文稿说明讲稿agvol4

1、目录关于磁共振 (MR) 频谱指南1-111.1如何阅读指南1-2MR 频谱的基本概念2-122.1MR 频谱简介2-12.1.12.1.22.1.32.1.42.1.5磁共振2-1拉莫频率2-1磁共振2-2净磁化强度2-2创建一个可以检测到的信号2-32.2MR 信号的属性2-52.2.12.2.22.2.32.2.42.2.5幅度、频率和相位2-5浓度2-5化学位移2-6频率参考2-6化学环境指示剂2-72.3驰豫2-82.3.12.3.22.3.3驰豫简介2-8横向驰豫 (T2)2-8纵向驰豫 (T1)2-92.4从信号到频谱2-112.4.1信号2-112.4.2频谱2-12傅立叶变换

2、理论2-132.5傅立叶变换的基本原理2-13衰减信号2-14实信号和虚信号2-15快速傅立叶变换 (FFT).2-16FFT 的结果2-16频谱宽度和分辨率2-16逆向傅立叶变换2-172.5.12.5.22.5.32.5.42.5.52.5.62.5.70-1飞利浦 MR2.6频谱分析2-172.6.12.6.2识别代谢物2-17多重线2-172.7质子频谱2-202.7.12.7.22.7.32.7.42.7.52.7.62.7.72.7.82.7.92.7.102.7.112.7.12质子频谱介绍2-20无形的质子2-20代谢物2-20肌酸2-21肌醇2-22胆碱2-22谷氨酸脂和谷氨

3、酸盐2-22NAA2-23葡萄糖2-23乳酸2-24油脂2-24肌肽2-242.8其他核子2-252.8.1为什么是其他核子？2-252.9磷2-252.9.12.9.22.9.32.9.42.9.52.9.62.9.7磷 (31P)2-25三磷酸腺苷，ATP2-26磷酸肌酸，PCr2-27无机磷酸盐，Pi2-28磷酸单酯2-29磷酸二脂2-29碳 (13C)2-29容积选择方法3-133.13.23.33.43.53.6无容积选择3-2PRESS（点分辨率频谱）3-3自旋回波 (SE)3-5STEAM（刺激回波方法）3-6ISIS（频谱图像选择）3-8有关所有容积选择方法的信息3-103.6

4、.13.6.23.6.3定义计划扫描中的感容积3-10容积定义3-11化学位移错位 (CS)3-120-2 飞利浦 MR预备相位4-144.1匀场4-14.1.14.1.24.1.34.1.44.1.5频谱的匀场效应4-2笔形波束匀场（笔形波束）4-3迭代匀场4-4匀场结果4-4如何选择最佳方法4-44.2水抑制4-64.2.14.2.24.2.34.2.44.2.54.2.64.2.74.2.8激励4-6翻转4-7MOIST4-8CHESS4-9窗口偏移4-9自动水抑制优化 (AWSO)4-10基脉冲4-11如何选择水抑制方法4-134.3脂肪抑制4-144.3.14.3.2SPAIR（频谱

5、衰减翻转恢复）4-14频谱选择性抑制4-154.4监视显示器4-16. 5-1单体素频谱 (SV)5-25空间5.15.1.15.1.2可用的方法5-2参数系列5-35.25.35.45.55.65.7二维频谱成像 (2DSI)5-4多层频谱成像 (MS-SI)5-6多包成像 (M2D)5-6三维频谱成像 (3DSI)5-63D SENSE 频谱成像5-7REST 带5-85.7.15.7.25.7.3采用单体素技术的 REST5-8循环 REST5-9带频谱成像的 REST5-100-3飞利浦 MR5.8有关化学位移成像 (CSI) 的详细信息5-115.8.15.8.25.8.35.8.4

6、5.8.5空间分辨率5-11扫描百分比和点扩展函数5-11快速频谱成像 (TSI)5-12TSI 和频谱分辨率5-13TSI 中的 K 空间5-145.9频谱成像中的 SENSE5-14临床应用6-166.16.26.3概述6-1使用水模扫描6-2预设步骤6-46.3.16.3.26.3.3数据库6-4在 MRS 预设步骤名6-4扫描检查卡片6-56.4脑6-56.4.16.4.26.4.36.4.46.4.56.4.66.4.76.4.86.4.96.4.106.4.116.4.12一般注意事项6-5线圈选择6-6扫描模式6-7容积选择方法6-8为 CSI 选择容积6-10TE 选择6-12

7、频谱分辨率6-16匀场方法6-17水抑制方法6-17覆盖范围：多层与三维6-18快速成像模式6-18频谱成像中的 SENSE.6-196.5海马状突起6-206.5.16.5.26.5.36.5.4一般注意事项6-21扫描模式6-21计划容积6-21匀场6-220-4 飞利浦 MR6.6. 6-22一般注意事项6-23患者预备6-24线圈选择6-25扫描方法6-26计划容积6-27TE 选择6-27水和脂肪抑制6-296.6.16.6.26.6.36.6.46.6.56.6.66.6.76.7乳腺6-316.7.16.7.26.7.36.7.46.7.5一般注意事项6-31线圈选择6-31计划

