一種在不均勻磁場下獲取一維高分辨核磁共振譜圖的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法。該方法先施加一個射頻脈沖，將磁化矢量從Z軸旋轉(zhuǎn)到XY平面，然后在兩個方向上施加相位編碼梯度，在第三方向上施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度的同時，采集核磁共振信號。對采集到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)重排列，對重排列得到的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行傅里葉變換，可以獲得一系列小體素對應(yīng)的核磁共振譜圖。每個小體素對應(yīng)的譜圖是高分辨的。由于不均勻磁場的存在，如果直接將小體素累積投影，所獲得的譜圖分辨率低。對小體素對應(yīng)的譜圖進(jìn)行偏置校正，再進(jìn)行累積投影，可以獲得高分辨一維核磁共振譜圖。獲得的高分辨譜圖有助于在不均勻體系中的化學(xué)分析。
【專利說明】—種在不均勻磁場下獲取一維高分辨核磁共振譜圖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，尤其涉及一種能在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高分辨核磁共振譜圖能夠提供化學(xué)位移、標(biāo)量耦合、譜峰分裂模式和相對譜峰面積比等信息，從而提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和動力學(xué)方面的信息，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)，醫(yī)學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。對于傳統(tǒng)的高分辨液體核磁共振而言，磁場的均勻性一般要超過ιοΛ然而，在許多情況下，磁場的均勻度會下降，達(dá)不到采樣高分辨核磁共振譜圖的要求。這些情況包括單邊磁體核磁共振(Bliimich B, Perlo J, Casanova F.Mobilesingle-sided NMR.Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 2008, 52(
4): 197-269.)，生物醫(yī)學(xué)中不同組織間磁化率差異，石油勘探中的巖石樣品，電磁鐵產(chǎn)生的磁場。目前有些方法可用于獲取聞分辨核磁共振譜圖。分子內(nèi)零量子相干技術(shù)(Pouzard
G,Sukumar S，Hall LD.High resolution zero quantum transition(two-dimensional)nuclear magnetic resonance spectroscopy:spectral analysis.Journal of theAmerican Chemical Society, 1981, 103:4209-4215.)和自旋回波相關(guān)譜技術(shù)(HallLD, Norwood TJ.Measurement of high-resolution NMR spectra in an inhomogeneousmagnetic field.Journal of the American Chemical Society, 1987, 109:7579-7581.)通過記錄標(biāo)量耦合自旋間的化學(xué)位移差，消除不均勻磁場的影響。通過設(shè)計特殊的射頻脈沖，產(chǎn)生的射頻場匹配不均勻磁場來獲取高分辨譜圖(Meriles CA, Sakellariou D, Heise
H,MouleAJ,Pines A.Approach to high-resolution ex situ NMR spectroscopy.Science, 2001, 293:82-85.) (Shapira B, Frydman L.Spatial encoding and theacquisition of high-resolution NMR Spectra in inhomogeneous magnetic fields.Journal of the American Chemical Society, 2004，126(23):7184-7185.)。分子間多量子相干技術(shù)也可以用來消除不均勻磁場帶來的效應(yīng)(Vathyam S，Lee S，WarrenWS.Homogeneous NMR spectra in inhomogeneous fields.Science, 1996, 272:92-96.)(Chen Z, Chen ZW, Zhong JH.High-resolution NMR spectra in inhomogeneous fieldsvia IDEAL(Intermolecular Dipolar-1nteraction Enhanced All Lines)method.Journalof the American Chemical Society, 2004，126:446-447.)。上述方法或者不能直接獲得高分辨化學(xué)位移信息，或者需要先驗的不均勻磁場的分布信息，或者信噪比低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供了一種在不均勻磁場中獲取核磁共振譜圖的方法，獲得的核磁共振圖譜分辨率高。
[0004]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，主要步驟為:[0005]I)該方法先施加一個射頻脈沖，將磁化矢量從Z軸旋轉(zhuǎn)到XY平面；
[0006]2)根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度；
[0007]3)對采集到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)重排列；
