功能磁共振的分析方法

㈠ 核磁共振成像是怎么回事

核磁共振成像
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人脑纵切面的核磁共振成像核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），又称自旋成像（spin imaging），也称磁共振成像、磁振造影（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance，简称NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。

将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

从核磁共振现象发现到MRI技术成熟这几十年期间，有关核磁共振的研究领域曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了6次诺贝尔奖，足以说明此领域及其衍生技术的重要性。

目录 [隐藏]
1 物理原理
1.1 原理概述
1.2 数学运算
2 系统组成
2.1 NMR实验装置
2.2 MRI系统的组成
2.2.1 磁铁系统
2.2.2 射频系统
2.2.3 计算机图像重建系统
2.3 MRI的基本方法
3 技术应用
3.1 MRI在医学上的应用
3.1.1 原理概述
3.1.2 磁共振成像的优点
3.1.3 MRI的缺点及可能存在的危害
3.2 MRI在化学领域的应用
3.3 磁共振成像的其他进展
4 诺贝尔获奖者的贡献
5 未来展望
6 相关条目
6.1 磁化准备
6.2 取像方法
6.3 医学生理性应用
7 参考文献

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物理原理

通过一个磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到基部。[编辑]
原理概述
核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理，故常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。

原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。

核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。

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数学运算
原子核带正电并有自旋运动，其自旋运动必将产生磁矩，称为核磁矩。研究表明，核磁矩μ与原子核的自旋角动量S 成正比，即

式中γ 为比例系数，称为原子核的旋磁比。在外磁场中，原子核自旋角动量的空间取向是量子化的，它在外磁场方向上的投影值可表示为

m为核自旋量子数。依据核磁矩与自旋角动量的关系，核磁矩在外磁场中的取向也是量子化的，它在磁场方向上的投影值为

对于不同的核，m分别取整数或半整数。在外磁场中，具有磁矩的原子核具有相应的能量，其数值可表示为

式中B为磁感应强度。可见，原子核在外磁场中的能量也是量子化的。由于磁矩和磁场的相互作用，自旋能量分裂成一系列分立的能级，相邻的两个能级之差ΔE = γhB。用频率适当的电磁辐射照射原子核，如果电磁辐射光子能量hν恰好为两相邻核能级之差ΔE，则原子核就会吸收这个光子，发生核磁共振的频率条件是：

式中ν为频率，ω为角频率。对于确定的核，旋磁比γ可被精确地测定。可见，通过测定核磁共振时辐射场的频率ν，就能确定磁感应强度；反之，若已知磁感应强度，即可确定核的共振频率。

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系统组成
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NMR实验装置
采用调节频率的方法来达到核磁共振。由线圈向样品发射电磁波，调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化。当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器，主要由磁铁、探头和谱仪三大部分组成。磁铁的功用是产生一个恒定的磁场；探头置于磁极之间，用于探测核磁共振信号；谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来。

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MRI系统的组成
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磁铁系统
静磁场：当前临床所用超导磁铁，磁场强度有0.5到4.0T，常见的为1.5T和3.0T，另有匀磁线圈（shim coil）协助达到高均匀度。
梯度场：用来产生并控制磁场中的梯度，以实现NMR信号的空间编码。这个系统有三组线圈，产生x、y、z三个方向的梯度场，线圈组的磁场叠加起来，可得到任意方向的梯度场。
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射频系统
射频（RF）发生器：产生短而强的射频场，以脉冲方式加到样品上，使样品中的氢核产生NMR现象。
射频（RF）接收器：接收NMR信号，放大后进入图像处理系统。
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计算机图像重建系统
由射频接收器送来的信号经A/D转换器，把模拟信号转换成数学信号，根据与观察层面各体素的对应关系，经计算机处理，得出层面图像数据，再经D/A转换器，加到图像显示器上，按NMR的大小，用不同的灰度等级显示出欲观察层面的图像。

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MRI的基本方法
选片梯度场Gz
相编码和频率编码
图像重建
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技术应用

3D MRI[编辑]
MRI在医学上的应用
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原理概述
氢核是人体成像的首选核种：人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物，所以氢核的核磁共振灵活度高、信号强，这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。NMR信号强度与样品中氢核密度有关，人体中各种组织间含水比例不同，即含氢核数的多少不同，则NMR信号强度有差异，利用这种差异作为特征量，把各种组织分开，这就是氢核密度的核磁共振图像。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、弛豫时间T1、T2三个参数的差异，是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。

