核磁共振及其应用

核磁共振及其应用（精选8篇）

篇1：核磁共振及其应用

【摘要】脑功能磁共振成像是近年来磁共振成像技术的一项新发展。它不仅能清晰、准确地显示脑组织的解剖和

病理改变，还能同时观察到脑皮层功能活动时的信息，可无创、实时地对大脑的功能活动进行成像。为法医学领域中所涉

及的人体损伤程度鉴定和伤残等级评估以及对法医精神病领域中认知功能的界定．从单一形态学研究到形态与功能相

结

合的系统研究开辟了一条崭新的道路。本文就人脑的功能活动磁共振成像的概念、原理、优势、临床研究状况及法医学

应用前景进行综述。

【关键词】脑功能磁共振成像；法医病理学

【中图分类号】d919．1： r445．

2【文献标识码】b

【文章编号】1007—9297(2004)04—0291—0

4technology of functional magnetic resonance imaging of brain and appucation prospects in forensic medicine． ca i ji一，0 tao，pan hong-fu，et ．forensic pathology department，school ofleg~l medicine，sichuan university,chengdu

61004

1【abstract】technology of functional magnetic resonance imaging of brmn(fmrib)is a new approach developed in the

resent years． it can not only show clearly and accurately the changes of tissues，autopsy and pathology of the brain，but also

show the information of the activity of the brain in time without harm． it can be widely used in forensic medicine such as injury

gradated evaluation，disability evaluation and cognition in forensic assessment in psychiatry providing a new method from pure

morphological study to morphology-function combination study．this article reviewed the fmrib conceptions，principles，advan—

tages，the conditions of clinical study and application prospects in forensic medicine

．

【key words】functional magnetic resonance imaging of brain；forensic medicine

一、脑功能磁共振成像的概念与原理

(一)概念

脑功能磁共振成像(functional mri，fmri1，是一种

新兴的影像学检查技术。它以脑功能活动时引起的血

氧浓度改变为基础，采用不同颜色直接实时地将脑功

能变化反映在mr图像上，突破了既往研究脑功能的黑箱技术，以往的影像学检查技术绝大部分是依赖于

被检组织形态学的改变，而功能性成像这一领域一直

为正电子发射体层摄影(positron emission tomographv．

pet)所独有。随着mr技术的发展，fmri能在特定的脑功能活动时或血液动力学变化时对脑组织进行实时的功能成像，对人脑在生理和病理状态下的功能活动

进行有效的评价。其时间分辨率和空间分辨率均较高，一次成像即可同时获得解剖和功能影像，是目前人们

用mr方法研究大脑皮层功能活动的最主要方法

ri为脑科学研究提供了直观有效的研究手段．为医

学影像学的研究和临床开辟了全新的领域 lli

(二)基本原理

神经活动与血流动力学变化之间的密切关联是

ri的基础。人体各种生理活动都由相应的大脑皮层

[作者简介] 蔡继峰，四川大学华西基础与法医学院病理教研室在读研究生，tel；+86—28-89592918：e-ma11：cj f-j1feng@163

． com

。292。

篇2：核磁共振及其应用

基于表面等离子共振的新型生物传感技术及其在生命科学中的应用

生物分子的活性功能是通过分子之间的相互作用来体现的,了解这种相互作用的过程对于生命科学领域的研究及揭示生命发生发展的基本机制具有重要的意义.基于表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)的新型生物传感技术--BIAcore(biomolecular interaction analysis)是研究生物分子相互作用的理想工具.它可以实时跟踪检测生物分子间结合、解离的.整个过程,已被广泛应用于蛋白质组学、信号转导、新药开发、遗传学分析和食品检测等领域,并且显示出广阔的应用前景.

作 者：陈媛媛 李永进 毕利军 CHEN Yuan-yuan LI Yong-jin BI Li-jun  作者单位：中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台,北京,100101 刊 名：生物物理学报  ISTIC PKU英文刊名：ACTA BIOPHYSICA SINICA 年，卷(期)： 22(2) 分类号：Q71 Q74 关键词：BIAcore技术   生物分子相互作用   表面等离子共振   蛋白质组学   信号转导   新药开发  

篇3：磁共振成像数据种类及其临床应用

1 磁共振结构像成像原理及其临床应用

结构像又称解剖像, 反映的是人体器官组织的静态结构。与传统的X射线图像、CT像相比, MR结构像的最大优点是能够提供高分辨率、高对比度的解剖图像。从而有助于病变组织器官位置的精确定位和诊断。MR结构像主要有T1加权像 (T1WI) , T2加权像 (T2WI) 和弥散张呈成像 (DTI) 图像。

1.1 T1WI和T2WI:

在静磁场中, 当磁化强度受到满足共振条件的射频磁场 (RF) 的作用时, 它就会偏离热平衡状态, 当RF作用停止后, 磁场强度会从偏离热平衡状态逐渐恢复到平衡状态, 这个过程称为磁化强度的弛豫过程。纵向弛豫 (自旋—晶格弛豫) , 描述的是自旋核与周围物质相互作用交换能量的过程。纵向弛豫时间常数T1反映的是组织纵向磁化的恢复速度。横向弛豫 (自旋—自旋弛豫) 是自旋核之间的相互作用产生的。横向弛豫时间常数T2反映的是组织横向磁化的衰减速度。T1、T2是图像产生灰度差别的主导因素, 被称为基本成像参数。

目前临床上最常用的RF脉冲序列为自旋回波序列SE序列[1], 其幅值大小的计算公式为:I=KB0P·f (v) · (1-e-TR/T1) ·e-TE/T2, 其中K, B0为不变常量, f (v) 为自旋核运动状态, 一般可以忽略。TR指重复时间, TE指回波时间。加权成像的原理就是通过设置TE、TR的长短来突出某个成像参数, SE信号的强弱反映为图像的对比度。选择短TE (≤T2) 和TR (≤T1) , 忽略自旋核运动, 因子e-TE/T2将趋于1, 则I=KB0P·f (v) · (1-e-TR/T1) 此时信号强度主要由T1决定, 实现T1加权。T1大的地方I值小, 图像呈现黑暗弱信号, 反之则呈现白色强信号。密度相同的组织, 只要T1存在差异, 就可以通过T1加权成像将其分辨开来。T1WI的对比度主要由TR决定, 因此选择恰当的值可以得到高对比度的T1WI。不同的正常软组织T1差别较大, 因此临床上一般用T1加权像显示组织结构。