[0008]4)根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換，可以獲得小體素對應(yīng)的核磁共振譜圖；
[0009]5)對每個所述小體素對應(yīng)的譜圖進(jìn)行偏置校正；
[0010]6)對所述經(jīng)過偏置校正的譜圖進(jìn)行累積投影，獲取高分辨一維核磁共振譜圖。
[0011]作為優(yōu)選，所述射頻脈沖的角度可以是除了 180度整數(shù)倍以外的任意角度。
[0012]作為優(yōu)選，所述根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度是指:如果磁場不均勻只是在一個方向嚴(yán)重，只需要在該方向施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，不需要施加相位編碼梯度。
[0013]作為優(yōu)選，所述根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度是指:如果磁場不均勻是在兩個方向嚴(yán)重，在一個方向施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，在另外一個方向施加相位編碼梯度。
[0014]作為優(yōu)選，所述根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度是指:如果磁場不均勻是在三個方向都嚴(yán)重，則在一個方向施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，還需要在另外兩個方向施加相位編碼梯度。
[0015]作為優(yōu)選，所述根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換是指:如果只施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，沒有施加相位編碼梯度，需要進(jìn)行二維傅里葉變換。
[0016]作為優(yōu)選，所述根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換是指:如果施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度和一個方向的相位編碼梯度，需要進(jìn)行三維傅里葉變換。
[0017]作為優(yōu)選，所述根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換是指:如果施加了回波平面譜成像模塊的采樣梯度和兩個方向的相位編碼梯度，需要進(jìn)行四維傅里葉變換。
[0018]作為優(yōu)選，所述對每個所述小體素對應(yīng)的譜圖進(jìn)行偏置校正是指:尋找每張小體素對應(yīng)譜圖中的若干峰的位置，然后對齊這些峰的位置。
[0019]本發(fā)明提供的一種在不均勻磁場中獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，通過獲取一系列樣品小體素的核磁共振譜圖，并進(jìn)行偏置校正，再通過累加投影獲取高分辨核磁共振一維譜。獲得的高分辨譜圖有助于在不均勻體系中的化學(xué)分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明具體實施例中使用的采集信號的序列圖。
[0021]圖2為三溴丙酸乙酯的核磁共振譜圖，其中:
[0022](a)為在調(diào)偏Zl勻場線圈的不均勻磁場中，采用單脈沖序列采樣的譜圖；
[0023](b)為在調(diào)偏Z1-Z7勻場線圈的不均勻磁場中，采用單脈沖序列采樣的譜圖；
[0024](c)為在調(diào)偏Zl勻場線圈的不均勻磁場中，采用本實施例所得到的譜圖；
[0025](d)為在調(diào)偏Z1-Z7勻場線圈的不均勻磁場中，采用本實施例所得到的譜圖；[0026]圖3為在調(diào)偏X方向和Z方向勻場線圈的不均勻磁場下的三溴丙酸乙酯核磁共振譜圖，其中:
[0027](a)為采用單脈沖序列采樣的譜圖；
[0028](b)為采用圖1所示的脈沖序列獲得的經(jīng)過三維傅里葉變換后的譜圖；
[0029](C)為圖3 (b)經(jīng)過不均勻場偏置校正后獲得的譜圖；
[0030](d)為圖3 (c)累加投影后獲得的高分辨一維譜圖。
[0031]圖4為在將所有方向的勻場線圈的電流置零的不均勻磁場下的三溴丙酸乙酯核磁共振譜圖，其中:
[0032](a)為采用單脈沖序列采樣的譜圖；
[0033](b)為采用圖1所示的脈沖序列獲得的經(jīng)過四維傅里葉變換后的譜圖；
[0034](c)為圖4 (b)經(jīng)過不均勻場偏置校正后獲得的譜圖；
[0035](d)為圖4 (c)累加投影后獲得的高分辨一維譜圖。
【具體實施方式】
[0036]下文結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0037]本實施例使用配備三維梯度場的瓦里安Varian500MHz磁共振儀器,樣品為三溴丙酸乙酯溶液。使用的脈沖序列如圖1所示。
[0038]參考圖2，磁場不均勻只是在一個方向嚴(yán)重的情況，是通過調(diào)偏Z方向的勻場線圈實現(xiàn)的。只在Z方向施加了回波平面譜成像模塊的采樣梯度，沒有施加相位編碼梯度。采樣梯度Ga的大小為29.3高斯/厘米，單個梯度的持續(xù)時間Ta為200微秒，梯度對的個數(shù)Na為800個。采樣信號所需的總時間小于I秒。采樣得到的數(shù)據(jù)重新排列后進(jìn)行二維傅里葉變換。
[0039]在調(diào)偏Zl線圈產(chǎn)生的不均勻磁場中，施加單脈沖序列獲得的譜圖如圖2(a)所示，其分辨率很低。使用本實施例上述步驟獲得的一維高分辨譜圖如圖2 (c)所示。
[0040]在調(diào)偏Zl到Z7線圈產(chǎn)生的不均勻磁場中，施加單脈沖序列獲得的譜圖如圖2(b)所示，其分辨率很低。使用本實施例上述步驟獲得的累積一維高分辨譜圖如圖2 (d)所示。