当施加一射频脉冲信号时，氢核能态发生变化，射频过后，氢核返回初始能态，共振产生的电磁波便发射出来。原子核振动的微小差别可以被精确地检测到，经过进一步的计算机处理，即可能获得反应组织化学结构组成的三维图像，从中我们可以获得包括组织中水分差异以及水分子运动的信息。这样，病理变化就能被记录下来。

人体2/3的重量为水分，如此高的比例正是磁共振成像技术能被广泛应用于医学诊断的基础。人体内器官和组织中的水分并不相同，很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化，即可由磁共振图像反应出来。

MRI所获得的图像非常清晰精细，大大提高了医生的诊断效率，避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂，因此对人体没有损害。MRI可对人体各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系，对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断，尤其是早期肿瘤的诊断有很大的价值。

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磁共振成像的优点
与1901年获得诺贝尔物理学奖的普通X射线或1979年获得诺贝尔医学奖的计算机层析成像（computerized tomography, CT）相比，磁共振成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用核磁共振成像技术进行检查。具体说来有以下几点：

对人体没有游离辐射损伤；
各种参数都可以用来成像，多个成像参数能提供丰富的诊断信息，这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效。例如肝炎和肝硬化的T1值变大，而肝癌的T1值更大，作T1加权图像，可区别肝部良性肿瘤与恶性肿瘤；
通过调节磁场可自由选择所需剖面。能得到其它成像技术所不能接近或难以接近部位的图像。对于椎间盘和脊髓，可作矢状面、冠状面、横断面成像，可以看到神经根、脊髓和神经节等。能获得脑和脊髓的立体图像，不像CT（只能获取与人体长轴垂直的剖面图）那样一层一层地扫描而有可能漏掉病变部位；
能诊断心脏病变，CT因扫描速度慢而难以胜任；
对软组织有极好的分辨力。对膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等部位的检查优于CT；
原则上所有自旋不为零的核元素都可以用以成像，例如氢（1H）、碳（13C）、氮（14N和15N）、磷（31P）等。

人类腹部冠状切面磁共振影像[编辑]
MRI的缺点及可能存在的危害
虽然MRI对患者没有致命性的损伤，但还是给患者带来了一些不适感。在MRI诊断前应当采取必要的措施，把这种负面影响降到最低限度。其缺点主要有：

和CT一样，MRI也是解剖性影像诊断，很多病变单凭核磁共振检查仍难以确诊，不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断；
对肺部的检查不优于X射线或CT检查，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越，但费用要高昂得多；
对胃肠道的病变不如内窥镜检查；
扫描时间长，空间分辨力不够理想；
由于强磁场的原因，MRI对诸如体内有磁金属或起搏器的特殊病人却不能适用。
MRI系统可能对人体造成伤害的因素主要包括以下方面：

强静磁场：在有铁磁性物质存在的情况下，不论是埋植在患者体内还是在磁场范围内，都可能是危险因素；
随时间变化的梯度场：可在受试者体内诱导产生电场而兴奋神经或肌肉。外周神经兴奋是梯度场安全的上限指标。在足够强度下，可以产生外周神经兴奋（如刺痛或叩击感），甚至引起心脏兴奋或心室振颤；
射频场（RF）的致热效应：在MRI聚焦或测量过程中所用到的大角度射频场发射，其电磁能量在患者组织内转化成热能，使组织温度升高。RF的致热效应需要进一步探讨，临床扫瞄仪对于射频能量有所谓“特定吸收率”（specific absorption rate, SAR）的限制；
噪声：MRI运行过程中产生的各种噪声，可能使某些患者的听力受到损伤；
造影剂的毒副作用：目前使用的造影剂主要为含钆的化合物，副作用发生率在2%-4%。
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MRI在化学领域的应用
MRI在化学领域的应用没有医学领域那么广泛，主要是因为技术上的难题及成像材料上的困难，目前主要应用于以下几个方面：