8、容积6-31水和脂肪抑制6-32TE 选择6-326.8肝脏6-336.8.16.8.26.8.36.8.46.8.56.8.6一般注意事项6-33线圈选择6-33计划容积6-34水和脂肪抑制6-34TE 选择6-34呼吸补偿6-346.9肌肉6-356.9.1一般注意事项6-356.9.2线圈选择6-356.9.3计划容积6-356.9.4TE 选择6-367SpectroView7-17.1SpectroView 的工作流程7-27.1.17.1.27.1.37.1.47.1.57.1.67.1.77.1.8启动 SpectroView7-2选择7-3运行7-4选择相关体素7-5优化频谱显

9、示7-6修改布局7-7创建屏幕抓图7-8数据的和导出7-80-5飞利浦 MR7.2处理未抑制水数据7-107.2.17.2.2工作流程7-10缩短图形峰值7-147.3信息7-15用户界面7-15和处理7-22处理步骤7-25使用峰值编辑器自定义7-43系列首选项数据库7-467.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5伪影8-188.18.28.38.48.58.68.78.88.9在信号末尾截断8-1具有最大回波采样的截断8-3饱和8-4频率漂移8-5鬼影8-6基线变形8-6DC 偏移8-7未完成的水抑制8-7残余信号8-7磷频谱9-199.13.0T 和 1.5T9-19.1.19

10、.1.29.1.3整体表现9-1信噪比9-2分辨率9-29.29.39.4磷线圈9-3射频脉冲和. 9-3质子去耦合9-59.4.19.4.29.4.3关于质子去耦合9-5说明9-6使用9-70-6 飞利浦 MR9.5核能量飞跃传递增强 (NOE)9-99.5.19.5.29.5.39.5.49.5.59.5.69.5.79.5.8关于 NOE9-9NOE 基本方法9-9阻滞脉冲 NOE9-10窄带、宽带驱动 NOE9-11稳态驱动 NOE9-12NOE 与去耦合的组合9-13使用9-14NOE 和定量结果9-169.69.79.89.9脉冲序列和 MRS 协议9-17增益 (RG)9-17计

11、划9-18数据9-199.9.19.9.29.9.3手动调谐和匹配9-19准备其他核子测量9-22执量9-239.109.11SpectroView 处理9-23使用 P-140 线圈的 3.0T 示例9-269.11.19.11.29.11.39.11.49.11.59.11.62DSI 的腓肠肌9-26脑单体素9-28脑部 2DSI9-29肝脏单体素9-30肝脏 2DSI9-31心脏 1DSI（初步结果）9-339.12关于 31P 水模的详细信息9-34参照目录I-10-7飞利浦 MR0-8 飞利浦 MR磁共振频谱关于磁共振(MR) 频谱指南1本指南提供了有关质子频谱的信息。您可以通过扫

12、描检查卡片看到这 些信息。磷频谱只能在扫描列表环境下进行。有关磷频谱的详细信息，请参 阅应用指南第四卷的英文PDF 版附录“Spectroscopy in Scan List Environment”（扫描列表环境中的磷频谱）。 本指南中用 Hz 表示的所有化学位移信息对 1.5T 的场强均有效，除非有另行说明。 频谱均是指1H- 频谱，除非有另行说明。注意 使用本系统之前，请阅读并熟悉与您的系统版本相符的使用说明，特别是第 2 章警告 “常规安全”中讲述的所有“警告”和“”事项。如果您有任何提高本指南后续版本质量的想法、意见和建议，请不吝赐教。此类信息可以提供给您的应用或直接致函：其他副本只

13、能从销售、维修或应用代表处获取。1-1飞利浦 MRPhilips Medical Systems以下地址仅适用于美国：MR Product ApplicationPhilips Medical Systems North AmericaAtt: Application GuideMR ApplicationsP.O. Box 10000Att: Application Guide5680 DA Best22100 Bothell Everett HighwayThe NetherlandsP.O. Box 3003Bothell, Washington 98041-3003如何阅读指南应用指南

14、按照不同的复杂级别为用户提供信息，其内容包括： 第 1 卷：基本概念 第 2 卷：扫描方法 第 3 卷：心脏成像 第 4 卷：磁共振频谱本指南中不包含在常规教科书中可以找到的基础MR 物理知识和信息。1.11-2 飞利浦 MRMR频谱的基本概念2MR频谱简介磁共振本章介绍了频谱试验最重要的基本概念。磁共振频谱试验(MRS) 的基本工作原理与MR 成像(MRI) 相同：实际工作时的不同之处在于：信号 期间和之后的不同信号操作。内的特定原子核，例如（水或由氢原子构成的其他化合物中的） 质子，由于旋转运动而具有一个净磁场。在把这些旋转的核磁体放2.12.1.1在外部磁场中时，旋转会转变为如图 2.1

