一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法
【專利摘要】一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，涉及核磁共振波譜儀。1）用常規(guī)一維脈沖序列采樣一張一維譜，用來分析磁場不均勻性的情況，獲得譜線的線寬，為實驗譜寬參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)；2）在核磁共振波譜儀上導(dǎo)入事先編譯好的分子間零量子相干三維譜脈沖序列；3）打開分子間零量子相干三維譜脈沖序列的分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期t1模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、信號采樣期t4模塊，設(shè)置該脈沖序列各個模塊的實驗參數(shù)；4）執(zhí)行步驟3）設(shè)置實驗參數(shù)后的分子間零量子相干三維譜脈沖序列，進行數(shù)據(jù)采樣；5）數(shù)據(jù)采樣完成后，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，得免于不均勻磁場影響的高分辨率三維譜。
【專利說明】—種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核磁共振(NMR,Nuclear Magnetic Resonance)譜儀,尤其是涉及一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核磁共振波譜技術(shù)是一種公認的研究分子結(jié)構(gòu)、成分組成以及分子動態(tài)過程的重要工具，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、材料以及生命科學(xué)等各個領(lǐng)域。基于應(yīng)用的需要，目前已經(jīng)有大量的譜學(xué)脈沖序列和采樣方法被提出來，所提出的這些方法包括一維的序列，也包括多維的序列。通常情況下，對于一些具有簡單的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)的樣品，往往一維和二維脈沖序列就足以滿足應(yīng)用分析的需求。由于一維和二維實驗的采樣時間較短，數(shù)據(jù)處理也相對簡單，因此現(xiàn)在核磁譜儀上做得最多也就是這類實驗。但如果所檢測的樣品含有大量化學(xué)成分以及復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，比如復(fù)雜生物組織萃取液或者蛋白質(zhì)溶液，那么這時一維和二維實驗往往就無法勝任這一檢測任務(wù)。因為大量的核磁共振信號會使得一維和二維譜變得非常復(fù)雜擁擠，甚至?xí)霈F(xiàn)信號疊加的情況，最終無法獲得正確的譜學(xué)分析信息?；诖耍S甚至更高維的核磁共振方法進一步被提出來，譜圖維度的增加能夠使得擁擠的譜學(xué)信息得到分離，大大緩解一維和二維譜所遇到的問題。由于核磁實驗的采樣時間是隨著譜圖維度程指數(shù)增長，多維實驗往往需要很長的采樣時間，因此三維實驗是一種比較折中的方法，至少對于普通的成分復(fù)雜樣品是完全夠用的。在現(xiàn)在的核磁共振波譜儀上都配有標(biāo)準(zhǔn)的三維脈沖序列，這些方法在生物和材料樣品等各個方面都有重要的應(yīng)用，例如蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)解析，復(fù)雜聚合物成分的檢測等。
