提供帮 助。
-
9
三、正常图象分析
1、常见化合物的化学位移及其作用 NAA
Cr
Cho
Cr
Glx
Lac
3.9
3.2 3.0
2.4
2.0
-
1.3
ppm
10
（1）NAA——氮-乙酰天门冬氨 酸
位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。
-
11
（2）Choline——胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷 酸胆碱和胆碱）
-
20
脑肿瘤的波谱
实质内NAA消失或降低，Cho显著升高，Cr轻度 下降，可有Lac/Lip出现。
坏死囊变区内NAA、 Cho、 Cr均明显降低，伴 Lac 峰。
-
21
Cho Cr
NAA
T
Lip
Necrosis
E
normal
-
22
1.1、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞的鉴别
星形细胞瘤、脑梗塞的1H MRS代谢物比值分析表
Cho/NAA
Cho/Cr
NAA/Cr
(Lac+Lip)/Cr
星 形 2.12±0.31* 2.26±0.76* 0.91±0.18
0.45±0.19
梗 塞 0.81±0.62
-
1
磁共振波谱(MRS)
MRS：是一种新兴的无创性体内观察组织代谢的方
法,在脑肿瘤的基础和临床研究中具有重要价值。在提 高脑肿瘤诊断准确率、鉴别肿瘤复发与放射治疗后坏 死、了解肿瘤的代谢特性及预测肿瘤临床进程等方面 具有重要意义,且能为临床制订合理的治疗方案提供帮 助。
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9
三、正常图象分析
1、常见化合物的化学位移及其作用 NAA
Cr
Cho
Cr
Glx
Lac
3.9
3.2 3.0
2.4
2.0
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1.3
ppm
10
（1）NAA——氮-乙酰天门冬氨 酸
位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。
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11
（2）Choline——胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷 酸胆碱和胆碱）
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20
脑肿瘤的波谱
实质内NAA消失或降低，Cho显著升高，Cr轻度 下降，可有Lac/Lip出现。
坏死囊变区内NAA、 Cho、 Cr均明显降低，伴 Lac 峰。
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21
Cho Cr
NAA
T
Lip
Necrosis
E
normal
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22
1.1、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞的鉴别
星形细胞瘤、脑梗塞的1H MRS代谢物比值分析表
Cho/NAA
Cho/Cr
NAA/Cr
(Lac+Lip)/Cr
星 形 2.12±0.31* 2.26±0.76* 0.91±0.18
0.45±0.19
梗 塞 0.81±0.62
最新mrs磁共振波谱(修改版讲学课件
MRS的信噪比
MRS 的信噪比决定谱 线的质量 MRS 的信噪比：最大 代谢物的峰高除以无信 号区噪声的平均振幅。 通常大于3，谱线的质 量可以接受。
MRS信噪比的影响因素
磁场均匀性 兴趣区定位 采集平均次数 体素大小 TR、TE时间 组织内原子核的自然浓度和敏感性 磁场强度：MRS敏感性与磁场强度的2/3次
23na31pmrs最早应用hmrs应用最广泛mrsmrs对硬件的要求对硬件的要求与mri相同磁体rf线圈rf放大器rf发射器接收器和计算器mrsmrs对硬件的要求对硬件的要求与mri不同高场强10t以上高均匀度b的不均匀性必须小于10ppm不需要梯度线圈但需要一些空间定位的辅助装置不需要成像装置但需要必要的硬件和软件显示波谱计算化学位移频率测定波峰等mrs基本原理射频脉冲原子核激励信号呈指数衰减自由感应衰减傅立叶变换mrs显示振幅与频率的函数即mrsmrs基本原理不同化合物的相同原子核相同的化合物不同原子核之间由于所处的化学环境不同其周围磁场强度会有轻微的变化共振频率会有差别这种现象称为化学位移不同化合物的相同原子核之间相同的化合物不同原子核之间共振频率的差别就是mrs的理论基础mrs基本原理mrs表示方法在横轴代表化学位移频率差别单位百万分子一ppm纵轴代表信号强度峰高和峰值下面积反映某种化合物的存在和化合物的量与共振原子核的数目成正比