15、 中所示的的运动。外部磁体进行拉莫频率此运动频率是核子类型的特征，被称为拉莫频率。拉莫频率取决于 外部磁场强度B0、核常数和旋磁比g。核子本身的磁场可指向或背离外部磁场（请参阅图 2.1）。这代表了两个不同的能量状态：低能状态和高能状态。2.1.2图 2.1磁场中的氢核。磁场瞬间进动以拉莫频率离磁场排列。外部磁场并可以沿着或背2-1飞利浦 MR磁共振射频(RF) 脉冲可以改变核子的能量状态。如果射频频率与核子的旋转频率（即拉莫频率）一致，核子将吸收能量并改变旋转状态。这 是激励的过程。这些被吸收的能量将以热运动形式，使核子在相互之间和随着外部 磁场移动。被射频脉冲激励之后，当自旋回到初始能量状

16、态时，它 们将发射一种拉莫频率的弱射频信号。这种微弱射频信号即为磁共 振信号。2.1.3净磁化强度我们可以用一个单独矢量代表所有单独核子磁场矢量之和，该矢量 被称为净磁化。使用净磁化矢量来描述MR试验更为简单（请参阅图2.2）。由于大部分自旋都处于低能量状态，因此这个矢量的平衡位置与磁 场方向一致。在一个三维坐标系统中，这个方向由Z 轴的正方向表示。这是磁体孔的方向。在这个状态下，我们无法检测到磁体强场 中核子的微弱净磁化矢量。如果我们不利用低能量状态核子和高能 量状态核子间的粒子数目区别，那么将什么也检测不到。2.1.4图 2.2射频脉冲的效应。细黑箭头是单独的自旋。灰色箭头是这些自旋之和。

17、所有自旋以拉莫频率纵轴旋转。此脉冲将平衡自旋数目，并引入相位一致。受激励的自旋（初始）以相同的相位旋转。由于相位一致，净矢量将出现在水平、横向平面上。此矢量也是以拉莫频率旋转。并且， 此移动磁场将被看作一个振荡磁场，它在调谐的接收线圈中引起交互（射频）电流。2-2 飞利浦 MR创建一个可以检测到的信号位于拉莫频率的强大一致射频辐射可以改变核子的能量状态。将会 发生两种情况（请参阅图 2.2）：2.1.51低能量状态的大部分粒子将逐渐消失。如果射频辐射持续时间足 够长，大部分粒子都将会处于高能量状态。净磁化矢量将从Z轴 正方向转为Z轴负方向。通常，当净磁化矢量位于半途或者两种 类型的粒子数目相等

18、时，此过程将结束。被激励的自旋粒子将以聚相位进动。这是由射频辐射的相位一致 性引起的。现在，XY 平面上存在一个与外部磁场垂直的净磁化强度。2粒子仍然以拉莫频率进动。这意味着净磁化矢量也会外部磁场的方向进动。如果此净磁化矢量的一部分在与外部磁场垂直的XY平 面上进动，它将被检测为一个射频共振信号。射频脉冲对核子自旋所产生的效应，即为所有核子磁自旋的矢量和。射频脉冲的效应是使此矢量X或Y轴旋转。如果粒子数目相同，此旋转会停止并且净矢量旋转角度已经超过90º，该脉冲称为90º脉冲。再旋转90º到180º将翻转数目差异。现在，净磁化将朝着负Z轴方向。旋转180

19、º的脉冲被称为翻转脉冲。您最多只能进行粒子数目差异翻转。由于存在热力学效应，要想在高能量状态获得自旋，几乎是不可能的。事实上，情况正好相反。如果进一步辐射，甚至可能使自旋恢复到低能量状态。净磁化 矢量将只会进一步旋转。实际上，旋转270º将具有和反向旋转90º的相同结果。旋转360º将还原初始情况。多次旋转360º将使系统饱和。净磁化矢量将消失。射频脉冲引起共振的方法主要有两种。粒子可以与共振频率相同的单一频率 共振，例如位于已适当调音的乐器旁边的音叉。也可以与位于适当 频率附近的强烈短波射频频率脉冲引起共振，例如用锤子使钟共 振。在上述的最后

20、方法中，无需知道测量的精确频率，但是需要知 道大概频率（千赫兹）。因此，具有高功率放大器的脉冲射频是激 励的常用方法。当矢量旋转90º时，如果射频脉冲被中止，那么净磁化矢量将旋转到与磁场垂直的平面内。只要净自旋矢量仍然具有Z 轴旋转的分量，它将可以作为以拉莫运动频率振荡的磁场被检测到。2-3飞利浦 MR旋转坐标射频脉冲过程中的实际自旋轨道很复杂。图 2.3 中提供了一种简化版本。实际上，W0远大于W1，因此Z轴旋转比X轴旋转快几千倍。在只考虑与拉莫频率相关的移动时（请参阅图 2.3），此轨道比较容易理解。新的参考坐标被称为旋转坐标。此时，净磁化矢量将以相关频率 = DW0 旋转。描述

21、射频脉冲时，我们选择等于拉莫频率的旋转坐标频率，即DW0 = 0。旋转坐标中的自旋轨道。平衡时，自旋以共振频率W0Z轴旋转。W0. =图 2.3g·B0 净磁化 沿着Z轴方向。场强为B1的射频脉冲效应是：加入一个垂直于核自旋平衡旋转、频率为W1 = g·B1 的自旋。合并旋转的结果是在脉冲时，核子将会沿着螺旋形轨迹自旋。通过旋转射频频率W0. = g·B0 的坐标系统的X和Y轴，将只保留与此频率相关的运动。此时路径已被简化，因此会X轴旋转90 度。在旋转坐标中，射频脉冲的结果是在XY平面（称为横向平面）上围 绕一个轴的净磁化矢量的简单旋转。X'Y'