T2加权与T1加权相反, 选择长和长TR (≥T2) , 使e-TE/T1趋于1, 此时I=KB0P·f (v) · (1-e-TR/T2) , 信号强弱主要由T2决定, T2大的地方I值大, 图像呈现白色强信号, 反之则呈现黑色弱信号, 实现T2加权。T2加权的对比度主要由决定, 由于T2加权的一个优势是通过合理选择TR与TE能使组织对比度达到最佳, 例如脑灰质和脑白质T2差别并不大但可以有很好的显示, 炎症部位T2增加, 信号增强变亮, 能更清楚显示病灶, 因此临床上常用T2WI对病变组织进行定性分析。

1.2 DTI[2,7]:

弥散是分子的布朗运动, DTI依靠突出组织内水扩散的各向异性以及扩散程度来探测组织微观结构和形成图像对比度。目前主要用于研究中枢神经系统和追踪显示白质纤维解剖的磁共振成像。平行走行的髓鞘轴索纤维导致了脑白质的各向异性, 脑白质的弥散在平行神经纤维方向最大, 即此方向部分各向异性最大。利用彩色标记便可直观反映出脑白质的空间方向性。DTI对于神经科学领域尤其是人脑纤维的结构的探究是一个新的突破, 不仅有助于深入了解活体的神经纤维走行, 而且在临床上有很大的价值, 成为近期脑功能成像技术研究的一大热点。

DTI临床应用主要有: (1) 活体脑白质纤维束示踪成像, 脑梗死、脑肿瘤、脑外伤、弥漫性轴索损伤的检测。 (2) 表示组织各向异性的FA值可反映脑白质的成熟程度, 了解儿童脑发育和老年人脑退化。 (3) 精神分裂症在中枢神经系统尤其对白质和灰质的区别以及白质纤维的走行有很好的成像效果, 可了解病变造成的白质纤维束受压移位、浸润与破坏, 为病变的诊断与鉴别诊断提供更多信息, 为手术方案的制定、术后随访提供依据等。

2 磁共振功能像及其临床应用

功能像[5]描述的是组织器官的动态过程。虽然它的分辨率不及解剖像, 但它能够对早期代谢或功能异常的病灶进行检测, 同时在复杂的解剖结构中探测到病变位置并进行定位。狭义的功能磁共振成像 (f MRI) 指血氧水平依赖成像 (BOLD) , 而广义的则包括磁共振波谱分析 (MRS) 、弥散加权成像 (DWI) 、灌注加权成像 (PWI) 、磁敏感加权成像 (SWI) , 以及磁共振血管成像 (MRA) 。

2.1 BOLD[1,3]

BOLD是目前应用最为广泛的一种f MRI技术。它的基本原理是血液中Hb (血红蛋白) 与氧结合 (Hb O2) 时被氧化, 呈抗磁性, 对磁场影响很小, 而去氧后变成的d Hb (去氧血红蛋白) , 具有顺磁效应可导致血管周围出现非均匀性磁场, 进而使实际横向弛豫时间缩短, 表现为MR信号减小。利用快速梯度扫描序列便可获得包含BOLD信号的脑功能图像。例如当大脑进行神经活动时, 局部神经元活动增加使其代谢率增高, 局部血管扩张, 血流量增加, 但在增加程度上有明显差异, 局部组织中氧的供应量超过代谢的耗氧量 (Hb O2) 相对增加, 顺磁性的d Hb相对减少, 表现为该脑区的增加, 即MR信号强度相对增加。

最新的BOLD研究已不仅停留在用f MRI技术来显示神经活动水平上, 对大脑高级功能的研究已经成为主流, 如语言、学习、记忆、分析、思考等。

2.2 MRS[4]

MRS是利用不同化学环境下同种自旋核的共振频率发生偏移 (化学移位) , 经过傅立叶变换后, 形成频率-信号强度分布的谱线, 通过频率产生的信号强度来判断被检测物质的浓度。如胆碱、肌酸、脂质、乳酸盐等, 根据这些代谢物含量的多少, 分析组织代谢的变化。当它们浓度发生一定的变化时, 根据这些生化改变以1H磁共振波谱曲线中产生不同的峰值及比率, 来确定组织细胞结构或代谢的异常。

MRS是目前唯一能以无创伤检查方法测定活体化学代谢物改变的一种新兴技术。它不仅能检测体内化学成分、组织代谢产物, 还可以对体内有关能量代谢和病灶代谢状况的变化做连续动态观察, 能用图像形式来表达机体代谢的信息, 较早地提供有关于疾病的诊断信息。

MRS主要应用于脑部、心脏、骨骼肌和肝脏等方面的研究, 以脑部研究最为广泛。比如脑梗死、脑肿瘤、脑白质和脑灰质疾病、癫痫和代谢性疾病等, 尤其是颅脑肿瘤研究较多。在心脏方面的应用主要是在心肌缺血、心肌病等心肌代谢方面的研究。肝脏31P-MRS主要研究肝代谢性疾病、肝炎肝硬化及肝肿瘤等。

2.3 PWI[3]

灌注是血流从动脉进入毛细血管再汇入到静脉的过程, 即血液通过毛细血管与组织进行氧和养分及代谢物的交换。灌注技术用于研究血管的病理生理变化而并不是显示血管的解剖图像。PWI成像根据使用示踪剂的来源可以分为对比剂团注示踪法 (外源性) 和动脉血流自旋标记法 (内源性) 。

2.3.1对比剂团注示踪法:

使用顺磁性造影剂钆喷酸葡胺 (Gd-DTPA) 使毛细血管内出现非均匀磁场, 加快毛细血管内自旋核失相位、缩短, MR信号降低。而此时毛细血管周围组织磁化率无明显变化, 这种差异可以在加权中充分显现。当造影剂通过后, MR信号又得以恢复。采用时间分辨力足够高的快速MR成像序列进行快速成像, 可得到时间-信号曲线。

2.3.2动脉血流自旋标记法:

使用动脉血流作为示踪剂, 先对动脉血进行标记, 标记后MR信号下降, 经过一段时间后, 标记的动脉血对组织进行灌注, 此时再对感兴趣区进行成像即标记像。而静态组织的MR信号变化不大, 为了消除其影响, 要对感兴趣区再进行一次未标记的灌注成像即控制像。标记像与控制像的差值就是只与流入成像区域的标记血流有关, 经过多次采集、处理后可以进行诊断分析。

PWI有助于对组织功能状态较深入的了解, 是反映组织和器官活性和功能的一个重要生理参数。在脑梗死、癫痫、脑卒中以及脑部肿瘤等病理条件下, 灌注的下降或异常是其主要的病症和诊断依据。