[0003]當(dāng)然，上述所討論的三維核磁共振波譜的應(yīng)用都是基于磁場均勻的情況。通常只有檢測樣品上所附加的磁場是均勻的情況，才有最終為分子結(jié)構(gòu)和成分分析等提供有用的譜學(xué)信息。核磁共振實驗往往對磁場的均勻性有著極高的要求，例如對于溶液樣品的氫譜檢測，所附加的磁場在空間上的變化浮動范圍必須在10_8以內(nèi)才能夠滿足高分辨率信息的要求。為了盡量滿足核磁共振對磁場均勻的要求，首先在磁體設(shè)計和磁體材料應(yīng)用上保證有一個產(chǎn)生均勻磁場的基礎(chǔ)環(huán)境。而隨著核磁共振硬件技術(shù)的進步，目前標(biāo)準(zhǔn)核磁共振波譜儀都采用了性能穩(wěn)定的超導(dǎo)磁體，為高分辨信息的獲取提供了基本的硬件條件。其次，勻場和射頻等硬件技術(shù)的改進能夠進一步提高磁場均勻性。目前已經(jīng)出現(xiàn)一系列通過勻場硬件方面改進和操作來提高磁場均勻性的方法，而這需要耗費相當(dāng)多的努力，包括仔細勻場、旋轉(zhuǎn)樣品、嚴(yán)格去除樣品中的順磁性或顆粒性雜質(zhì)，以及采用與樣品磁化率匹配的容器等。目前還發(fā)展了利用射頻場補償Btl靜磁場不均勻性的方法，并且用于不均勻磁場中獲得高分辨譜。例如，對于磁體外核磁共振，Blumich研究小組設(shè)計出了一種低磁場下單邊可移動的核磁共振檢測手段(Perlo J., Casanova F., and Blumich B.Ex situ NMR inhighly homogeneous fields:H-1spectroscopy[J].Science., 2007, 315(5815)，1110-111
2);另外，也有研究者從軟件方面提出了一些通過數(shù)據(jù)后處理方法來補償或校正磁場不均勻效應(yīng)。例如，Sersa等人(Sersa 1., Macura S.1mprovement of spectral resolution byspectroscopic imaging [J].Appl Magn.Reson., 2004, 27, 259-266.)提出了一種成像去卷積的后處理方法來補償磁場不均勻效應(yīng)?，F(xiàn)有的這些提高磁場均勻性的方法(包括從硬件和軟件上)在應(yīng)用上有諸多的限制，如需要事先獲得磁場分布等。
[0004]雖然已經(jīng)有一系列硬件和軟件的勻場方法來改善磁場均勻性，但由于其自身的局限性目前標(biāo)準(zhǔn)核磁共振波譜儀所配置的常規(guī)三維譜序列仍無法應(yīng)用于不理想的磁場環(huán)境中。如果能夠解決好這個問題，不需要復(fù)雜的硬件勻場操作也不需要事先知道磁場分布情況，而僅僅從脈沖序列設(shè)計角度出發(fā)，設(shè)計出一種能在不均勻磁場環(huán)境下獲得高分辨三維譜的方法，就可以為復(fù)雜生物、化學(xué)以及材料樣品提供一種重要檢測工具，大大提高核磁共振波譜技術(shù)的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種在核磁共振譜儀上不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，所獲得的高分辨率三維譜以三維J相關(guān)譜的形式顯示出來，其中J偶合信息分布于其中獨立 一維，化學(xué)位移和相關(guān)信息分布于另外兩維。
[0006]本發(fā)明包括如下步驟:
[0007]I)用常規(guī)一維脈沖序列采樣一張一維譜，用來分析磁場不均勻性的情況，獲得譜線的線寬，為實驗譜寬參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)；
[0008]2)在核磁共振波譜儀上導(dǎo)入事先編譯好的分子間零量子相干三維譜脈沖序列；
[0009]3)打開分子間零量子相干三維譜脈沖序列的分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期^模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、信號采樣期t4模塊，設(shè)置該脈沖序列各個模塊的實驗參數(shù)；
[0010]4)執(zhí)行步驟3)設(shè)置實驗參數(shù)后的分子間零量子相干三維譜脈沖序列，進行數(shù)據(jù)采樣；
[0011]5)數(shù)據(jù)采樣完成后，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，得到免于不均勻磁場影響的高分辨