在高分子化学领域，如碳纤维增强环氧树脂的研究、固态反应的空间有向性研究、聚合物中溶剂扩散的研究、聚合物硫化及弹性体的均匀性研究等；
在金属陶瓷中，通过对多孔结构的研究来检测陶瓷制品中存在的砂眼；
在火箭燃料中，用于探测固体燃料中的缺陷以及填充物、增塑剂和推进剂的分布情况；
在石油化学方面，主要侧重于研究流体在岩石中的分布状态和流通性以及对油藏描述与强化采油机理的研究。
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磁共振成像的其他进展
核磁共振分析技术是通过核磁共振谱线特征参数（如谱线宽度、谱线轮廓形状、谱线面积、谱线位置等）的测定来分析物质的分子结构与性质。它可以不破坏被测样品的内部结构，是一种完全无损的检测方法。同时，它具有非常高的分辨本领和精确度，而且可以用于测量的核也比较多，所有这些都优于其它测量方法。因此，核磁共振技术在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。

磁共振显微术（MR micros, MRM/μMRI）是MRI技术中稍微晚一些发展起来的技术，MRM最高空间分辨率是4μm，已经可以接近一般光学显微镜像的水平。MRM已经非常普遍地用作疾病和药物的动物模型研究。
活体磁共振能谱（in vivo MR spectros, MRS）能够测定动物或人体某一指定部位的NMR谱，从而直接辨认和分析其中的化学成分。
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诺贝尔获奖者的贡献
2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家保罗·劳特布尔（Paul C. Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。

劳特布尔的贡献是，在主磁场内附加一个不均匀的磁场，把梯度引入磁场中，从而创造了一种可视的用其他技术手段却看不到的物质内部结构的二维结构图像。他描述了怎样把梯度磁体添加到主磁体中，然后能看到沉浸在重水中的装有普通水的试管的交叉截面。除此之外没有其他图像技术可以在普通水和重水之间区分图像。通过引进梯度磁场，可以逐点改变核磁共振电磁波频率，通过对发射出的电磁波的分析，可以确定其信号来源。

曼斯菲尔德进一步发展了有关在稳定磁场中使用附加的梯度磁场理论，推动了其实际应用。他发现磁共振信号的数学分析方法，为该方法从理论走向应用奠定了基础。这使得10年后磁共振成像成为临床诊断的一种现实可行的方法。他利用磁场中的梯度更为精确地显示共振中的差异。他证明，如何有效而迅速地分析探测到的信号，并且把它们转化成图像。曼斯菲尔德还提出了极快速的梯度变化可以获得瞬间即逝的图像，即平面回波扫描成像（echo-planar imaging, EPI）技术，成为20世纪90年代开始蓬勃兴起的功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）研究的主要手段。

雷蒙德·达马蒂安的“用于癌组织检测的设备和方法”值得一提的是，2003年诺贝尔物理学奖获得者们在超导体和超流体理论上做出的开创性贡献，为获得2003年度诺贝尔生理学或医学奖的两位科学家开发核磁共振扫描仪提供了理论基础，为核磁共振成像技术铺平了道路。由于他们的理论工作，核磁共振成像技术才取得了突破，使人体内部器官高清晰度的图像成为可能。

此外，在2003年10月10日的《纽约时报》和《华盛顿邮报》上，同时出现了佛纳（Fonar）公司的一则整版广告：“雷蒙德·达马蒂安（Raymond Damadian），应当与彼得·曼斯菲尔德和保罗·劳特布尔分享2003年诺贝尔生理学或医学奖。没有他，就没有核磁共振成像技术。”指责诺贝尔奖委员会“篡改历史”而引起广泛争议。事实上，对MRI的发明权归属问题已争论了许多年，而且争得颇为激烈。而在学界看来，达马蒂安更多是一个生意人，而不是科学家。

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未来展望
人脑是如何思维的，一直是个谜。而且是科学家们关注的重要课题。而利用MRI的脑功能成像则有助于我们在活体和整体水平上研究人的思维。其中，关于盲童的手能否代替眼睛的研究，是一个很好的样本。正常人能见到蓝天碧水，然后在大脑里构成图像，形成意境，而从未见过世界的盲童，用手也能摸文字，文字告诉他大千世界，盲童是否也能“看”到呢？专家通过功能性MRI，扫描正常和盲童的大脑，发现盲童也会像正常人一样，在大脑的视皮质部有很好的激活区。由此可以初步得出结论，盲童通过认知教育，手是可以代替眼睛“看”到外面世界的。

快速扫描技术的研究与应用，将使经典MRI成像方法扫描病人的时间由几分钟、十几分钟缩短至几毫秒，使因器官运动对图像造成的影响忽略不计；MRI血流成像，利用流空效应使MRI图像上把血管的形态鲜明地呈现出来，使测量血管中血液的流向和流速成为可能；MRI波谱分析可利用高磁场实现人体局部组织的波谱分析技术，从而增加帮助诊断的信息；脑功能成像，利用高磁场共振成像研究脑的功能及其发生机制是脑科学中最重要的课题。有理由相信，MRI将发展成为思维阅读器。