2.4 SWI[2,10]

SWI是一种近年来发展起来的检测组织磁场属性的, 利用组织间磁场敏感差异和BOLD效应成像的磁共振新技术, 以T2加权梯度回波序列作为序列基础, 根据不同组织间的磁敏感性差异提供对比增强机制, 采用3D梯度回波扫描, 完全速度补偿, 射频脉冲扰相等技术, 具有三维、高分辨率、高信噪比等特点。通过采集强度数据和相位数据并进行后处理, 形成SWI图像, 其本质是BOLD成像。

SWI对小静脉、微出血和铁沉积比较敏感。临床应用主要有: (1) 血管源性病变的检测:左侧基底节静脉畸形、放射性毛细血管扩张症、高血压脑出血灶。 (2) 肿瘤性病变检测:可显示肿瘤的边界、静脉、出血及钙化等。 (3) 颅脑外伤性疾病检测:如弥漫性轴索损伤 (DAI) 、外伤性脑出血及梗死。 (4) 钙化性疾病检测:如脑内钙化与出血、钙化与铁沉积、肿瘤钙化斑少突胶质细胞瘤钙化斑。 (5) 神经退行性疾病检测:以脑内铁质沉积增多为特征。 (6) 其他疾病:白血病脑内出血灶、狼疮脑病等。

2.5 MRA[7]

MRA是一种无创伤性研究血液流动、实现血管系统可视化及获取相关神经血管状态信息的技术。它利用流动血液MR信号与周围静态组织MR信号的差异来建立图像对比度而无需造影剂[9]。MRA成像方法主要有:饱和法和减影法。

2.5.1饱和法包主要指时间飞跃法 (TOF法) :

TOF法是通过反复施加射频脉冲使背景软组织信号达到饱和而呈低信号, 而成像容积内由于新鲜血液的填充而使血管内信号强度保持不变 (流入相关增强) , 从而使血管显像。它主要使用2D、3D和多容积采集 (MOSTA) 技术对图像进行采集。

2.5.2相位对比血管造影法 (PCA法) :

PCA依靠在不同双极梯度磁场作用下使流动血液产生不同的相位偏差后将2组图像进行减影, 根据血流速度的不同就具有不同的相位差值并将相位差转变成像素强度显示。而静止组织相位差为零, 减影后相位也为零。连续采集的图像的减影将能明显抑制背景信号, 血流的定量分析可基于相位偏差与血管内均匀流速的固定关系。

在临床应用中, 3D-TOF常用于颅内动脉的显示, 也可用于颈动静脉显示及主动脉成像、肾动脉显示。2D-TOF一般用于矢状窦等慢流及四肢血管的显示。

PCA中3D-PC用来显示颅颈部动静脉及复杂血流, 但时间较长。2D-PC则用于矢状窦成像及主动脉流量分析。

3 总结与展望

综上所述, 磁共振成像所获得的结构像和功能像都具有空间分辨率高和成像速度快的优点, 在临床医学及其研究中备受青睐, 同时磁共振成像也在应用的过程中不断出现新技术、新发展。

当然, 磁共振成像技术的发展及临床应用的实践也告诉我们, 磁共振图像数据并不是单一的, 不同种类的成像技术应用于不同病灶, 获得的信息内容侧重点也不同。此外, 人体器官组织的功能和解剖结构是相互依存的, 功能像和结构像两者之间是相辅相成、互为补充的。因此, 如果能将各种数据图像的信息进行整合, 从而综合全面地对疾病进行诊断, 这是磁共振成像技术发展的新趋势。

此外, 图像处理技术[6]在磁共振成像图像数据中的应用发展也呈如火如荼之势, 例如目前为了减少人头部微小运动给测试结果带来的影响, 会对图像进行时间层矫正、平滑、滤波等预处理等。相信随着图像处理技术的发展, 必定会为磁共振成像图像数据研究带来质的飞跃。

参考文献

[1]吉强, 洪洋.医学影像物理学[M].3版.北京:人民卫生出版社, 2000:89-108.

[2]袁建华.磁共振功能成像[C].杭州:浙江省放射学学术年会论文汇编, 2005:7-10.

[3]贺超.核磁共振成像系统原理及MR图像研究[J].云南大学学报, 2010, 32 (S1) :245-248.

[4]方虹, 陈宪.磁共振波谱 (MRS) 分析技术的原理[J].国外医学临床放射学分册, 1995, 18 (4) :201-205.

[5]夏巍巍.脑磁共振结构与功能图像分析[D].长沙:国防科学技术大学, 2005.

[6]陈美玲.基于小波变换的医学功能像与结构像融合技术研究[D].南京:南京航空航天大学, 2010.

[7]斯琴, 张晖, 王学明, 等.磁共振扩散张量成像 (DTI) 在诊断中枢神经系统疾病中的应用[J].实用医学影像杂志, 2011, 12 (1) :4-7.

[8]贾园, 李河北, 栗占国.磁共振成像在类风湿关节炎早期诊断中的价值[J].中国药物与临床, 2006, 6 (6) :429-432.

[9]马强, 靳二虎.磁共振成像造影剂研究新进展[J].山西医药杂志, 2009, 38 (10) :924-926.

篇4：核磁共振成像技术及其应用

[关键词]核磁共振成像技术结构鉴定测量分析

1引言

自从人们发现核磁共振NMR(Nuclear Magnetic Resonance)现象到研制成核磁共振谱仪已逾60载。由于核磁共振谱仪可深入物质内部，而又不破坏其结构。利用其进行定性及精密的定量分析精度可达10^-12～10^-13。使得核磁共振已成为鉴定化合物结构和研究化学动力学的极为重要的方法。因此，在有机化学、生物化学、药物化学和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药工业等方面得到了广泛的应用。

2核磁共振原理

2.1核磁矩

原子核由质子和中子组成。质子和中子是自旋为1／2的粒子，同时在核内具有相对运动，因而又具有相应的轨道角动量。所有核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核的自旋。由于原子核同时又是一个带电的系统，因为自旋便产生磁矩。其磁矩在无外磁场时，原子核的取向是随机的，不产生宏观的净磁效应。原子核的磁相互作用正是原子光谱的超精细结构的来源。

2.2核磁共振

当原子核处于外磁场中时，较多的质子磁矩指向与外磁场的方向一致，质子处于低能态；而较少量质子的磁矩指向外磁场的反方向，质子处于高能态。因此，在增加外磁场后就将出现与外磁场方向一致的净宏观磁矩。并且核磁矩在磁场的作用下产生进动。