率三維譜。
[0012]在步驟I)中，所述常規(guī)一維脈沖序列是核磁共振譜儀自帶的一維脈沖序列，由一個非選擇性η/2射頻脈沖和采樣期構(gòu)成，即非選擇性η/2射頻脈沖作用后緊跟著信號采樣，目的是為了檢查在無任何勻場的情況下，實驗中磁場均勻性情況，同時為譜寬參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。
[0013]在步驟2)中，所述分子間零量子相干三維譜脈沖序列使用分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期^模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、直接維采樣期t4模塊；
[0014]所述分子間零量子相干信號選擇模塊由一個非選擇性矩形π/2脈沖、一個非選擇性矩形η脈沖、一個溶劑選擇性高斯形狀(η/2)1脈沖，一個溶質(zhì)選擇性高斯形狀(^ /2)s脈沖，以及三個沿z方向的線性梯度場構(gòu)成，通過分子間零量子相干信號選擇模塊可選擇出所要的分子間零量子相干信號；由于分子間零量子相干信號源于遠程偶極相互作用的溶劑和溶質(zhì)自旋，這一信號的共振頻率是溶劑和溶質(zhì)自旋共振頻率之差；
[0015]在遠程偶極相互作用的有效距離10~100 μ m內(nèi)，溶劑和溶質(zhì)自旋附加的磁場不均勻性是一樣的，因此兩者的頻率進行相減之后，磁場不均勻性就完全被消除；因為有這一特性，分子間零量子相干信號選擇模塊所選擇出來的分子間零量子相干信號實際上對磁場不均勻性是不敏感的，具有免疫的特性。
[0016]所述間接維演化期h模塊是一個常規(guī)的間接維演化過程，需按照特定的時間增量進行信號演化；所選擇出的分子間零量子相干信號在間接維演化期^內(nèi)演化后，具有化學(xué)位移信息，構(gòu)成了四維采樣信號沿Fl維的信息(Fl維對應(yīng)間接維演化期ti)，即三維譜的其中一個化學(xué)位移維。
[0017]所述間接維演化期t2模塊是一個超快速的空間編碼過程，由兩對sine形狀絕熱η脈沖以及對應(yīng)的編碼梯度場構(gòu)成，每一對sine形狀絕熱π脈沖以及對應(yīng)的編碼梯度場構(gòu)成一個t2/2，在序列前后各一個。所選擇出的分子間零量子相干信號在這一模塊進行演化以后，就可對磁場不均勻性進行編碼，構(gòu)成了四維采樣信號沿F2維的信息(F2維對應(yīng)間接維演化期t2)。
[0018]與常規(guī)間接維演化期h不同的是，這一模塊空間編碼過程一次采樣就可實現(xiàn)信號演化，無需按照特定的時間增量進行信號演化，極大提高采樣效率。[0019]所述間接維演化期t3模塊是由前后相等的兩部分t3/2構(gòu)成的，且兩個t3/2中間插入一個非選擇性η脈沖形成自旋回波的信號演化。這也是一個常規(guī)的間接維演化過程，需按照特定的時間增量進行信號演化；所選擇出得分子間零量子相干信號在間接維演化期t3內(nèi)演化后，完全消除了化學(xué)位移只保留了 J偶合信息，構(gòu)成了四維采樣信號沿F3維的信息(F3維對應(yīng)間接維演化期t3)，即三維譜的J偶合信息維。間接維演化期t3只包含J偶合信息演化，四維信號采樣過程中，F(xiàn)3維譜寬大小只需要覆蓋J偶合常數(shù)而無需覆蓋化學(xué)位移寬度，因此大大提高三維采樣效率。
[0020]所述直接維采樣期t4模塊是一個空間解碼的過程，與間接維演化期t2模塊的編碼過程相對應(yīng)，這一模塊由一對解碼梯度場構(gòu)成，最終實現(xiàn)四維信號的采樣。同時，它也構(gòu)成了四維信號在F4維的信息(F4維對應(yīng)直接維采樣期t4)。
[0021]由于分子間零量子相干信號的特性，磁場不均勻效應(yīng)沿F2和F4維是相關(guān)聯(lián)，因此經(jīng)過特定的數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)處理能夠使得F2維和F4維的磁場不均勻效應(yīng)相互補償，最終沿著F4維磁場不均勻效應(yīng)被消除且構(gòu)成了三維譜的另一個化學(xué)位移維。