20世纪中叶至今，信息技术和生命科学是发展最活跃的两个领域，专家相信，作为这两者结合物的MRI技术，继续向微观和功能检查上发展，对揭示生命的奥秘将发挥更大的作用。

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相关条目
核磁共振
射频
射频线圈
梯度磁场
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磁化准备
反转回复（inversion recovery）
饱和回覆（saturation recovery）
驱动平衡（driven equilibrium）
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取像方法
自旋回波（spin echo）
梯度回波（gradient echo）
平行成像（parallel imaging）
面回波成像（echo-planar imaging, EPI）
定常态自由进动成像（steady-state free precession imaging, SSFP）
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医学生理性应用
磁振血管摄影（MR angiography）
磁振胆胰摄影（MR cholangiopancreatogram, MRCP）
扩散权重影像（diffusion-weighted image）
扩散张量影像（diffusion tensor image）
灌流权重影像（perfusion-weighted image）
功能性磁共振成像（functional MRI, fMRI）
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参考文献
傅杰青〈核磁共振——获得诺贝尔奖次数最多的一个科学专题〉《自然杂志》, 2003, (06):357-261
别业广、吕桦〈再谈核磁共振在医学方面的应用〉《物理与工程》, 2004, (02):34, 61
金永君、艾延宝〈核磁共振技术及应用〉《物理与工程》, 2002, (01):47-48, 50
刘东华、李显耀、孙朝晖〈核磁共振成像〉《大学物理》, 1997, (10):36-39, 29
阮萍〈核磁共振成像及其医学应用〉《广西物理》, 1999, (02):50-53, 28
Lauterbur P C Nature, 1973, 242:190
黄卫华〈走近核磁共振〉《医药与保健》, 2004, (03):15
叶朝辉〈磁共振成像新进展〉《物理》, 2004, (01):12-17
田建广、刘买利、夏照帆、叶朝辉〈磁共振成像的安全性〉《波谱学杂志》, 2002, (06):505-511
蒋子江〈核磁共振成像NMRI在化学领域中的应用〉《化学世界》, 1995, (11):563-565
樊庆福〈核磁共振成像与诺贝尔奖〉《上海生物医学工程》, 2003, (04):封三
取自"http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%E6%A0%B8%E7%A3%81%E5%85%B1%E6%8C%AF%E6%88%90%E5%83%8F"
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㈡ 磁共振成像有哪些诊断方法

MRI为MagneticResonanceImaging的缩写，中文称“磁共振或磁共振成像”，过去曾称“核磁共振”，亦可称共轭摄影法。MRI是一种新颖的成像方法，它具有组织对比性强、空间分辨率高、多平面的解剖结构显示和无射线损伤等特点，并对生理变化特别敏感。

近年来，医学影像学技术飞速发展，已有4种主要的影像诊断方法，包括基于功能检查的核医学成像方法（伽马照相和单光子CT）和基于形态学的3种方法：X线（包括CT）、超声和MRI。尤其是由于MRI的出现使影像诊断学水平迈上了一个新阶段，MRI临床应用范围越来越广，可与上述几种检查方法相辅相成，某些部位还超越CT检查。

但是，带有心脏起搏器及神经刺激器者、曾做过动脉瘤手术及颅内带有动脉瘤夹者、曾做过心脏手术并带有人工心脏瓣膜者、有眼球内金属异物或内耳植入金属假体者，禁用MRI。

体内有各种金属植入物的病人、妊娠期妇女、危重病人需要使用生命支持系统者、癫痫病人、幽闭恐惧症病人，在检查时应慎重对待。

㈢ 核磁共振谱怎么分析核磁共振的原理

核磁共振用NMR(Nuclear Magnetic Resonance)为代号。
1．原子核的自旋
核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，见表8-1。

I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。

2．核磁共振现象
原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩(μ)。

式中，P是角动量，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角动量之间的比值，
当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时，除自旋外，还会绕H0运动，这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象，称为进动，见图8-1。自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度H0成正比，比例常数即为磁旋比γ。式中v0是进动频率。