当被激励系统的固有频率跟激励频率一致时，就会产生共振现象。如果在垂直于原磁场的方向上，加一个高频或微波磁场(射频场)，当射频场的频率与核磁矩进动频率相等时，则处在不同能级上的磁核将会受激跃迁。由于处在低能级上的磁核略多于处在高能级上的磁核，其结果是低能级的核吸收了电磁波的能量跃迁到高能级上，表现为核磁矩系统对射频场产生强烈的共振吸收。该射频场的频率即为共振频率。

3核磁共振成像技术

核磁共振成像技术是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。组成人体的诸多元素中，只有原子序数为奇数的原子核(如氢和氮等的原子核)才有核磁矩。人体内部75％是水，水中含有氢原子核。氢原子核在恒定磁场和射频场的共同作用下，氢核就会产生共振吸收，当射频脉冲终止后，原子核处于激发态，质子群的磁矩在原有磁场的转矩作用下要重新回到原磁场方向。该磁矩围绕磁场以进动频率旋进，磁矩的变化将使周围的闭合线圈产生感应电流。将这个电流放大，便可以得到核磁共振信号。由于受到质子群磁矩返回时间(即驰豫时间)的影响，该信号将以指数曲线衰减。而驰豫时间又取决于受检人体的组织特性。所以该信号能反映出组织部位的正常或异常，这就是诊断疾病的依据。在成像过程中，核磁共振断层诊断装置以氢的驰豫时间为信号。由体外电子仪器收录，并用计算机处理，最后将人体各组织的形态形成图像，这就是核磁共振成像技术。人体组织中由于存在大量水和碳氢化合物而含有大量的氢核，一般用氢核得到的信号比其它核大1000倍以上。由于正常组织与病变组织的电压信号不同，结合CT电子计算机断层扫描技术，便可以得到人体组织的任意断面图像。

4核磁共振成像系统的应用

核磁共振技术是鉴定有机化合物结构的一个重要手段。当分子中存在一个以上的键时，在图像上将出现不止一个的频率峰值。通过对吸收线数目的统计，就可以计算出分子中键的数目。含有氢的原子决定了信号的强度，化学移位的大小和每种原子衰减的时间。原子问的键会在图像里产生多条峰值线——单峰、双峰、二峰等。峰值的大小显示了分子中存在的原子数目。多个峰间的相对高度和化学移位将显示出特定的分子和化合物。峰的幅度显示了特定键的减相时间。通过分析不同峰的高度，位置以及形状，并且利用已知的基本元素和化合物属性对它们进行比较，就可以断定样品组分的存在和浓度。

例如用C7H1603的H--NMR图谱，即可推断出它的结构式(如图1所示)。δ=1.2，附加的峰为CH3CH2一基的甲基峰，被邻接－CH2一裂分为二重峰；δ=3.6，峰为与氧相连的亚甲基峰移向低场，同时被邻接的甲基裂分为四重峰；更低场时δ=5.2，此时峰为单峰，说明无氢核耦合，再由峰面积比9：6：1和化学位移判断，应是与3个氧相连的次甲基峰。由此推断，此化合物为(CH3CH20)3CH。同样的道理，还可以推断出乙醇的结构式及图谱(如图2所示)。

篇5：核磁共振及其应用

摘要：分析了开关电容滤波器的“共振”现象及其产生机理。针对该现象提出了解决办法，并结合信号处理仪器系统给出了采用MAX293制作抗混滤波器的方案。

关键词：开关电容滤波器 “共振”现象 抗混 编程

在信号处理仪器的硬件系统中抗混滤波器是一重要的部件。根据信号分的的要 求，抗混滤波器的截止频率范围控制在10Hz～20kHz。为了提高信号的频率分辨率，要求抗混滤波器的带宽是可变的。比如要分析100Hz以内的信号特征，该低通滤波器的带宽最好选为100Hz。设计时，按1、2、4、5倍乘的原则，将20kHz频率范围分成14档不同带宽来处理。若采用一般的模拟低通滤波器必须电路繁复、换档不便、体积太大、不甚实用。用集成开关电容滤波器发展很快，生产公司不少，器件目前已系列化。它改变截止频率非常方便，只要程近不同的采样频率即可。因此，选择8阶开关电容椭圆低通滤波器MAX293作抗混滤波器用。理论上8阶低通滤波器适合于制作抗混滤波器，其截止频率后的衰减为160dB/10倍频，由文献(1)可知，如截止频率为1kHz，则到1.5kHz处，信号衰减了80dB[1]，接近理想的低通滤波器，这是由椭圆滤波的特点所决定的。实测的滤特图(幅频特性)也有相似结果。但在试制过程中，发现该滤波器有“共振”现象，以下就此现象试作分析。

篇6：核磁共振在化学中的应用

摘要: 本文综述了核磁共振在复杂分子结构解析、光学活性化合物构型确定、有机合成反应机理研究、组合化学、高分子化学等方面的应用进展。关键词: 核磁共振、化学构型 1 概述

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance ,NMR)现象是1946 年由哈佛大学的伯塞尔(E.M.Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F.Bloch)用不同的方法在各自的实验室里观察到的[1]。六十年来,核磁共振波谱技术取得了极大的进展和成功.检测的核从1H 到几乎所有的磁性核;仪器不断向更高频率发展;从连续波谱仪到脉冲傅立叶变换谱仪,并随着多种脉冲序列的采用而发展了各种二维谱和多量子跃迁测定技术;固体高分辨核磁技术和核磁共振成像技术的出现[2]。随着这些实验技术的迅速发展,核磁共振的研究领域不断扩大。核磁共振提供分子空间立体结构的信息,是分析分子结构和研究化学动力学的重要手段。在化学领域,核磁共振为化学家提供了认识未知世界的有效途径。应用核磁共振确定有机化合物绝对构型

有机化学家常常需要确定合成或分离得到的光学活性化合物的绝对构型。应用核磁共振方法测定有机化合物的绝对构型,主要是测定R和S手性试剂与底物反应的产物的1 H 或13 C NMR 化学位移数据,得到Δδ值与模型比较来推定底物手性中心的绝对构型[3]。包括应用芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型的NMR 方法和应用配糖位移效应确定绝对构型的NMR 方法。表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。2.1 芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型

