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目录1

前言1

1　核磁共振发展简史1

1.1　核磁共振技术发展和应用历史1

1.1.1　探索（1926～1945）1

1.1.2　发现（1946～1955）2

1.1.3　化学应用（1956～1965）3

1.1.4　技术发展（1966～1975）4

1.1.5　生物应用（1976～1985）6

1.1.6　现代期——医学、结构生物学、物质科学（1986～2000）8

1.2　活体核磁共振的发展9

1.2.1　细胞和离体组织中的水和离子10

1.2.2　高分辨研究11

1.2.3　离体细胞和细胞器研究12

1.2.4　完整组织和器官的灌注13

1.2.5　整体动物的高分辨NMR14

1.2.6　人的高分辨NMR研究15

1.3　磁共振成像技术的发展15

1.4　活体核磁共振研究在我国的应用进展17

2　核磁共振技术的基本原理20

2.1　数学基础20

2.1.1　指数函数21

2.1.2　三角函数21

2.1.3　微分和积分21

2.1.6　卷积22

2.1.7　虚数22

2.1.4　矢量22

2.1.5　矩阵22

2.1.8 Fourier变换23

2.2　自旋核的物理特性23

2.2.1 自旋核的性质23

2.2.2　自旋核23

2.2.3　能级分裂23

2.2.4　能级跃迁24

2.2.5　连续波NMR实验24

2.2.6 Boltzmann分布24

2.2.7　磁化矢量25

2.2.8 T1弛豫过程25

2.2.10 T2弛豫过程26

2.2.11　旋转坐标系26

2.2.9　进动26

2.2.12　脉冲磁场27

2.2.13 自旋弛豫28

2.2.14 自旋交换28

2.2.15 Bloch方程29

2.3　磁共振波谱30

2.3.1　化学位移30

2.3.2 自旋偶合31

2.3.3 NMR的时域信号33

2.4 Fourier变换35

2.4.1　频率的正负35

2.4.2 Fourier变换36

2.4.3　相位校正36

2.4.4 Fourier变换对37

2.5.1　单脉冲序列39

2.5　脉冲序列39

2.4.5　卷积理论39

2.4.7　二维FT39

2.4.6　数字化FT39

2.5.2　自旋回波序列41

2.5.3　翻转恢复序列41

2.6　核磁共振的硬件42

2.6.1　磁体42

2.6.2　锁场42

2.6.3　匀场线圈44

2.6.4　样品探头44

2.6.5 RF线圈46

2.6.6　梯度线圈46

2.6.8　数字滤波47

2.6.7　正交检测器47

2.6.9 NMR操作注意事项49

2.7　核磁共振实验技术49

2.7.1　探头连接部件49

2.7.2　探头调谐49

2.7.3　匀场49

3　医学动物实验与细胞培养技术52

3.1　医学常用实验动物52

3.1.1　犬52

3.1.2　大鼠53

3.1.3　小鼠54

3.1.4　实验动物的种系分类55

3.2　动物实验的基本技术操作55

3.2.1　动物的抓取和固定56

3.2.2　动物的编号和标记57

3.2.3　动物的麻醉57

3.2.4　实验动物的给药途径59

3.2.5　实验动物的取血方法63

3.2.6　动物体液的采集64

3.2.7　动物的处死方法65

3.3　动物实验常用指标的测量65

3.3.1　一般指标65

3.3.2　特殊指标66

3.4　细胞培养技术68

3.4.1　培养细胞的特性68

3.4.2　培养细胞的生长条件71

3.4.3　细胞培养方法72

3.4.4　细胞培养的设备条件73

3.4.5　培养细胞的保存75

3.4.6　培养细胞的细胞生物学检测75

4　活体磁共振波谱技术77

4.1　活体磁共振波谱77

4.1.1 1H MRS77

4.1.2 2H MRS82

4.1.3 7Li MRS83

4.1.4 13C MRS83

4.1.5 14N MRS83

4.1.6 15N MRS84

4.1.7 19F MRS84

4.1.8 23Na MRS85

4.1.9 31P MRS87

4.1.11 133Cs MRS89

4.2　活体核磁共振的硬件及相关技术89

4.2.1　射频系统89

4.1.10 87Rb MRS89