微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的，自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向，每一个取向都可以用一个自旋磁量子数m来表示，m与I之间的关系是：
m=I，I-1，I-2…-I
原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，其能量可以从下式求出：

向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。它们之间的能量差为△E。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。
目前研究得最多的是1H的核磁共振，13C的核磁共振近年也有较大的发展。1H的核磁共振称为质磁共振（Proton Magnetic Resonance），简称PMR，也表示为1H-NMR。13C核磁共振（Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance）简称CMR，也表示为13C-NMR。

3.1H的核磁共振 饱和与弛豫
1H的自旋量子数是I=1/2，所以自旋磁量子数m=±1/2，即氢原子核在外磁场中应有两种取向。见图8-2。1H的两种取向代表了两种不同的能级，

因此1H发生核磁共振的条件是必须使电磁波的辐射频率等于1H的进动频率，即符合下式。

核吸收的辐射能大？

式（8-6）说明，要使v射=v0，可以采用两种方法。一种是固定磁场强度H0，逐渐改变电磁波的辐射频率v射，进行扫描，当v射与H0匹配时，发生核磁共振。另一种方法是固定辐射波的辐射频率v射，然后从低场到高场，逐渐改变磁场强度H0，当H0与v射匹配时，也会发生核磁共振。这种方法称为扫场。一般仪器都采用扫场的方法。

在外磁场的作用下，1H倾向于与外磁场取顺向的排列，所以处于低能态的核数目比处于高能态的核数目多，但由于两个能级之间能差很小，前者比后者只占微弱的优势。1H-NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁到高能级而产生的。如高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失，此时处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同步，PMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。
1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态，这种过程称为弛豫，因此，在正常测试情况下不会出现饱和现象。弛豫的方式有两种，处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的分子，即体系往环境释放能量，本身返回低能态，这个过程称为自旋晶格弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁性核的总体能量，又称为纵向弛豫。两个处在一定距离内，进动频率相同、进动取向不同的核互相作用，交换能量，改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的总体能量，又称为横向弛豫。
4.13C的核磁共振 丰度和灵敏度
天然丰富的12C的I为零，没有核磁共振信号。13C的I为1/2，有核磁共振信号。通常说的碳谱就是13C核磁共振谱。由于13C与1H的自旋量子数相同，所以13C的核磁共振原理与1H相同。
将数目相等的碳原子和氢原子放在外磁场强度、温度都相同的同一核磁共振仪中测定，碳的核磁共振信号只有氢的1/6000，这说明不同原子核在同一磁场中被检出的灵敏度差别很大。13C的天然丰度只有12C的1.108％。由于被检灵敏度小，丰度又低，因此检测13C比检测1H在技术上有更多的困难。表8-2是几个自旋量子数为1/2的原子核的天然丰度。

5.核磁共振仪
目前使用的核磁共振仪有连续波（CN）及脉冲傅里叶（PFT）变换两种形式。连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器和放大器、记录仪等组成（见图8-5）。磁铁用来产生磁场，主要有三种：永久磁铁，磁场强度14000G，频率60MHz；电磁铁，磁场强度23500G，频率100MHz；超导磁铁，频率可达200MHz以上，最高可达500～600MHz。频率大的仪器，分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。磁铁上备有扫描线圈，用它来保证磁铁产生的磁场均匀，并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频发射器用来产生固定频率的电磁辐射波。检测器和放大器用来检测和放大共振信号。记录仪将共振信号绘制成共振图谱。
70年代中期出现了脉冲傅里叶核磁共振仪，它的出现使13C核磁共振的研究得以迅速开展。

氢 谱
氢的核磁共振谱提供了三类极其有用的信息：化学位移、偶合常数、积分曲线。应用这些信息，可以推测质子在碳胳上的位置。

㈣ 文献合集 | 静息态功能连接和脑网络分析方法

文章来源于微信公众号（ 茗创科技 ），欢迎有兴趣的朋友搜索关注。

静息态脑功能成像是脑功能磁共振成像方法的一种。正常人脑在静息态下依然存在有规律的功能活动网络，且病理状态下的脑功能活动网络与正常人脑存在差异及重塑，被检者处于静息状态下应用血氧水平依赖脑功能成像获得脑活动功能图的成像技术。无须进行复杂的任务设计，可操作性好，可避免基于任务的研究由于任务设计的不同及被检者执行情况的差异性导致的实验结果的不可比性。