利用芳环抗磁屏蔽效应测定有机化合物绝对构型最为典型的方法是应用1 H

1NMR 和应用19 F NMR 的Mosher 法[4-5]。H NMR 的Mosher 法是将仲醇(或伯胺)分别与(R)和(S)-MTPA(α2甲氧基三氟甲基苯基乙酸)反应形成酯(Mosher 酯),然后比较(R)和(S)-MTPA 酯的1 H NMR 得到Δδ(Δδ=δS-δR), 在与Mosher 酯的构型关系模式图比较的基础上,根据Δδ的符号来判断仲醇手性碳的绝对构型。19 F NMR 的Mosher 法的应用前提是β位取代基的立体空间大小不同。通常情况下,两个非对映异构体(R)和(S)-MTPA 酯中其它影响19 F NMR化学位移因素是相对固定的,19 F NMR 化学位移的不同主要是由于两个非对映异构体中羰基对19 F 的各向异性去屏蔽作用不同引起。通过比较(R)和(S)-MTPA 酯的19 F NMR 的化学位移值结合模型图确定手性中心的绝对构型。2.2 配糖位移效应确定绝对构型

应用配糖位移效应通过核磁共振可确定二级羟基绝对构型,如运用13 C 的配糖位移效应来测定仲醇的绝对构型[6-7]。这种方法包括5 个步骤(13 CNMR 图谱在吡啶里测定):测定仲醇的13 CNMR 图谱;合成仲醇β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体;测定β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体的13 CNMR 图谱;计算葡萄糖单元端基碳、仲醇α碳和两个β碳的配糖位移;将已知绝对构型的仲醇的配糖位移Δδ值总结列于表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。3 应用核磁共振解析复杂化合物结构

核磁共振技术是复杂化合物结构解析最为主要的技术。利用该技术可以获得化合物丰富的分子结构信息,广泛应用于天然产物的结构解析。其近期技术革新主要在于以下几个方面:探头、线圈和核磁管相关技术、固相核磁新技术、核磁共振

[8]。在天然产物分析中,核磁共振仪的检出限较其它波谱分析仪器为高,这对于产率较低的天然产物化合物来说无疑是一种瓶颈制约因素。所以,研究和发展新的核磁共振技术来降低检出限就显得尤为重要。除了提高有限的磁场强度外,更多集中在对核磁共振仪的探头、线圈和核磁管等的改进。常规的5 mm 核磁管及相匹配的探头、线圈在NMR 谱测定时所需样品一般在mg 级以上。近年来逐步发展了微量核磁管及相匹配的探头、线圈,使得样品的检出限大为降低,达到μg 级,甚至ng 级。有关探头、线圈和核磁管相关技术的最新典型应用是Rus2sell 等应用3 mm 低温探头在500 MHz 核磁共振仪上测定了溶解在150μL 氘代苯中的40μg 士的宁的HSQC 谱,在相同的信噪比下比应用传统探头下所需积分时间降低12—16倍[9 ]。此技术对于解析质量和容积有限的复杂天然化合物样品结构具有非常大的优点。4 核磁共振在有机合成反应中的应用

核磁共振技术在有机合成中不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定,在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。

4.1 研究合成反应中的电荷分布及其定位效应

配合物中金属离子与配体的相互作用强弱虽然可以用紫外光谱、红外光谱、电化学等方法来研究和表征,但核磁共振谱能够精细地表征出各个H 核或C 核的电荷分布状况,通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用,从微观层次上阐释配合物的性质与结构的关系。芳环上原子周围的电子云密度大小可以通过化学位移值得到反映,芳环碳上的电子云密度大小又与其连接取代基的电子效应有关,取代基对苯环的影响为诱导效应和共轭效应的综合。可以通过单取代苯的13 C 化学位移计算常见基团的诱导效应、共轭效应及电子效应,进而根据电子效应强度值定量地表征定位效应、定位规律和苯环的活化与钝化[10 ]。4.2 推测反应机理

有机合成反应对反应机理的研究主要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。1H NMR 可以由积分曲线得到总质子数和部分质子数,以及由化学位移鉴别羧酸、醛、芳烃(有取代)烷基、链烷基的质子和杂原子,断定邻接不饱和键等的甲基、亚甲基和次甲基的相关氢信息,从自旋2偶合讨论邻接基团, 或鉴别C1 至C4 的各种烷基结构;而13 C NMR 则可以确定碳数,同时还可以从碳的偏共振去偶法确定键合于碳上的氢数,以及鉴别SP3碳、SP2碳和羧基碳,并由羧基碳的化学位移等确定羰基碳的种类, 还可以确定甲基、芳基取代基的种类等获得相关碳的杂化形式、碳的骨架等信息[11]。核磁共振技术在组合化学中的应用

组合化学的飞速发展拓展了常规固相NMR 技术的空间,出现了新的超微量探头。魔角自旋技术(magic angle spinning , MAS)的应用和消除复杂高聚物核磁共振信号的脉冲序列技术的出现,已经可以保证获得与液相NMR 相同质量的图谱。高通量NMR 技术已经用于筛选组合合成的化合物库,成为一种新的物理筛选方法。5.1 核磁共振在固相合成的应用

固相合成的特征是以聚合树脂为载体,载体与欲合成化合物之间连有官能团连接桥,欲合成分子通过连接桥逐步键合到树脂上,最终产物通过特定的切割试剂切落下来。固相合成发展的一个主要障碍是缺少可以对反应历程进行实时监测的简单、快速、无破坏性的分析方法。核磁共振光谱法是鉴定有机化合物结构的重要手段之一。但是,对于与固相载体相连的化合物来说,高聚物的流动性有限,载体上有

机分子的流动性也很有限,这都会使谱线变宽,分辨率下降。另外,载体骨架产生的背景信号会掩盖化合物的信号峰,使之难以辨别。近年来,魔角自旋技术解决了这方面的困难,魔角自旋是指在偏离静态磁场54.7°下旋转样品,这个角度能将偶极偶合平均到零,消除了因固体或非均相溶液中磁化率的不同和样品表面以及边缘磁化率的不连续性造成的谱线加宽。魔角自旋技术与一系列新技术在固相NMR 中的广泛应用,使谱图分辨率和谱线质量得到很大地提高。目前,已经有多种固相NMR 技术应用于合成研究中。如HR/ MAS-NMR 可以直接跟踪固相有机合成反应,为快速优化组合合成的化学反应条件提供了一个新方法[12 ]。6 结束语

随着科学的进步和现代仪器的发展,核磁共振技术的发展很快。通过与计算机科学的完美结合,核磁共振正在成为发展最迅猛、理论最严密、技术最先进、结果最可靠的一门独立系统的分析学科[14] ,不仅应用于化学学科各领域,而且广泛渗透到自然科学、医学应用和工业应用等各个方面,成为一个异常广阔的谱学研究领域。参考文献