4.2.2 NMR探头91

4.2.3　射频线圈97

4.2.4　正交检波101

4.2.5　梯度场101

4.2.6　形状RF脉冲104

4.3　定域技术109

4.3.1　细胞和离体器官的空间分辩率109

4.3.2　整体动物或人的定域技术109

4.4.1　数据分析116

4.4　定量技术116

4.4.2　代谢物浓度与信号强度117

4.5　扩散谱技术121

4.5.1　扩散谱原理121

4.5.2　扩散谱实验技术122

4.5.3　生物组织内代谢物的扩散谱特性125

4.6　磁共振成像与波谱技术的安全性126

4.6.1　强静磁场126

4.6.2　随时间变化的梯度场127

4.6.3　射频场（RF）的致热效应128

4.6.4　噪声129

4.6.5　造影剂的不良作用130

5.1　体液133

5.1.1　体液的种类133

5　活体磁共振波谱的实验研究133

5.1.2　样品制备和NMR数据采集135

5.1.3　体液的诊断作用139

5.1.4　体液中分子的相互作用142

5.1.5　体液中药物和毒物的作用142

5.2　组织与细胞的提取物144

5.2.1　分离提取技术144

5.2.2　组织提取物与谱峰归属145

5.2.3　组织提取物与代谢研究145

5.2.4　组织提取物与药学147

5.2.5　组织提取物与医学诊断147

5.3　培养细胞147

5.3.1　悬浮细胞148

5.3.2　灌流系统149

5.3.3　细胞球153

5.3.4　细胞MRS的相关技术154

5.3.5　细胞MRS的应用155

5.4　离体组织和器官157

5.4.1　离体心脏灌注技术157

5.4.2 31PNMR在心血管药理学研究中的应用159

5.5　整体动物162

5.5.1　动物模型162

5.5.2 MR设备164

5.5.3　定位方法164

5.5.4　动物固定及处理165

5.5.5　谱图处理和定量165

5.5.6　应用166

6.1.1　原理172

6　活体磁共振波谱的应用172

6.1　细胞内pH的测定172

6.1.2　可靠性173

6.1.3　应用174

6.2　细胞内游离钙的测定175

6.2.1　细胞内钙离子测定方法175

6.2.2　含氟钙指示剂176

6.2.3　解离常数（KD）的测定178

6.2.4 19FNMR方法的优越性和局限性179

6.2.5 19FNMR在细胞内钙离子测定中的应用180

6.3　细胞内游离钠的测定182

6.3.1　活体23Na NMR方法182

6.3.2 23Na NMR谱信号归属184

6.3.3 23Na MRS的应用186

6.4 19F MRS在生物医学研究中的应用187

6.4.1　体内药物代谢188

6.4.2　细胞内离子的测定189

6.4.3　细胞内pH的测定190

6.4.4　氧浓度或氧压力的测定190

6.4.5　膜电位191

6.4.6　温度192

6.4.7　血液容积192

6.4.8　细胞容积193

6.5　心脏MRS193

6.5.1　定域技术194

6.5.2　代谢物定量195

6.5.3　临床研究195

6.6　肝脏MRS197

6.6.1　正常肝脏的波谱198

6.6.2　肝脏MRS的方法学特点199

6.6.3　正常肝脏中蛋白质、糖和脂质代谢的MRS研究200

6.6.4　弥散性肝疾病202

6.6.5　局部肝病203

6.6.6　药物和肝204

6.7　大脑MRS205

6.7.1　大脑发育和代谢206

6.7.2　疾病和毒物对大脑的影响207

6.7.3　药物代谢和药理作用208

6.7.4　现代神经生理学209

6.8　肿瘤MRS213

6.8.1 31P MRS214

6.8.2 2H MRS216

6.8.3　13C MRS216

6.8.4 19F MRS217

6.8.5　1H MRS218

6.9　细胞凋亡的MRS研究219

6.9.1　凋亡机制的研究220

6.9.2　凋亡发生的标示222

6.9.3　抗肿瘤药物作用机制研究224

6.10　扩散MRS224

6.10.1　亲和MRS——药物筛选新技术224

6.10.2　细胞代谢物的扩散MRS230

附录1　常用核磁共振技术词汇238

附录2　国内出版的核磁共振波谱图书概况247