以下就 静息态功能磁共振成像 ，及其 脑网络分析方法 ： 基于种子点方法（ Seed-based ）、图论（ Graph theory ）、独立成分分析（ ICA ） 以及 不同的脑静息态网络 列举相关文献，以供该领域的学者参考。

静息态功能磁共振成像 (rs-fMRI )

1. Resting statefunctional magnetic resonance imaging:an emerging clinical tool.

doi:10.4103/0028-3886.111107

2. Clinical applicationsof resting state functional connectivity.

doi:10.3389/fnsys.2010.00019

3. Resting state activityin patients with disorders of consciousness.

doi:10.1016/j.yfrne.2010.11.002

4. Resting state fMRI: apersonal history.

doi:10.1016/j.neuroimage.2012.01.090

5. Brain work and brain imaging.

doi:10.1146/annurev.neuro.29.051605.112819

这里主要介绍几种处理静息态fMRI数据，检查脑区之间功能连接的存在和程度的方法， 包括：基于种子点方法、图论、独立成分分析。

基于种子点的分析（Seed-based analysis）： 种子点可以是先验定义的区域，或者可以从任务态fMRI实验中获得的激活图中选择，从而确定特定的感兴趣区域。

1. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain usingecho-planar MRI.

doi: 10.1002/mrm.1910340409

2. Exploring the brain network: a review on resting-state fMRI functionalconnectivity.

doi: 10.1016/j.euroneuro.2010.03.008

3. Review of methods for functional brain connectivity detection using fMRI.

doi: 10.1016/j.compmedimag.2008.10.011

4. DPARSF: a MATLAB toolbox for “pipeline” data analysis of resting-statefMRI.

doi: 10.3389/fnsys.2010.00013

5. Abnormal spontaneous brain activity in minimal hepatic encephalopathy:resting-state fMRI study.

doi: 10.5152/dir.2015.15208

6. A multisite resting state fMRI study on the amplitude of low frequencyfluctuations in schizophrenia.

doi: 10.3389/fnins.2013.00137

7. Regional homogeneity approach to fMRI data analysis.

doi:10.1016/j.neuroimage.2003.12.030

8. Competition between functional brain networks mediates behavioralvariability.

doi: 10.1016/j.neuroimage.2007.08.008

9. REST: a toolkit for resting-state functional magnetic resonance imagingdata processing.

doi: 10.1371/journal.pone.0025031

图论（ Graph theory ）： 人脑形成一个集成的复杂网络，将所有脑区和子网络连接到一个复杂的系统中。使用图论分析方法可以检查大脑网络的整体结构，图论提供了一个理论框架，其中可以检查复杂网络的拓扑，并且可以揭示有关功能脑网络局部和全局的信息。

1. Social network analysis: a methodological introction.

doi: 10.1111/j.1467-839X.2007.00241.x

2. A computational study of whole-brain connectivity in resting state andtask fMRI.

doi: 10.12659/MSM.891142

3. Brain connectivity in autism.

doi:10.3389/fnhum.2014.00349

4. Development of large-scale functional brain networks in children.

doi: 10.1371/journal.pbio.1000157

5. Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural andfunctional systems.

doi: 10.1038/nrn2618

6. Efficiency and cost of economical brain functional networks.

doi: 10.1371/journal.pcbi.0030017

7. Efficient behavior of smallworld networks.

doi: 10.17877/DE290R-11359

8. Graph-based network analysis of resting-state functional MRI.

doi: 10.3389/fnsys.2010.00016

9. The ubiquity of small-world networks.

doi: 10.1089/brain.2011.0038

独立成分分析（ Independent component analysis ， ICA ）： 静息态fMRI的ICA是一种盲源分离方法，主要是从静息态中分离出相互独立的源。这个方法可以应用于全脑功能连接，将fMRI分离出大尺度脑网络。