[0041]參考圖3，磁場不均勻在兩個方向嚴(yán)重的情況，是通過調(diào)偏X方向和Z方向的勻場線圈實現(xiàn)的。在Z方向施加了回波平面譜成像模塊的采樣梯度，并在X方向施加相位編碼梯度。采樣梯度Ga的大小為29.3高斯/厘米，單個梯度的持續(xù)時間Ta為256微秒，梯度對的個數(shù)Na為800個。X方向的相位編碼步數(shù)為51步，相位編碼梯度的變化范圍為-17.1高斯/厘米到17.1高斯/厘米。采樣信號所需的總時間為8分鐘。采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維傅里葉變換。
[0042]施加單脈沖序列獲得的譜圖如圖3 Ca)所示，其分辨率很低。采用圖1所示的脈沖序列獲得的經(jīng)過三維傅里葉變換后的譜圖如圖3 (b)所示，經(jīng)過不均勻場偏置校正獲得的譜圖如圖3 (c)所示，最后經(jīng)過累加投影后獲得的高分辨一維譜圖如圖3 (d)所示。
[0043]磁場不均勻在三個方向都嚴(yán)重的情況，是通過將所有的勻場線圈的電流置零實現(xiàn)的。不僅在Z方向施加了回波平面譜成像模塊的采樣梯度，而且在X方向和Y方向都施加了相位編碼梯度。采樣梯度Ga的大小為29.3高斯/厘米，單個梯度的持續(xù)時間Ta為240微秒，梯度對的個數(shù)Na為800個。X方向的相位編碼步數(shù)為16步，相位編碼梯度的變化范圍為-12.8高斯/厘米到12.8高斯/厘米。Y方向的相位編碼步數(shù)為16步，相位編碼梯度的變化范圍為-14.2高斯/厘米到14.2高斯/厘米。采樣信號所需的總時間為23分鐘。采樣得到的數(shù)據(jù)，先進(jìn)行重排列，然后進(jìn)行四維傅里葉變換。
[0044]施加單脈沖序列獲得的譜圖如圖4 Ca)所示，其分辨率很低。采用圖1所示的脈沖序列獲得的經(jīng)過四維傅里葉變換后的譜圖如圖4 (b)所示，經(jīng)過不均勻場偏置校正獲得的譜圖如圖4 (c)所示，最后經(jīng)過累加投影后獲得的高分辨一維譜圖如圖4 (d)所示。
[0045]綜上所述，本發(fā)明提供的一種在不均勻磁場中獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，通過獲取一系列樣品小體素的核磁共振譜圖，并進(jìn)行偏置校正，再通過累加投影獲取高分辨核磁共振一維譜。獲得的高分辨譜圖有助于在不均勻體系中的化學(xué)分析。
[0046]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:主要步驟為: 1)該方法先施加一個射頻脈沖，將磁化矢量從Z軸旋轉(zhuǎn)到XY平面； 2)根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度； 3)對采集到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)重排列； 4)根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換，可以獲得小體素對應(yīng)的核磁共振譜圖； 5)對每個所述小體素對應(yīng)的譜圖進(jìn)行偏置校正； 6)對所述經(jīng)過偏置校正的譜圖進(jìn)行累積投影，獲取高分辨一維核磁共振譜圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述射頻脈沖的角度可以是除了 180度整數(shù)倍以外的任意角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度是指:如果磁場不均勻只是在一個方向嚴(yán)重，只需要在該方向施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，不需要施加相位編碼梯度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度是指:如果磁場不均勻是在兩個方向嚴(yán)重，在一個方向施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，在另外一個方向施加相位編碼梯度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述根據(jù)實際情況施加相位編碼梯度和回波平面譜成像模塊的采樣梯度是指:如果磁場不均勻是在三個方向都嚴(yán)重，則在一個方向施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，還需要在另外兩個方向施加相位編碼梯度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換是指:如果只施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度，沒有施加相位編碼梯度，需要進(jìn)行二維傅里葉變換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換是指:如果施加回波平面譜成像模塊的采樣梯度和一個方向的相位編碼梯度，需要進(jìn)行三維傅里葉變換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述根據(jù)實際情況對所述經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列的采集信號進(jìn)行傅里葉變換是指:如果施加了回波平面譜成像模塊的采樣梯度和兩個方向的相位編碼梯度，需要進(jìn)行四維傅里葉變換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在不均勻磁場下獲取高分辨核磁共振譜圖的方法，其特征在于:所述對每個所述小體素對應(yīng)的譜圖進(jìn)行偏置校正是指:尋找每張小體素對應(yīng)譜圖中的若干峰的位置，然后對齊這些峰的位置。
【文檔編號】G01R33/565GK103744043SQ201410024717
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】林雁勤, 韋芝良, 陳忠, 林良杰 申請人:廈門大學(xué)