脉冲核磁共振成像实验

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1、近代物理实验脉冲核磁共振实验郭美琪08300190079脉冲核磁共振成像实验郭美琪08300190079指导老师：俞熹复旦大学物理学系200433摘要：本文通过使用NMI20Analyst台式核磁共振成像仪，进行一系列原理性实验对NMR的基本原理有一清晰的了解，对现代核磁共振谱仪作一初步接触，然后测量乙醇的化学位移和对植物油，芝麻，大米进行成像，进而对核磁共振成像有了初步的了解。关键词：核磁共振原理匀场化学位移成像引言：核磁共振(NuclearMagneic原子由原子核与核外电子构成。原子核内的Res

2、onance,NMR)指处在外界恒定磁场为B0核子（质子和中子）有相对运动，也有自旋的具有磁矩的原子核，产生塞曼(Zeeman)运动，由自旋量子数I描述。质子数和中子能级分裂，若在垂直以B0方向加一射频数都为奇数或者其中之一为奇数的原子核，（RadioFrequency，RF）场，当射频场的频其自旋角动量都不为零。率等于相邻塞曼能级间的跃迁频率时（即满将一个核磁矩放入磁场中，磁矩与磁场之间足B）核磁矩做磁偶极跃迁，则称将具有相互作用能。由于量子效应，有00z发生了核磁共振。核磁共振成像(nuc

3、lear2I+1种取向，即原子和的能级将裂成2I+1magneticresonanceimaging,NMRI)技术是个能级，相邻能级之间的能级差相同，均为现代医学中最重要的影像诊断手段之一。EB„„„„„„„„„（1）0NMI20台式核磁共振教学成像设备是专门用来教学的成像实验仪。对与H原子，共有两个取向。本实验利用NMI20台式核磁共振教学成像单个自旋核在磁场中的运动除了不断绕自仪，进行了一系列原理性测量，进而测量了身轴作转动之外，还以磁场为轴作进动。进乙醇的化学位移，以及芝麻油，芝麻和大米动

4、的频率遵循拉莫尔公式：的二维成像图。B„„„„„„„„„„（2）00实验原理及内容在垂直于外磁场的方向施加与拉莫尔频率相等的射频电磁波，即可使得宏观此话适量实验仪器如图一所示发生偏转，即核磁共振现象。该条件可以表B示如下：f00„（3）022本实验采用的傅里叶变换法，是采用一定时间宽度的射频脉冲进行激励，射频有的一定带宽，相当于多个单频连续波核磁共振波谱仪在同时进行激励，因此在较大范围内可以观察到核磁共振现象。目前医学核磁共振成图一.核磁共振实验仪器像基本上都是脉冲式的。其中把含

5、样品的样品管放于右侧的核磁共振分析仪中2.电子匀场的调节磁场的均匀性是指在特定的容积限度内磁1.核磁共振原理概述场的同一性，即穿过单位面积的磁力线数目近代物理实验近代物理实验脉冲核磁共振实验郭美琪08300190079的等同程度。在本实验中，均匀性是以主磁流产生微小磁场来对主磁场的不均匀性进场的百万分之一（ppm）作为一个偏差单位行精细修正。实验中拖过反复缓慢地调整梯来度量的，其数学定义为度电子柜面板上的GxShim,GyShim,GzShim电位器旋钮是FID信号衰减达到最缓慢，及BmaxBmim

6、66B01ppm1010„拖尾最长（见图三），此时，测量得到主磁BB00场的均匀性为4.930ppm.„„„„„„„„„„„„„„（4）弛豫时间：宏观磁化量Mz以B1为轴做圆周运动，即章动。在脉冲傅里叶变化核磁共振实验中，施加的射频脉冲使得磁化矢量偏离Z方向一个角度，即B„„„„„„„„„„„（5）1为90的称为90射频脉冲，同样也有180射频脉冲。当射频脉冲施加完毕后，磁化量会恢复沿Z轴的方向，这一时间称为弛图三.电子匀场之后的FID信号图像豫时间。3.3.乙醇的化学位移测量：物

7、质的化学位移特性源于自旋核外的电子云对外加静磁场B0的磁屏蔽效应。原子和分子中的原子核（质子）并不是裸露的，周围被电子云所围绕。考虑电子云对静磁场的屏蔽作用后，原子核(质子)实际所受到的磁场强度为B=B-B=B(1)，其中核000-3是屏蔽系数，是个小量，其值<10.因此，分子中的核与其他原子所结合的化学键不同，屏蔽系数也不同，从而共振频率有(1)B„„„„„„„„（6）00图二.宏观磁化矢量的运动轨迹实际的化学位移用无量纲的表示，单位是T1:：纵向弛豫时间，自旋核释放激励过程中

8、ppm.吸收的射频能量返回到基态过程所需要的RS66时间。此过程以Mz的恢复为标志。10(RS)10„(7)1ST2：横向弛豫时间，激励过程是质子进动相位的一致性逐渐散相（即逐渐失去相位一致式中，,为参照物和样品的屏蔽参数。RS性）的过程所需要的时间。此过程以横向磁化矢量Mxy为标志。用表示化学位移，只取决于考虑样品与参FID信号：在磁矩收到脉冲扰动产生核磁共照物屏蔽常数之差值。振信号后的自由衰减信号，故称为FID(fre