[ 1 ]毛希安,化学通报,1997 ,(2):13—16 [ 2 ]王江干,韶关学院学报(自然科学版),2001 ,22(6):64—68 [ 3 ]滕荣伟;沈平;王德祖;等,波谱学杂志,2002 ,19(2):203—223 [ 4 ] Dale J.A.;Mosher H.S.,J.Am.Chem.Soc., 1973 , 95(2):512—519

[ 5 ] Sullivan G.R.;Dale J.A.;Mosher H.S.,J.Org.Chem.1973 ,38(12):2143—2147 [ 6 ]Seo S.;Tomota Y.;Tori K.;et al.,J.Am.Chem.Soc.,1980 ,102(7):2512 [ 7 ] Seo S.;Tomota Y.;Tori K.;et al.,J.Am.Chem.Soc.,1980 ,102(25):7618 [ 8 ]陈 彬;孔继烈,化学进展,2004 ,16(6):863—870 [9 ] Russell D.J.;Hadden C.E.;Martin G.E.;et al., J.Nat.Prod.,2000 , 63 :1047 —1049

篇7：核磁共振及其应用

——核磁共振成像仪的原理和应用

班级：生物医学0902 姓名：xx

日期：2010年1月6日

核磁共振成像仪的原理和应用

摘要

核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。核磁共振成像仪就是因这项技术而产生的仪器。它是继CT后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学、生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MRI)。

关键词

核磁共振、扫描、成像、计算机 正文： 前言

1930年代，物理学家伊西多•拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向

呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。

1946年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。

人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术不断发展，从最初的一维氢谱发展到碳谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强。

进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。后来核磁共振广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织与活体组织分析，病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。

20世纪70年代，脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了，它使13C谱的应用也日益增多。

仪器结构

MRI是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。

其中型台式核磁共振成像仪主要由谱仪、磁体柜、电子柜、梯度柜、监视器等部分组成。

仪器原理

核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的运动。根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0；质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数；质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P。

由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核 的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量 输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。

仪器的应用和现代发展

MRI对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。NMR在生物学研究中范围很广。主要有：分析研究、热力学研究、动力学研究、分子运动研究、分子构象及构象变化研究、活体研究。

美国伊利诺伊大学芝加哥分校2007月12月4日宣布，该校研制的高强度的核磁共振成像仪已经完成了安全测试，即将投入临床使用。这将是世界上扫描能力最强的医用核磁共振成像设备。研究人员在《核磁共振杂志》上报告说，测试证明，这种强度高达9．4特斯拉的扫描仪对于人体是安全的。与目前核磁共振成像仪利用水分子追踪扫描不同，这一高强度的仪器借助的是钠离子。

研究人员说，在兼顾安全性的前提下，这种高强度的核磁共振成像仪的扫描能力将大大提高，能帮助医生更早地检测疾病，更好地监测疾病进程。医生将可以实时地观测人脑内的新陈代谢等生物过程，有助于针对不同患者制定“个性化”治疗方案。

据韩国媒体2008年7月１0日报道韩国一科研小组成功开发出高清晰磁共振成像技术，可获得脑细胞的清晰影像。

据韩国首尔大学教授玄泽焕和成均馆大学教授李贞姬共同负责的科研小组介绍，他们利用纳米单位的氧化锰粒子制成的造影剂，成功拍到一般磁共振成像技术无法确认的脑细胞清晰影像。

玄泽焕表示，这项技术可望用于发现早期脑癌细胞，以及确认被检测者是否已患上老年痴呆症、帕金森氏症、癫痫症等疾病。

科研小组称，他们目前已完成这项技术的动物实验，并准备下一步进行人体临床实验。相关研究成果已刊登在德国 《应用化学》杂志网络版上。

仪器的特点 核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。

MRI对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。用核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。

MRI也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MRI的检查，另外价格比较昂贵。

实习体会

很早以前就听说我们这个专业就业不好，心情很不好。但是经过这次实习，再加上上网看了许多这方面的知识，才发觉知识一个充满机遇的行业。因此，现在的我对未来充满了信心。

医疗器械行业是一个多学科交叉、知识密集、资金密集型的高技术产业，进入门槛较高。目前中国医疗机构的整体医疗装备水平还很低，在全国基层医疗卫生机构的医疗器械和设备中，有15%左右是20世纪70年代前后的产品，有60%是上世纪80年代中期以前的产品，它们更新换代的过程又是一个需求释放的过程，将会保证未来10年甚至更长一段时间中国医疗器械市场的快速增长。

随着改革开放的深入，国家支持力度的不断加大以及全球一体化进程的加快，中国医疗器械行业更是得到了突飞猛进的发展。2005年，中国已成为仅次于美国和日本的世界第三大医疗器械市场。

由此可见，我国的医疗器械的发展势头是很猛的，且势必会成为国民经济的一大支柱。如今国外基本上垄断了国内的医疗器械市场，国产的基本没有。因此，国产化将是未来发展的一大难题和机遇。

另一方面，医疗器械方面的专业性人才现在我国的缺口还中比较明显的,如一些高端产品的设计和研发目前基本都是国外的技术,而国内这方面所占有的市场份额是微量的一部,导致这些原因主要是的国内这方面的高级人才欠缺使得这方面我国和欧美国家还有一定的差距。

篇8：核磁共振及其应用

关键词：磁共振,脂肪抑制技术,临床应用

1 引言

根据磁共振成像原理[1],脂肪组织在磁共振T1WI上呈很高信号,T2WI上呈较高信号。这一特性在某些方面可能会给病变的检出提供一种良好的对比,这时我们不会对其进行抑制。然而大部分时候脂肪组织的这一特性会降低MR图像的质量,从而影响病变的检出,这时我们就需要对脂肪组织的MR信号进行抑制,才能有利于病变的检出。另外,判定某些病变内是否含有脂肪组织可以帮助我们对该病变进行鉴别诊断[2],此时更需要进行脂肪抑制。

截至目前,磁共振脂肪抑制技术众多,其抑脂原理各异,稍有不慎就有可能因选择不当而使抑脂失败或抑脂不精确,因此熟练掌握每一种抑脂原理、学会如何在临床工作中选择适宜的脂肪抑制技术成为我们探讨的热点。笔者归纳总结了目前所有的脂肪抑制技术,并对其进行了详细的探讨分析,以更好地服务于临床。

