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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NMR 14

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FT 39

2.4.6　数字化FT 39

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 MRS 77

4.1.2 2H MRS 82

4.1.3 7Li MRS 83

4.1.4 13C MRS 83

4.1.5 14N MRS 83

4.1.6 15N MRS 84

4.1.7 19F MRS 84

4.1.8 23Na MRS 85

4.1.9 31P MRS 87

4.1.11 133Cs MRS 89

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 MRS 89

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MRS 193

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MRS 197

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MRS 205

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MRS 213

6.8.1 31P MRS 214

6.8.2 2H MRS 216

6.8.3　13C MRS 216

6.8.4 19F MRS 217

6.8.5　1H MRS 218

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MRS 224

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MRS 230

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