[0022]在步驟3)中，所述實驗參數(shù)包括直接維譜寬SW、第一間接維譜寬SW1、第二間接維譜寬SW2、第三間接維譜寬SW3、采樣時間at、間接維演化期h的點數(shù)n1、間接維演化期t3的點數(shù)ni3、序列延遲時間RD、固定延時2 Λ、Ji/2非選擇性矩形脈沖的時間、π非選擇性矩形脈沖的時間，(η/2)1選擇性高斯脈沖的時間、sine形狀絕熱π脈沖的時間，線性相干梯度場強度及其作用時間、空間編碼梯度場強度及其作用時間，空間解碼梯度場強度及其作用時間；所述固定延時2Δ的設(shè)定范圍可為40~120ms。
[0023]在步驟4)中，所述進行數(shù)據(jù)采樣的具體方法可為:每一次序列執(zhí)行過程，首先，序列延遲一段RD的時間，目的是為了讓磁化矢量弛豫恢復(fù)過來；接著，脈沖序列的各個模塊依次對樣品進行作用演化，即選擇出相應(yīng)的分子間零量子相干信號，在間接維演化期h按照特定的時間增量進行信號演化，在間接維演化期t2編碼過程進行信號演化，在間接維演化期t3按照特定的時間增量進行信號演化；最后，在直接維采樣期t4進行空間解碼采集信號；上述序列執(zhí)行過程只是對一次的間接維點數(shù)的采樣，對于一整個四維數(shù)據(jù)需要對上述序列執(zhí)行過程重復(fù)ni Xni3次。[0024]在步驟5)中，所述進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，首先是對所獲得的四維數(shù)據(jù)沿F2維和F4維進行超快速數(shù)據(jù)處理，獲得相應(yīng)的由F2維和F4維構(gòu)成的二維譜，對這張二維譜進行一次旋轉(zhuǎn)處理，即在F2-F4平面上沿著F2=0軸逆時針旋轉(zhuǎn)45° ;處理得到的二維圖沿著F4維完全消除了磁場不均勻效應(yīng)的影響，接著將整個四維數(shù)據(jù)沿著F2維進行累積投影，獲得一個三維數(shù)據(jù)；對這個三維數(shù)據(jù)沿Fl維和F3維進行二維傅里葉變換獲得一張高分辨率三維圖。
[0025]本發(fā)明通過脈沖序列的設(shè)計利用分子間零量子相干信號選擇模塊和四維采樣間接維演化期tpt2及t3模塊，來進行信號演化采樣并做相應(yīng)的數(shù)據(jù)后處理，最后得到免于磁場不均勻影響的高分辨三維譜。雖然所述的脈沖序列需要進行四維采樣來獲得所需的信號，但由于F2和F4維分別利用了超快編碼和解碼過程來實現(xiàn)信號演化，整個四維采樣時間只與Fl維中化學(xué)位移和F3維中J偶合大小有關(guān)，這一脈沖序列的采樣時間與常規(guī)簡單的三維譜采樣時間是類似的，一般在幾個小時以內(nèi)。所獲得的高分辨率三維譜是以三維J相關(guān)譜的形式顯示出來，其中J偶合信息分布于其中獨立一維，化學(xué)位移和相關(guān)信息分布于另外兩維。通過實現(xiàn)對譜學(xué)信息的分離及其在三維空間的合理分布，這種高分辨三維譜對于復(fù)雜生物、化學(xué)以及材料樣品歸屬分析有著重要應(yīng)用。本發(fā)明能夠克服核磁共振波譜儀上各種磁場不均勻的影響而獲得高分辨三維譜，無需勻場操作，為復(fù)雜生物組織代謝物以及復(fù)雜化學(xué)樣品分析提供一種簡便有效的方法。
[0026]本發(fā)明提出一種在不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，是一種涉及核磁共振波譜學(xué)檢測的方法。所提出的方法只需在核磁共振波譜儀上以文本格式導(dǎo)入編譯好的脈沖序列以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)后處理代碼，適用于所有常規(guī)的核磁共振波譜儀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為應(yīng)用于不均勻磁場下獲得高分辨率三維譜的脈沖序列，其中矩形條為非選擇性/2和π射頻脈沖，高斯形狀的條形為溶劑選擇性(^!/^工和溶質(zhì)選擇性丨^/^^射頻脈沖，sine形狀條為絕熱π脈沖，斜線填充的矩形塊為沿ζ方向線性相干選擇梯度，空白矩形塊為空間編碼梯度Ge和解碼梯度Gd，I代表溶劑，S代表溶質(zhì)。