1. Exploring the brain network: a review on resting-state fMRI functionalconnectivity.

doi: 10.1016/j.euroneuro.2010.03.008

2. Advances and pitfalls in the analysis and interpretation of restingstatefMRI data.

doi: 10.3389/fnsys.2010.00008

3. An information-maximization approach to blind separation and blinddeconvolution.

doi: 10.1162/neco.1995.7.6.1129

4. Analysis of fMRI data by blind separation into independent spatialcomponents.

doi: 10.1002/(SICI)1097-0193(1998)6:3<160::AID-HBM5>3.0.CO;2-1

5. Intrinsic brain activity in altered states of consciousness: howconscious is the default mode of brain function?

doi: 10.1196/annals.1417.015

6. Group comparison of resting-state FMRI data using multi-subject ICA andal regression.

doi: 10.1016/S1053-8119(09)71511-3

7. A review of group ICA for fMRI data and ICA for joint inference ofimaging, genetic, and ERP data.

doi: 10.1016/j.neuroimage.2008.10.057

8. A unified framework for group independent component analysis formulti-subject fMRI data.

doi: 10.1016/j.neuroimage.2008.05.008

9. Independent component analysis of fMRI group studies by self-organizingclustering.

doi: 10.1016/j.neuroimage.2004.10.042

10. Comparison of three methods for generating group statistical inferencesfrom independent component analysis of functional magnetic resonance imagingdata.

doi: 10.1002/jmri.20009

以下是关于不同的 脑静息态网络 ，如突显网络、听觉网络、基底神经节网络、视觉网络、视觉空间网络、默认模式网络、语言网络、执行网络&执行控制网络、楔前叶网络、感觉运动网络等相关文献合集。

突显网络

1. Cognitive Control and the Salience Network: An Investigation of ErrorProcessing and Effective Connectivity.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.4692-12.2013

2. Salience processing and insular cortical function and dysfunction.

doi: 10.1038/nrn3857

3. Saliency, switching, attention and control: a network model of insulafunction.

doi: 10.1007/s00429-010-0262-0

听觉网络

1. Asymmetric Interhemispheric Transfer in the Auditory Network: Evidencefrom TMS, Resting-State fMRI, and Diffusion Imaging.

       doi: 10.1523/JNEUROSCI.2333-15.2015

2. Default Mode, Dorsal Attention and Auditory Resting State NetworksExhibit Differential Functional Connectivity in Tinnitus and Hearing Loss.

       doi: 10.1371/journal.pone.0076488

基底神经节网络

1. Aberrant functional connectivity within the basal ganglia of patientswith Parkinson’s disease.

doi: 10.1016/j.nicl.2015.04.003

2. Functional connectivity in the basal ganglia network differentiates PDpatients from controls.

doi: 10.1212/wnl.0000000000000592

3. Identifying the Basal Ganglia Network Model Markers forMedication-Inced Impulsivity in Parkinson's Disease Patients.

doi: 10.1371/journal.pone.0127542

4. The basal ganglia: A neural network with more than motor function.

doi: 10.1016/S1071-9091(02)00003-7

视觉网络

1. Consistent resting-state networks across healthysubjects.

doi: 10.1073/pnas.0601417103

2. Investigations into resting-stateconnectivity using independent component analysis.

doi: 10. 1098/rstb.2005.1634

3. Spontaneous Activity Associated with PrimaryVisual Cortex: A Resting-State fMRI Study.

doi: 10.1093/cercor/bhm105

视觉空间网络

1. Default-mode network activity distinguishes Alzheimer’sdisease from healthy aging: Evidence from functional MRI.

doi: 10.1073/pnas.0308627101

2. Functional connectivity in the resting brain: A network analysis of thedefault mode hypothesis.

doi: 10.1073/pnas.0135058100

3. Investigations into Resting-State Connectivity Using IndependentComponent Analysis.

doi: 10.1098/rsbt.2005.1634

4.Searching for a baseline: functional imaging andthe resting human brain.

doi: 10.1038/35094500

默认模式网络

1. Development of the Default Mode and CentralExecutive Networks across early adolescence: A longitudinal study.

       doi: 10.1016/j.dcn.2014.08.002

2. Searching for a baseline: functional imaging and the resting human brain.

     doi: 10.1038/35094500

语言网络

1. Evidenceof Mirror Neurons in Human Inferior Frontal Gyrus.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.2668-09.2009

2. How Localized are Language Brain Areas? A Review of Brodmann Areas Involvementin Oral Language.

doi: 10.1093/arclin/acv081

3. Mirror Neurons and the Lateralization of Human Language.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.1452-06.2006

4. Speech-associated gestures, Broca’s area, and the human mirror system.

doi: 10.1016/j.bandl.2007.02.008

执行网络 & 执行控制网络

1. ConceptualProcessing ring the Conscious Resting State: A Functional MRI Study.

doi: 10.1162/089892999563265

2. Dissociable Intrinsic Connectivity Networks for Salience Processing andExecutive Control.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.5587-06.2007

3. Resting-state activity in the left executive control network isassociated with behavioral approach and is increased in substance dependence.

