ЯМР в одном и двух измерениях - Эрнст Р.
ISBN 5-03-001394-6
Скачать (прямая ссылка):
Для концентрированных ядер, например протонов, скорость спиновой диффузии должна быть значительно больше даже при вращении образца под магическим углом. Импульсная последовательность на рис. 9.10.1, в представляет собой комбинацию основной трехимпульсной последовательности обменного 2М-эксперимента с многоимпульсной дипольной развязкой (обычно MREV-8).
На рис. 9.10.4 показан пример двух полимерных смесей, приготовленных различным образом. Отсутствие кросс-пиков между сигналами, относящимися к различным компонентам (рис. 9.10.4, о) свидетельствует от том, что образец смеси из хлороформа является гетерогенным, а интенсивные кросс-пики на рис. 9.10.4,6 демонстрируют наличие гомогенных областей в образце смеси из толуола. Таким образом, потенциальные возможности данного метода для изучения неоднородностей в полимерах очевидны. Глава 10
Интроскопия ЯМР
После того как ЯМР нашел успешное применение в физике, химии и молекулярной биологии, он начинает теперь играть жизненно важную роль в области клинической медицины. Появилось много плодотворных приложений ЯМР, таких, как, исследования целой биологической ткани in vitro и in vivo, которые позволяют следить за ходом биологических процессов. Однако наиболее обещающим приложением ЯМР в медицине является бесконтактная визуализация целых биологических организмов. Впервые возможность макроскопической визуализации с помощью ЯМР была экспериментально доказана Лаутербуром в 1972 г. [10.1, 10.2]. Идею использования ЯМР для исследования тела человека, в частности для обнаружения злокачественных опухолей, первым осуществил Дамадьян [10.3, 10.4].
На первый взгляд, возможно, неочевидно, почему макроскопическая визуализация должна использовать именно ЯМР и как можно реализовать идею формирования изображения. Рассмотрим вначале ослабление излучения тканью человеческого тела, что схематически показано на рис. 10.0.1. При этом будем рассматривать как электромагнитное, так и акустическое излучение. Из этого рисунка ясно, что природа предоставила нам три «окна» для загляды-вания внутрь человеческого тела. Первое из этих окон, создаваемое рентгеновским излучением, послужило медицине, начиная с первых опытов Рентгена в 1895 г., и привело к подлинной революции в медицинской диагностике. В последнее время значительный прогресс в медицине связан с развитием рентгеновской компьютерной томографии [10.5 — 10.8], хотя здесь и существует потенциальная угроза, связанная с далеко небезопасными дозами радиации.
Второе окно, которое также используется для диагностики, представляет собой низкочастотный ультразвук. Оно привело к разработке ультразвуковых томографов [10.9], которые позволяют получать серии изображений достаточно хорошего качества в очень быстрой последовательности.
Кроме того, мы имеем окно в радиочастотной области, которое не применялось вплоть до 1972 г. Это не удивительно, если иметь в виду достижимое разрешение, которое из-за соотношения неопре- 636
Гл. 10. Интроскопия ЯМР
Электромагнитное* излучен иг
Рентген, излучение
УФ
ИК
!ШШШШШтт. P4 llplllllllll^
1A 100A 1 мкм ЮОмкм 1 см 1м 100 м Ультразвук
1 мкм ЮОмкм 1 см їм 100 м
Рис. 10.0.1. Ослабление излучения тканями человеческого организма. Поглощаются все типы электромагнитного излучения, за исключением диапазона рентгеновских лучей и радиоволн. Сильно поглощается ультразвук с длинами волн меньше 1 мм.
деленности обычно ограничивается длиной волны применяемого излучения. Максимальная радиочастота, которая может быть использована в интроскопии, оказывается порядка 100 МГц. Это дает разрешающую способность 3 м, которой недостаточно даже для получения изображения слонов.
Решающая идея, первоначально предложенная Лаутербуром [10.1, 10.2], заключается в использовании градиента магнитного поля для создания разброса частот ЯМР в различных элементах объема. Наглядное представление об основном принципе ЯМР-инт-роскопии дает рис. 10.0.2. ЯМР-спектр объекта, зарегистрирован-
Рис. 10.0.2. Иллюстрация основной идеи ЯМР-интроскопии: регистрация сигнала ЯМР производится в присутствии линейного градиента магнитного поля В(х), так что резонансная частота ш(х) является линейной функцией пространственной координаты. 10.1. Классификация методов формирования изображения_637
ный в присутствии сильного линейного градиента магнитного поля, можно рассматривать как одномерную (IM) проекцию трехмерной (ЗМ) плотности протонов на направление градиента магнитного поля. Все ядра, лежащие в плоскости, перпендикулярной градиенту поля, будут испытывать одно и то же поле и давать вклад в амплитуду сигнала на одной и той же частоте.
Для полного изображения объекта каждый элемент объема в физическом пространстве должен иметь свое соответствие в частотной области. Следовательно, полное ЯМР-изображение имеет форму ЗМ-спектра, в котором интенсивности сигнала соответствуют значениям локальной спиновой плотности. Очевидно, здесь существует прямая связь с двумерной (2М) спектроскопией. Поэтому техника ЯМР-интроскопии имеет столь много общего с традиционной 2М-спектроскопией. В частности, у них похожи методы обработки информации. Это дает нам основание для краткого обсуждения основных методов ЯМР-интроскопии.