22、 平面上的自旋相对于旋转坐标将是静止的。但在实际中或在静态系统中，自旋仍然以其拉莫频率旋转，并且此旋 转将在监测器线圈中引起同频率的振荡电流。这就是磁共振信号。2-4 飞利浦 MRMR信号的属性幅度、频率和相位我们可以测量的磁共振信号的属性有： 幅度，就是信号强度。 频率，主要由拉莫频率确定。 相位，在Mxy 平面内，信号旋转起始点的函数。简单的说，这些属性包括以下信息：2.22.2.1浓度MR 信号的强度本质上与样本中的核子数目成正比。因此，MRS 可以提供细胞内浓度的测量值。如果对标准溶液进行仔细校准，理论 上可以将强度值转换为绝对浓度。2.2.2从MRS测量中得到绝对浓度测量值是很的。这

23、需要更正许多测量伪影和信号丢失，并且很难量化组织细胞水容积。使用相对 浓度和代谢比则较为容易。虽然实际测量的信号表示此强度。为mV的电信号强度，习惯上使用任意2-5飞利浦 MR属性信息幅度自旋数，浓度频率核子类型和核子的化学环境衰减组织属性和磁环境（请参阅“驰豫”）相位可用于对空间位置进行编码（请参阅“”）化学位移共振频率与核子的磁场强度成正比。此关系由旋磁比g表示，它是核 子类型的一个属性。质子（1H 原子）旋磁比为42.577 MHz/T。在2.2.31.5 T 磁场中，质子共振于64 MHz。的电子能够在一定程度上保护粒子免受外部磁场的影响。这使得由化学环境决定的共 振频率会有微小差异。

24、与基本共振频率相比，这个差异很微小，但是足以区别不同的。每个包含一个或多个质子的化合物都具有一个唯一标记。这个频率 差异被称为化学位移，并通常用Hz 或百万分率ppm 表示。在质子频谱中，化学位移的范围很小 - 仅为5-10 ppm。这意味着， 64MHz 信号的代谢物之间的频率差异为几百Hz或者更小。频率参考化学位移是激励射频频率一部分的参考频率的差异。参考频率可能 是用于激励的频率，也可能是参考化合物的共振频率（请参阅图2.4）。在质子频谱中，通常，用于ppm 测量的参考或零频率是一个频谱中不存在的化合物。在过去，当在化学试验室中使用NMR作为分析工具时，我们把共振频率最低化合物用作参考化

25、合物。这样一来，所 有其他化合物都具有正化学位移。在测量中，我们不能再将此参考 化合物包括在内，但是我们可以从其他共振频率中得到该化合物的 频率。还是由于历史原因，X轴的Hz 刻度和ppm 刻度始终为后向显示。由于这两个刻度都是相对刻度，因此其影响并不算大。垂直刻度通2.2.4常为任意。化学位移的计算化学位移d（以ppm为为）。）是共振频率和参考频率的差异（以Hz2-6 飞利浦 MR图 2.4化学位移测量刻度。具有频率x 轴（为Hz）和化学位移x 轴（为ppm）的水分抑制局部质子脑频谱。Hz刻度的零点为水的频率。ppm刻度的零点是（历史）参考化合物的频率。频谱中不存在此参考。此外，NAA 峰值

26、将+2.0ppm设为参考点。此时，剩余的水的峰值位于+4.65 ppm。化学环境指示剂细胞内环境的改变也可以改变代谢物2.2.5中电子的磁属性。一些可滴定化合物的共振具有随介质酸度(pH) 函数变化的化学位移。此属性可用于对细胞内的pH 值进行非侵入性测量。如果细胞内的pH值不正常，即表示有异常情况（例如，组织的供氧不正常）。其他化学环境因素也可能影响化学位移。例如，金属离子浓度可以通过离子来改变化学位移。如果金属离子具有顺磁性特性，则可以通过靠近磁场，来改变所有化合物的化学位移。2-7飞利浦 MR驰豫驰豫简介在MRI中，图像对比主要源于驰豫参数（T1 和T2）的不同。在频谱中，精确的频率和自

27、旋密度对于辨识化合物尤为重要。但是，由于驰 豫参数会影响MRS 测量结果进而也影响试验设计的方法，因此驰豫参数也很重要。在MRI中，驰豫参数将影响TE的最优选择和重复比率。为了正确进行分析，尤其正确获得MRS结果的量化，我们也需要了解驰豫参数。2.32.3.1 场强越强，T2 弛豫时间越短。 场强越强，T1 弛豫时间越长。注意 横向驰豫(T2)90º 射频的初始结果必须与沿着XY 平面上一个轴的所有自旋一致。并不是所有的自旋都具有完全相同的旋转速度。如果自旋的旋转速 率与旋转坐标的旋转速率完全相同，那么自旋看上去是静止的。较 慢的自旋看上去是向后运动的，而较快的自旋则看上去是向前运动