2 频率选择饱和法

2.1 成像原理

它是依据脂肪与水的化学位移效应。由于化学位移的存在,脂肪和水分子中质子的进动频率将存在差别[3]。如果在成像序列的射频脉冲施加前先连续施加数个频率与脂肪中质子进动频率一致的预脉冲,脂肪组织中的质子就会因被连续激发而产生饱和现象,而水分子中的质子由于进动频率不同不会被激发。这时再施加真正的激发射频脉冲,脂肪组织因饱和不能再接受能量因而不产生信号,而水分子中的质子可被激发产生信号,从而达到脂肪抑制的目的[4]。

2.2 优缺点

其优点是:(1)选择性高。该技术抑制的几乎全是脂肪组织信号,对其他组织的信号影响较小。(2)多种序列均可采用。

其缺点是:(1)对场强的依赖性大,在高场强下,脂肪和水中的质子进动频率差别较大,因此脂肪抑制比较容易;但在低场强下,脂肪和水中的质子进动频率差别很小,脂肪抑制比较困难。(2)对磁场的均匀性要求高。由于该技术利用的是脂肪中质子与水分子中质子的进动频率的微小差别,如果磁场不均匀,则将直接影响质子的进动频率,预脉冲的频率将与脂肪中质子的进动频率不一致,从而严重影响脂肪抑制效果。(3)进行大的FOV扫描时,视野周边区域脂肪抑制效果较差,这也与磁场的均匀度及梯度线性有关。(4)增加了人体射频吸收的能量。(5)预脉冲将占据TR间期的一个时段,因此施加该技术将减少同一TR内可采集的层数[5]。

2.3 临床中的应用分析

此法是临床中最常用的脂肪抑制技术之一。它不仅可用于SE序列或FSE序列,也可应用于常规GRE或扰相GRE序列中。该法操作简单,在执行扫描序列前勾选脂肪抑制选项即可。凡是信号能被该方法抑制的成像组织肯定含有脂肪成分。该序列一般用于中高场机器(一般1.0 T以上机器),否则脂肪抑制效果欠佳,甚至无法实现脂肪抑制。另外,因为该法对场强的均匀性要求较高,故而只能用于一些小范围(如头颈部、四肢小关节)的脂肪抑制,且扫描范围且必须处于磁体中心,不能接近磁体边缘等磁场不均匀的区域,扫描前还要对机器进行手动或自动匀场,检查前一定要去除患者身上一切会干扰磁场均匀度的可疑之物。否则,轻则出现脂肪抑制不均匀,尤其是出现在扫描区域的边界及对磁场有干扰的部分;重则脂肪抑制失败,检查无法进行。

3 短反转时间的反转恢复(STIR)技术

3.1 成像原理

它是一种幅度选择饱和技术,其基本原理为人体组织中脂肪的T1值最短,180°反向脉冲后其纵向磁化矢量从反向最大到过零点所需的时间很短,如果选择合适的TI就能有效抑制脂肪组织的信号[3]。

3.2 优缺点

其优点[2]为:(1)场强依赖性低;(2)与频率选择饱和法相比,其对磁场的均匀度要求较低;(3)大的扫描FOV也能取得较好的脂肪抑制效果。

主要缺点为:(1)选择性低,如果某种组织(如血肿等)的T1值接近于脂肪,其信号也被抑制;(2)由于TR延长,扫描时间较长;(3)一般不能应用增强扫描,因为被增强组织的T1值有可能缩短到与脂肪组织相近,使信号被抑制,从而可能影响对增强程度的判断。

3.3 临床中的应用分析

STIR技术也是临床中较常用的压脂方法之一。该技术可用IR或FIR序列来完成,目前多采用FIR序列。该序列中TI的选择对脂肪的选择性及抑制效果较为重要。TI的选择主要与检查时所选用机器的场强有关,如0.5 T机器上TI一般选用90 ms,1.0 T时TI一般选用130 ms,而1.5 T时TI一般选用165 ms。STIR技术与频率选择饱和法相比,其对磁场场强的高低及均匀性要求均较低,扫描之前无须匀场,在低场强下也能获得较好的效果,可以选择大的FOV,如脊柱、四肢长骨、躯干部等[2]。不足之处是脂肪抑制有时不完全,因为不同的患者、不同的体位,脂肪的TI值可能有所不同。另外,如果某种组织(如血肿、黏液蛋白及增强后富含造影剂的组织等)的T1值接近于脂肪,其信号也会被抑制,不适于增强后运用,因而其准确性较频率选择饱和法低,有可能引起漏诊、误诊,只能应用于某些病变的初步筛查及初步分析。

4 频率选择反转脉冲脂肪抑制技术

4.1 成像原理

这种技术实际上可以看作是前2种技术的融合,因为该技术既考虑了脂肪的进动频率,又考虑了脂肪组织的短T1值特性[3]。其原理是在真正射频脉冲激发前,先对三维成像容积用带宽很窄的预脉冲进行激发,其中心频率为脂肪中质子的进动频率,因此仅有脂肪组织被激发。同时,这一脉冲略大于90°,这样脂肪组织将出现一个较小的反方向纵向磁化矢量,预脉冲结束后,脂肪组织发生纵向弛豫,其纵向磁化矢量将发生从反向到零,然后到正向并逐渐增大,直至平衡状态。如果选择合适的TI就能对三维扫描容积内的脂肪组织进行很好的抑制。

4.2 优缺点

其优点为:(1)仅少量增加扫描时间,该脉冲略大于90°,因此其TI要远短于STIR中的TI;(2)一次预脉冲激发即完成三维容积内的脂肪抑制;(3)几乎不增加人体射频的能量吸收。

缺点为:(1)对场强的要求较高,在低场扫描机上不能进行;(2)对磁场均匀度要求较高。

4.3 临床中的应用分析

该技术主要是为超快速梯度回波序列而开发的,一般用于三维快速GRE序列(如体部三维屏气扰相GRE T1WI或CE-MRA),因为超快速梯度回波序列的TR很短(往往小于10 ms),再用上述2种脂肪抑制技术显然不现实。但如果在STIR技术中采用的180°反转脉冲是针对脂肪中质子的进动频率,则该技术也可用于T2WI。这种技术可以增加STIR技术的脂肪组织抑制的特异性[6]。

5 选择性水或脂肪激发技术

5.1 成像原理

它与频率选择饱和法一样,也是依据脂肪与水的化学位移效应来成像。但是又与频率选择饱和法不同,它可以选择水激发(抑制脂肪信号而获得水信号)或脂肪激发(抑制水信号而获得脂肪信号)来成像。它通常采用频率和空间选择的二项脉冲来实现,这种脉冲实际上是偏转角和偏转方向不同的多个脉冲的组合。