doi: 10.1016/j.drugalcdep.2014.02.320

4. Searching for Activations That Generalize Over Tasks.

doi: 10.1002/(SICI)1097-0193(1997)5:4<317::AID-HBM19>3.0.CO;2-A

5. The Human Brain Is Intrinsically Organized into Dynamic, AnticorrelatedFunctional Networks.

doi: 10.1073/pnas.0504136102

楔前叶网络

1. Posterior Cingulate Cortex Activation by EmotionalWords: fMRI Evidence From a Valence Decision Task.

doi: 10.1002/hbm.10075

2. Posterior Cingulate Cortex Mediates Outcome-Contingent Allocation ofBehavior.

doi: 10.1016/j.neuron.2008.09.012

3. Precuneus Is a Functional Core of the Default-Mode Network.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.4227-13.2014

4. Remembering familiar people: the posterior cingulate cortex andautobiographical memory retrieval.

doi: 10.1016/S0306-4522(01)00108-7

5. The precuneus/posterior cingulate cortex plays a pivotal role in thedefault mode network: Evidence from a partial correlation network analysis.

doi: 10.1016/j.neuroimage.2008.05.059

6. The precuneus: a review of its functional anatomy and behaviouralcorrelates.

doi: 10.1093/brain/awl004

感觉运动网络

1. A small number of abnormal brain connections predictsalt autism spectrum disorder.

doi: 10.1038/ncomms11254

2. Functional Connectivity in the Motor Cortex of Resting Human Brain UsingEcho-Planar MRI.

doi: 10.1002/mrm.1910340409

3. Identifying patients with Alzheimer’s disease using resting-state fMRI andgraph theory.

doi: 10.1016/j.clinph.2015.02.060

4. Recovery of resting brain connectivity ensuing mild traumatic braininjury.

doi: 10.3389/fnhum.2015.00513

5. Resting state fMRI: A personal history.

doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.01.090

6. Resting state functional MRI in Parkinson’s disease: the impact of deepbrain stimulation on ‘effective’ connectivity.

doi: 10.1093/brain/awu027

7. Resting-State fMRI Connectivity Impairment in Schizophrenia and BipolarDisorder.

doi: 10.1093/schbul/sbt092

8. Simultaneous Assessment of Flow and BOLD Signals in Resting-StateFunctional Connectivity Maps.

doi: 10.1002/(SICI)1099-1492(199706/08)10:4/5<165::AID-NBM454>3.0.CO;

㈤ 核磁共振波谱法的原理

这个一般照着实验书抄就好了，手头没书了，看网络吧

核磁共振波谱分析法(NMR)是分析分子内各官能团如何连接的确切结构的强有力的工具。磁场中所处的不同能量状态（磁能级）。原子核由质子、中子组成，它们也具有自旋现象。描述核自旋运动特性的是核自旋量子数I。不同的核在一个外加的高场强的静磁场（现代NMR仪器由充电的螺旋超导体产生）中将分裂成2I＋1个核自旋能级（核磁能级），其能量间隔为ΔE。对于指定的核素再施加一频率为ν的属于射频区的无线电短波，其辐射能量hν恰好与该核的磁能级间隔ΔE相等时，核体系将吸收辐射而产生能级跃迁，这就是核磁共振现象。
NMR谱仪就像高级的外差式收音机一样可接收到被测核的共振频率与其相应强度的信号，并绘制成以共振峰频率位置为横坐标，以峰的相对强度为纵坐标的NMR图谱。
化合物分子中同种核由于与其相连接的原子或原子团的不同，所处的化学环境就不同，也就是说被测核的核外电子的状态与电子云的密度是不同的。因此导致对外加磁场产生的屏蔽作用也不同，也就是说这些核实际所受的磁场强度是不同的，分裂的磁能级间隔不同。由于这个原因它们将在稍微不同的频率处出现共振吸收。这种共振吸收频率相对于人为规定的基准核共振频率之差Δν与基准核频率ν基准之比，即这个吸收峰的相对位移，称为化学位移δ，它是无量纲的数，一般在10数量级。根据不同基团中核的化学位移在各自特定的区域内出现的特点可以确定化合物分子中官能团的种类。邻近基团之间有相互作用会导致谱峰有更精细的裂分，利用这种裂分裂距的大小与形状可进一步确定分子内部相邻的基团的连接关系，最后便可推断分子的化学结构。