28、 的（请参阅图 2.5）。净磁化矢量是所有核子自旋矢量之和。由于各矢量旋转速度不同， 因此它们是分散的，所以所有这些矢量的和将减小。这会使净磁化 矢量的逐渐减小，并且这与信号强度成比例。之所以会出现这种分散，部分原因是由于磁场强度的微小差异所 致。在试验准备阶段进行匀场，是为了调节磁场，尽可能减小磁场 的不均匀性。2.3.22-8 飞利浦 MR图 2.5横向驰豫。灰色箭头是总（可观测的）横向磁化，各个自旋矢量（黑色箭头）之和。如果所有的单独自旋成一条直线，总横向磁化将为最大。总和随各单独自旋的分散而减小。如果各单独自旋均匀分布，那么总和将为零。纵向驰豫(T1)当把一个样本放入磁场时，需要等待一

29、段时间，核子磁自旋才能达 到设定的平衡。此平衡由高能量核子数和低能量核子数（粒子数） 表示。当没有外磁场时，最初两种能量状态是相等的。将样本放入 磁场，会使低能量状态和高能量状态之间产生能量差别。此时，各 能量状态的粒子数目将会改变。具有一种（依赖于温度的）随机热运动。随着它们在磁场中的 移动和翻转，核子间可以交换能量。能量交换最终导致新的平衡。此时，自旋会被吸引，从而与磁场（低能量状态）排列于同一方向上。尽管有热运动存在，小部分自 旋最终将与场处于同一方向上。此排列过程的速度取决于温度、磁场强度和一些其他因素，例如液2.3.3体的粘滞度或顺磁性的存在。在一个90º脉冲之后，与场强一

30、致或反方向的自旋数将相同。在一个180º脉冲（一个翻转脉冲）之后，与磁场反方向的自旋数目会一些。在磁场中放置一个样本时，可以使用一个单一时间常数来描 述从高能量状态返回到平衡态的过程或描述建立一个新平衡的过 程。此常数就是纵向驰豫时间T1。根据经验，平衡会在5 倍T1 时间之后恢复（这被称为完全驰豫）。2-9飞利浦 MR图 2.6一个纵向驰豫图表。灰色箭头是纵向磁化，也就是与Z轴同向的磁化。在一个90 度脉冲之后，纵向磁化初始值为零。各单独自旋矢量将很快的分散开。磁化返回到平衡状态较为缓慢，自旋必须失去能量，直到再次有与磁场同方向过量自旋。尽管有关步骤的物理过程很复杂，但最终操作却很

31、简单。自旋将以 简单指数衰减至平衡状态。衰减常数是多个不同驰豫过程常数的结 合，但是很难个别测量它们。此外，在横向磁化消失之前，纵向驰豫重新出现。自旋的总数仍然相等。因此T1 永远比T2 短。图 2.7驰豫过程的时间进程。与平衡磁化相关的磁化是一个90度脉冲之后的时间函数。在本例中，横向驰豫时间常数(T2)是纵向驰豫时间常数(T1)的1/5th。实际值变化较大，但是T2 永远长于T1。2-10 飞利浦 MR从信号到频谱信号MR信号包含旋转自旋的所有频率（请参阅图 2.8）。为了从中提取信息，我们对此信号进行傅立叶变换。傅立叶变换是一种分析信号 频率的方法，它会生产一个信号强度图作为频率函数。这

32、就是频谱（详细信息，请参阅“傅立叶变换理论”）。2.42.4.1通常会在检测脉冲之后直接信号。因此，第一个点的强度与所有频率的综合磁化是成正比的。信号中的其他点也很重要。信号持 续时间越长，得到的频率信息就越准确。图 2.8 所示的所有指数衰减正弦曲线会随不同的时间常数T2* 而衰减。快速衰减的信号所包含的精确频率信息较少。在进行傅立叶变换之后，它们的频率分布会非 常广。图 2.8MR 频谱信号混和了各种不同的频率。加入左侧(A) 的三条描绘线之后，结果将会变为右侧(B) 曲线的样子。所有信号强度均随时间减小，有些减小得较快（A，最上面的信号），有些减小得较慢（A，第二和第三个信 号）。(B)

33、 中提供的混和信号是一个典型的频谱信号，通常被称为“自由诱导衰减(FID)”。图中只显示FID 的实部。图 2.9 显示了结果频谱。2-11飞利浦 MR频谱频谱比FID 更容易理解。频谱的带宽由时间阈信号的采样频率确定。通常，带宽的量级为几百赫兹或几千赫兹。x轴的刻度可以用Hz 或ppm表示。由于很多缩放因素（例如线圈敏感性和前置放大器敏2.4.2感性）会影响信号的缩放，因此，垂直刻度通常使用任意。我们不可能从单独的频率中计算出代谢物的浓度。在特定情况下，对 已知浓度溶液进行校准后，就可以从相对峰面积进行浓度测量。图 2.9图 2.8 显示了信号的傅立叶变换。左侧信号衰减最短，因此峰值较宽。右