5.2 优缺点

本法的缺点是对磁场的均匀性要求较高,因此扫描前常需要进行手动或自动匀场。

5.3 临床中的应用分析

该技术可以用于SE、FSE及梯度回波序列中,既可以用于2D采集模式,也可以用于3D采集模式。选择性水激励比选择性脂肪激励技术在临床上应用更为广泛,在眼眶、神经根、腹部、骨关节等部位的检查中均得到了应用[6]。

6 Dixon技术

6.1 成像原理

Dixon技术[7,8,9,10]也叫相位对比法、水脂分离成像技术。它通过对自旋回波序列的TE进行调整即可获得水脂相位一致(同相位)的图像和水脂相位相反(反相位)的图像[11]。然后将2组图像信息相加或相减再除以2便可得到水质子图像或脂肪质子图像。

6.2 优缺点

Dixon技术一次成像可获得2组图像,即单独的水和单独的脂肪像,主要用于SE和FSE序列[11],且该技术对磁场要求有所降低,对与低场机、SE或FSE都可以利用该技术很容易地获得水质分离图像。其主要缺点是:最少需要2次成像、成像时间长、对磁场不均匀性非常敏感、易受运动伪影影响、计算复杂。

6.3 临床中的应用分析

它不但可用于SE及FSE序列,也可用于扰相GRE序列。本法由Dixon于1984年提出之后,已有许多改良方法,如“三明治式”三点Dixon法,使用GRE序列,通过单次激发后3次采集,分别得到纯水和纯脂肪图像,将第3幅图像用于纠正主磁场不均匀引起的误差[8]。改进后SNR明显提高,扫描时间缩短,伪影明显减少。临床上该序列主要用于骨关节系统中,对于一些外伤患者,一些0.5 T以下的机器也可以清楚地显示损伤部位。

7 预饱和带技术

此种技术严格地说不能算是脂肪抑制技术,因为其原理是在添加饱和带的区域进行预脉冲激发,使饱和带内的所有质子均达到饱和,所以该区域内任何质子(包括脂肪和水)的信号都会受到抑制。在腹部MRI的有些序列图像上,皮下脂肪造成的运动伪影较重,在腹壁上添加饱和带能有效地抑制这种运动伪影。

8 讨论

脂肪抑制技术是临床MRI检查中非常重要的一项技术,它的主要意义在于:(1)抑制脂肪组织信号,增加图像的组织对比;(2)增加增强扫描的效果;(3)减少运动伪影、化学位移伪影或其他相关伪影;(4)鉴别病灶内是否含有脂肪,因为在T1WI上除脂肪外,含蛋白的液体、出血均可表现为高信号,脂肪抑制技术可以判断是否含有脂肪,为鉴别诊断提供信息[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。

但是临床应用中脂肪抑制序列众多,其成像原理不尽相同,如何在临床应用中选用适宜的脂肪抑制序列成为磁共振操作者必须掌握的技能。根据上述分析,笔者总结了以下几点:(1)要定性分析被检组织是否含有脂肪成分,则必须选择频率选择饱和法;(2)对于含有某种组织(如血肿、黏液蛋白及增强后富含造影剂的组织等)的T1值接近于脂肪组织的T1值时,优选频率选择饱和法;(3)对于一些低场磁共振设备及一些需要大的FOV的检查部位,在对某些病变做初步筛查及初步分析的情况下可选STIR技术;(4)对于一些超快速梯度回波序列,如一些3D序列为了减少扫描时间从而减轻各种运动伪影等,则优先选用频率选择反转脉冲脂肪抑制技术;(5)如果想在一次扫描中既得到近似脂肪质子图像,又得到水质子图像,则要选择水脂分离技术——Dixon技术;(6)如果想对某成像区域内的任何质子(包括脂肪和水)进行抑制,则要选择预饱和带技术。以上只是概括总结了一部分临床中可能遇到的情况,如果真正想在临床应用上最大限度地发挥脂肪抑制技术的优越性,还需要我们每个磁共振工作者在充分理解抑脂序列的原理上积极探索、综合分析,才能将各种脂肪抑制技术应用得恰到好处,最大程度地提高诊断精度。

参考文献

[1]宋英儒.医学磁共振[M].北京:人民卫生出版社,2007:27-37.

[2]郑玲,刁强,李林,等.磁共振脂肪抑制技术及其临床应用的价值[J].医疗卫生装备,2010,31(1):80-83.

[3]杨正汉,冯逢,正霄英.磁共振成像技术指南[M].北京:人民军医出版社,2007:185-195.

[4]Ricci C,Longo R,Gioulis E,et al.Non-invasive in vivo quantitativeassessment of fat content in human liver[J].Hepatol,1997,27:108-113.

[5]李国雄.脂肪抑制技术的方法及临床应用[J].临床放射学杂志,1996,15(2):97-101.

[6]Schwartz L H,Panicek D M,Koutcher J A,et al.Adrenal masses inpatients with malignancy:prospective comparison of echo-planar,fast spin-echo and chemical shift MR imaging[J].Radiology,1995,197:421-425.

[7]Martin J,Sentis M,Puig J,et al.Comparison of in-phase and op-posed-phase GRE and conventi onal SE MR pulse sequencesin T1-weightedimaging of liver lesions[J].ComputAssistTomogr,1996,20:890-897.

[8]Palosaari K,Ojala R,Blanco-Sequeiros R,et al.Fat suppressiongradient-echo magnetic resonance imaging of experimental ar-ticular cartilage lesions:comparison between phase-contrastmethod at 0.23T and chemical shift selective method at 1.5T[J].JM-RI,2003,18(4):225-231.

[9]Westphalen A C,Qayyum A,Yeh B M,et al.Liver fat:effect ofhepaticirondepositiononevaluationwithopposed-phaseMRimaging[J].Radiology,2007,242(2):450-455.

[10]Qayyum A,Goh J S,Kakar S,et al.Accuracy of liver fat quantifica-tion at MR imaging:comparison of out-of-phase gradient-echo andfat-saturatedfastspin-echotechniques—initialexperience[J].Radiolo-gy,2005,237:507-511.

[11]Fujiyoshi F,Nakajo M,Fukukura Y,et al.Characterizationofadrenaltumorsbychemicalshiftfastlow-angleshotMRimaging:comparisonoffourmethodsofquantitativeevaluation[J].AJR,2003,180:1649-1657.