PET 光学成像技术 功能磁共振成像（fMRI）
灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
脑功能成像
测量脑内化合物 测量脑局部代谢和血氧变化 测量脑内神经元活动
测量脑内神经元活动
脑电图（EEG） 脑磁图（MEG） 事件相关电位（ERP）
磁共振功能成像
磁共振波谱（MRS） 扩散加权成像（扩散张量成像，DTI） 灌注成像：
第八节 MR波谱分析
第八节MR波谱分析MR波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法。
MRI提供的是正常和病理组织的形态信息，而MRS则可提供组织的代谢信息。
大家都知道，在很多疾病的发生和发展过程中，代谢改变往往早于形态学改变，因此MRS 所能提供的代谢信息无疑有助于疾病的早期诊断。
但是目前在临床应用方面还处于研究和摸索阶段。
一、MRS的原理MRS的原理比较复杂，这里仅作简单介绍。
（一）化学位移现象在MRI原理中我们知道，磁性原子核在外磁场中的进动频率取决于两个方面：（1）磁性原子核的磁旋比；（2）磁性原子核所感受的外磁场强度。
对于一个确定的磁性原子核，其磁旋比是不变的。
而磁性原子核所感受的外磁场强度除了受外加静磁场影响外，还受原子核周围的电子云和周围其他原子电子云的影响，这些电子云将会对磁场起屏蔽作用，使磁性原子核所感受的磁场强度略低于外加静磁场的强度，因而其进动频率也略有降低。
同一种磁性原子核如果处于不同的分子中，由于分子化学结构的不同，电子云对磁性原子核的磁屏蔽作用的大小也存在差别，因而将表现出其进动频率的差别。
这种由于所处的分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象被称为化学位移现象。
（二）MRS的简要原理下面以1H为例简述MRS的原理。
通过对某组织的目标区域施加经过特殊设计的射频脉冲，这种射频脉冲往往带宽较宽，其频率范围必须含盖所要检测代谢产物中质子的进动频率。
然后采集该区域发出的MR信号（可以是FID信号或回波信号），该MR信号来源于多种代谢产物中质子，由于化学位移效应，不同的代谢产物中质子进动频率有轻微差别，通过傅里叶转换可得到不同物质谱的信息，通常采用谱线来表示。
谱线包括一系列相对比较窄的波峰。
其横坐标表示不同物质中质子的进动频率，通常用PPM表示（以标准物的质子进动频率为基准，其他代谢物中质子进动频率与标准物中质子进动频率的差别，以百万分几（PPM）来表示）。
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但是，乏氧代谢不是恶性肿瘤的特有表现，良性肿瘤 也会出现Lac波或Lac峰升高，可能由于良性肿瘤的代 谢活动增强，特别是以无氧酵解为主要途径提供能量 时，葡萄糖吸收增多。
我们的研究有95％恶性骨病出现Lac高峰，2例良性骨 病变Lac含量升高
SUCCESS
THANK YOU
2020/1/7
20例恶性骨肿瘤 Cho Lip1 ，19例（95％）Lac ，13 例（65％）出现Lip2峰（位于0.9ppm峰命名为Lip2），5例 （25％）肌酸Cr未测出,表现为Ⅱ型波形
18例良性骨病变Cho ，Lip1 ，Lip2均未能测出，仅有2例 （11.1％）Lac ，表现为Ⅰ型波形
Ⅱ型波形 一例12岁尤文肉 瘤的1H MRS波 形
我们的研究中，所有恶性骨病变Cho含量均升高，所有良 性骨病Cho含量均降低，与文献提到的脑及脑外恶性肿瘤 改变类似。
乳酸 Lac 峰
由于双自旋（自旋偶联－J Coupling）作用，表现为双尖 “M”型峰，是无氧酵解的终产物，其含量增加说明病变组 织含氧量降低，无氧代谢增加 。
恶性肿瘤生长迅速，组织相对缺氧，无氧酵解增多，常常 导致Lac升高 。
1H MRS的几个主要波峰物质的意义
Lip峰
通常提到的脂质峰一般指 Lip2（0.9ppm），Lip2峰 正常 往往难以测出，恶性肿瘤中却常可以测出。这可能是由细 胞坏死膜降解引起。随着肿瘤恶性度增高，细胞坏死及与 之相伴随的细胞膜降解增多，脂质信号亦相应增高。
Cho峰
为胆碱复合物 ，主要参与细胞生物膜的构成及细胞生物 膜的转运， Cho浓度反映细胞密度及生长增殖情况，恶 性肿瘤常因细胞分裂增殖活跃而致Cho含量升高。
Ⅰ型波形 一例13岁股骨颈嗜酸性 肉芽肿的1H MRS波形
Ⅱ型波形 一例63岁转移瘤
Ⅰ型波形 一例8岁跨骨骺的骨脓肿
Байду номын сангаас
一例硬化性骨髓炎病例，术前误诊为骨 旁尤文肉瘤
SUCCESS
THANK YOU
2020/1/7