34、侧信号衰减最长。由于所有三个信号第一个点的强度相等，因此，此处所有峰面积也相等。由于峰线宽度不同，所以峰高也不同。图 2.9 中的例子显示了三个具有不同峰线宽度的共振。它们具有相同的峰面积，但最大强度并不相同。用高度乘以半高的宽度，即可估 算出峰面积。相反，峰线宽度（半峰全宽，FWHM）与FID 信号的衰减时间常数成反比。单独MR信号的衰减常数(T2*)由磁场均匀性和共振的固有横向驰豫常数(T2) 确定。优良的匀场会延长T2* 并因此使峰线宽度变尖。这可降低峰值叠加的可能性，并会增加峰高。匀场之后，由于 峰高的增加，有效信噪比(SNR) 会得以改进。2-12 飞利浦 MR傅立叶变换理论傅立叶变

35、换的基本原理傅立叶变换是一种在重复信号（例如 MR 信号中的指数衰减正弦曲线）混合中寻找频率的方法。基本上，此技术是通过使用一系列不 同频率的正弦或余弦函数与信号相乘，并对每个频率结果进行2.52.5.1或求和。对正弦函数进行多次将近似零。这对信号与正弦函数的乘积同样适用，除非它们具有相同的频率（请参阅图 2.9）。如果信号中存在特定频率的正弦波，其结果将为正弦函数的平方。（或求和）的结果将会非常大。离散傅立叶变换(DFT) 使用求和而不是，从而可以使用计算机进行计算。ABC傅立叶变换。A) 数字信号和不同频率的正弦波。B) 信号与正弦波的乘积，以及乘积的C) 信号与匹配频率D) 匹配频率与信

36、号乘积的乘积和分值。D图 2.10（和）。（和）。匹配频率可产生很高的积2-13飞利浦 MR衰减信号MR信号强度在2.5.2过程中会衰减。因此，我们无法无限精确计算此频率。衰减会导致频谱峰值变宽。衰减越大，峰线就越宽。ABCD图 2.11信号衰减的影响。A) 和B) 无衰减单频率信号的DFT 四个完全余弦周期(A) 的为零。此余弦信号与任何其他余弦信号（除非是完全同频率的余弦信号B）的乘积之和也始终为零。C) 和D) 衰减信号的DFT 衰减余弦信号与不同频率余弦信号乘积之和在某个基本频率处为最大，但在其他频率处(D) 也并不为零。2-14 飞利浦 MR实信号和虚信号MRS信号是在求2.5.3模

37、式中检测到的。这将创建两个数据点集合，它们的相位差为90º。可以使用一个正弦部分和一个余弦部分，也可以使用复数的实部和虚部来表示这两个信号。此方法可以区分正频率和负频率。余弦函数约对称于零点，而正弦函数则不是。总是显示正弦信号或虚信号，但是，如果测量了负频率，则必须使用 它们。离散傅立叶变换具有N个值的时间阈信号的离散傅立叶变换结果复数点zk 是：这是N个复数Fj(j=0.N-1)集，它的实部被称为吸收频谱。虚部是离散频谱（请参阅图 2.12）。图 2.12吸收频谱和离散频谱。黑色谱线是吸收频谱，这是复数频谱的实部。灰色谱线是离散频谱，是虚部。2-15飞利浦 MR快速傅立叶变换(FF

38、T)DFT 需要进行很多浮点乘法(N2)，这会花费大量计算时间。对于一个2048点的数据表，需要大概420万次计算。通过使用快速傅立叶变换(FFT) 算法，可以降低至2NlogN/log2 次。对2048 个点的变换，只需要4万5 千次计算。FFT运算的工作原理是：将FT分割为比数据尺寸一半更小的FT，直至在两点数据集之中必须执行多个FT。为了执 行此方法，FFT的数据点数目应为2 的倍数。2.5.4FFT的结果在傅立叶变换中，以时间为函数的信号强度将被转换为以频率为函2.5.5数的信号强度。频率是时间的倒数(Hz = s-1)。两种刻度间的关系很简单。完全频率范围与FID 中两个连续采样点之

39、间的时间步长的倒数成正比。频谱中每个点的频率步长与FID 总长度的倒数成正比。频谱宽度和分辨率2.5.6SW µ 1 SW µ 1 Re s分olu辨ti率on(HHzz/pptt) =NNDtDt为了对信号进行正确采样，采样频率应被设为在当前最高（绝对 值）频率的每个周期内至少采样两次。因此，时间阈采样频率限制 了频谱带宽(SW)。为了避免出现伪影，高频分量会在信号数字化之前被滤除。时间阈周期的总长度决定了频谱分辨率（为Hz/ 点）。图 2.13以图表说明这种关系。该重要关系为： 分辨率越高，时间就越长。 频谱宽度越大，意味着时间越短（但分辨率越低）。2-16 飞利浦 M

40、R逆向傅立叶变换傅立叶变换是可完全逆向的。在DFT中，比例因子与点数相同。此 比例和水平轴的更改使得FFT 不可完全逆向。否则，对数据集进行两次连续FFT，将会返回初始数据。2.5.7时间阈参数与频率阈参数的关系。降低时间阈采样间隔 Dt，将增加频谱宽度。增加长度将提高每个点的频谱分辨率Df。图 2.13频谱分析识别代谢物2.62.6.1从频谱中识别共振是很的。用于分析液体NMR频谱的传统方法是尖峰方法。把怀疑存在于溶液中的某个化合物添加到溶液 中。强度增加的峰值则来自此化合物。此方法消除了诸如pH等因素对化学位移的可能影响。在MRS中，显然不能使用此方法。幸运的是，对于内的每个能够产生可检测

41、到的MRS信号的组织，都已使用MRS研究过。因此，最好从文献中获得共振频谱分析。多重线分析频谱可帮助获得可从频谱中读出的化学结构的相关信息。此信 息来自核子的小型核磁场与近距离内其他核子间的相互作用。核子 的外部磁场可以通过邻近原子磁场改变，如图 2.14 所示。由于耦合的结果，共振频率将取决于邻近原子磁化方向而稍微降低或提高。MRS最重要的耦合机制是自旋耦合，称为J- 耦合。J耦合效应是通过 两个耦合核子之间的电子来调节的。2.6.22-17飞利浦 MR图 2.14两个核子间的J耦合 某个核子的磁场将会改变附近其他核子的外部磁场。自旋间耦合（J耦合）机制涉及电子调节（虽然此图中没有显示）。结

42、果，具有耦合核子共振的频谱会分列为两行。这两个峰值被称为双重线。峰值之间频率差异即为J耦合常数（为Hz）。J 耦合常数与磁场间相互作用的强度有关。磁场强度随距离快速减弱，因此仅在相互作用的原子通过化学键相连时，J耦合效应才比较 明显。事实上，化学键的电子有助于“传递”邻近原子磁场的影响。如果两个相互作用的核子通过一个化学键相连（例如，一个13C原子 直接与一个1H原子相连），则量值级别将比由两个或三个键与其他原子耦合的强度更强。（例如，1H原子通过两个邻近的非磁化12C原子相连，如图 2.15 所示）如果涉及两个以上的原子，那么，更高的多重线也是有可能的。通 过频谱中的J耦合多重线模式，可以深

43、入了解有关化学结构的信息。图 2.15 所示为有机的一部分。单个质子的共振频率受到它旁边两个质子磁化状态的影响。这两个 质子中，每个质子都可以顺着或逆着磁场方向（上箭头或下箭头） 排列。两个自旋有四种组合，但是只有三种组合具有不同的磁场强 度和不同的频率。结果为一个强度比率为1:2:1 的三重线。2-18 飞利浦 MR图 2.15J- 耦合三重线。它可以提供有机的部分化学结构和频谱。单个质子表现为一个三重线。两个质子的混合信号被分成一个双重线（请参阅正文）。质子对的共振反过来受到单个相邻质子磁化状态的影响。这两个质 子具有相同的频率，但现在将分成两个强度相等的峰值（一个1:1 双重线）。双重线

44、两个组成部分的频率差异等于单个质子三重线的J- 耦合常量。因此可以从耦合模式中获得化学结构的有关信息。在质子频谱中， 如果存在具有相同J和适当强度比率的双重线和三重线组合，则表示在相同中CH组与CH2 组可能是相邻的。不同核子类型（如13C和1H）之间的耦合也有可能并且有时会更强（更近距离）。2-19飞利浦 MR质子频谱质子频谱介绍如果使用适当软件，则无需进一步调整硬件即可在成像系统中使用 质子频谱。也正因如此，质子频谱的应用非常广泛。然而，来自代 谢物的信号要比来自用于成像的水信号小几个数量级。因此，水信 号抑制对于质子频谱非常关键。2.72.7.1无形的质子事实上，所有的有机2.7.2都包

45、含质子。在油脂和蛋白质中，许多质子都处于类似的化学环境中。这就意味着在每一个质子频谱中，都存在一个由具有实际上无法区别的共振频率的许多共振所组 成，来自蛋白质和脂肪酸的强大信号。幸运的是，事实并非如此。大序列的预备脉冲过程中，大具有很短的T2，并且在质子频谱的信号通常会衰减。即使没有这些预备脉冲，高也将产生比频谱宽度宽很多的信号。频谱基线中微小的扭曲或偏移都将被检测到。代谢物频谱中的可见信号来自毫摩尔浓度细胞中的小代谢物。对于一些生 物化学所关注的化合物（例如像循环AMP这样的第二信使），由于 其浓度很低而无法观测到。对于新陈代谢过程中的重要中间物，只要其浓度在毫摩尔范围内， 就可以观测到。下

46、面显示了质子大脑频谱。它显示了一些显著的共2.7.3振或指定的共振位置。简要介绍它们的生物化学意义。关于内质子频谱的详细信息，请参阅MR 频谱的。2-20 飞利浦 MR图 2.16正常人类大脑（短回声时间）的质子频谱。只显示了水共振右侧的部 分频谱。峰值配置为：Cr 总数：肌酸总数，NAA：N- 乙酰基门冬氨酸，a- 和 bg- Glx：谷氨酸脂和谷氨酸盐的混合峰值，mI：肌醇。Cho：胆碱，Lac：乳酸CH3 共振位置（未出现的）和油脂： 油脂和甘油三酯的宽带共振。肌酸2.7.4肌酸在3.95 和3.0ppm下共振。它是肌酸和它的磷酸化结构磷酸肌酸的总数。磷酸肌酸可能起着能量缓冲的。ATP

47、是一种高能量磷酸盐，用于在所有细胞中进行能量消耗。磷酸肌酸可以提供磷酸 盐，从而将分解产物ADP转化为ATP。通常使用峰值在3.0ppm 的肌酸作为浓度参考。在正常大脑中，其浓度保持为常量6-12mM。2-21飞利浦 MR肌醇2.7.5肌醇是一种。它与在细胞中的肌醇（TPI和DPI）的双重和三重磷酸化形式相关。对于许多信号来说，肌醇在细胞中起着第二信使的重要作用。第二信使TPI和DPI的浓度太低，很难探测。峰值 对一磷酸肌具有影响，并可能对其他的肌醇脂前体有影响。肌醇共振信号可以在3.56ppm时被发现，并且在短回声时间的频谱内最容易看得到。胆碱2.7.6胆碱峰值是一个由胆碱、磷酸胆碱和甘油磷

48、酸胆碱组成的峰值。这 个组合共振可以在3.2ppm下被发现。这些化合物都是油脂新陈代谢的重要中间物。如果细胞生长加快，通常油脂新陈代谢中间物也会 增加。谷氨酸脂和谷氨酸盐2.7.7这两个非常相似的化合物，谷氨酸盐和谷氨酸脂的共振是交叠的。 共振是紧密耦合的，因此具有复杂的多重线模式。两种代谢物组合 的共振经常被称为Glx，并且来自两个组。一个是3.7-3.9ppm氨基酸CH 的aGlx 组，一个是2.1-2.5ppm的CH2-CH2 bg-Glx组。谷氨酸盐具有额外的氮（氨基化合物），它是谷氨酸脂的（依赖于ATP 的）氨基化合物的产物，并且是在一些诸如嘌呤和嘧啶常重要新陈代谢过程中的氮原料物质

49、。的非2-22 飞利浦 MR氨酸脂是g- 氨基酪酸（GABA）的前体。谷氨酸脂和在大脑GABA都是与调节神经传送有关的。GABA共振与谷氨酸脂和谷氨酸 盐共振交叠。NAA2.7.8N-乙酰基门冬氨酸(NAA)存在于正常成脑中，浓度为5-15mM。当它和MRS 一起被发现之前，这种代谢物从来没有在生物化学中提及，然而现在，关于NAA的物的数量巨大。它的新陈代谢功能仍然不清楚，但它是一个很好的神经标记。只有（功能性的）神经细胞包含这种物质。在频谱中，2.0ppm的峰值可能受到2.05ppm的其他N-乙酰基化合物（例如小NAAG N-乙酰基冬谷氨酸）的影响。葡萄糖2.7.9葡萄糖是众所周知的碳水化合

50、物，它是我们最重要的能量来源之一。 葡萄糖可以直接通过糖酵解转化，也可以以肝糖形式储藏在肝脏和肌 肉中。葡萄糖频谱非常复杂，但它有两个明显的峰值。这些在3.43 和3.8ppm条件下的共振，与牛胆碱和谷氨酸脂的共振部分相互交叠。2-23飞利浦 MR乳酸2.7.10乳酸是无氧糖酵解的分解产物。它产生两种质子信号，一种来自CH3 组，另一种来自CH。来自CH组的信号位于4.3ppm处，与水共振很接近。它不可能总是被观测到，具体情况取决于水抑制和信噪比的 选择。CH3 组的耦合以相关峰值强度1:3:3:1 的比例将共振分为四部分，将峰值高度降低3/8。总的CH3峰值固定为三倍强度并且仅仅被 分成为一

51、个双重线。两组之间的J- 耦合常量约为7Hz。J耦合的结果是，乳酸峰值的相位将被调整为回应时间函数。当回应 时间为N/Js（N是一个整数）时，最适合观测乳酸信号。实际上， 当回应时间介于144 到288ms时，最容易观测乳酸。油脂频谱（图 2.17，短TE 自旋回应时间）中的油脂信号来自相关的活动油脂、脂肪酸和甘油三酯。这些几乎都是油脂前体或油脂分解产 物。油脂和油脂前体信号来自油脂脂肪酸链的亚甲基(0.9 ppm) 和甲基(1.3 ppm) 组。隔膜中的油脂具有很短的T2，并且在自旋回应实验中是无形的。随着TE 的增长，大多数油脂信号将消失。2.7.11肌肽在骨骼肌质子频谱中，有一个来自肌肽的有用的信号(b-丙氨酰-L-组 氨酸)。它在8ppm和大约7ppm 有两个共振，位于图 2.17 中未显示的频谱部分。这种代谢物的化学移位是由pH值确定的。在骨骼肌中， 由于高强度或有氧运动会引起pH值的改变，因此这是很有用的。2.7.122-24 飞利浦 MR其他核子为什么是其他核子？一些其他核子具有与质子相似的磁性特性。例如19F、13C、31P 和23Na。除质子之外，其他核子的自旋磁性比