[0028]圖2為三溴丙酸乙酯丙酮溶液的常規(guī)一維譜,譜線線寬為250Hz。
[0029]圖3為三溴丙酸乙酯丙酮溶液在同樣不均勻磁場情況下利用分子間零量子相干三維譜方法所獲得的三維譜。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明所提出的分子間零量子三維方法能夠克服核磁共振波譜儀上磁場不均勻的影響而獲得高分辨率三維譜，省去了人工勻場操作，實現(xiàn)對復(fù)雜譜學(xué)信息的分離及其在三維空間的合理分布，為復(fù)雜生物、化學(xué)以及材料樣品歸屬分析提供一種簡便有效的方法。本發(fā)明具體實施過程中的各個步驟如下:
[0031 ] 步驟I，常規(guī)一維譜的采樣
[0032] 首先用核磁共振譜儀自帶的常規(guī)一維脈沖序列(即一個非選擇性η /2射頻脈沖作用之后緊跟著信號采樣)采樣得到一張一維譜，由一維譜獲得譜線的線寬，線寬值反映了磁場均勻性情況，同時這一線寬值也為譜寬參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。[0033]步驟2，脈沖序列的導(dǎo)入
[0034]在核磁共振譜儀操作臺上，打開譜儀相應(yīng)的操作軟件，導(dǎo)入事先編譯好的分子間零量子三維譜脈沖序列(如圖1所示)，選擇特定的實驗區(qū)，然后調(diào)入上述脈沖序列，為下一步操作做準(zhǔn)備。
[0035]步驟3，分子間零量子三維譜脈沖序列參數(shù)設(shè)置
[0036]首先打開該脈沖序列的各個相關(guān)模塊，包括分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期^模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、直接維采樣期t4模塊。接著根據(jù)檢測樣品實際情況設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)，包括直接維譜寬SW，第一間接維譜寬SW1，第二間接維譜寬SW2，第三間接維譜寬SW3，采樣時間at，間接維演化期的點數(shù)ni，間接維演化期t3的點數(shù)ni3，固定延時2 Λ，Ji /2和π非選擇性矩形脈沖時間，(^ /2)1選擇性高斯脈沖時間，sine形狀絕熱π脈沖的時間，線性相干梯度場強度及其作用時間、空間編碼梯度場強度及其作用時間，空間解碼梯度場強度及其作用時間。其中，空間編碼解碼梯度和sine形狀絕熱π脈沖的設(shè)置可參考步驟I常規(guī)一維譜所獲得線寬值。
[0037]步驟4，分子間零量子三維譜脈沖序列數(shù)據(jù)采樣
[0038]有別于常規(guī)核磁共振波譜序列，本發(fā)明可跳過樣品的勻場過程，直接執(zhí)行設(shè)置好的分子間零量子三維譜脈沖序列，進行數(shù)據(jù)采樣。每一次序列執(zhí)行過程中，首先序列延遲一段RD的時間，目的是為了讓磁化矢量弛豫恢復(fù)過來；接著，脈沖序列的各個模塊依次對樣品進行作用演化，即選擇出相應(yīng)的分子間零量子相干信號，在間接維演化期h按照特定的時間增量進行信號演化，在間接維演化期t2編碼過程進行信號演化，在間接維演化期t3按照特定的時間增量進行信號演化，最后在直接維采樣期t4進行空間解碼采集信號；上述序列執(zhí)行過程只是對一次的間接維點數(shù)的采樣，對于一整個四維數(shù)據(jù)需要對上述序列執(zhí)行過程重復(fù)niXni3次。數(shù)據(jù)采樣完成后，執(zhí)行下一步驟，否則繼續(xù)采樣直到采樣完成。
[0039]步驟5，數(shù)據(jù)后處理
[0040]數(shù)據(jù)采樣完成后，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，首先是對所獲得的四維數(shù)據(jù)沿F2維和F4維進行超快速數(shù)據(jù)處理，獲得相應(yīng)的由F2維和F4維構(gòu)成的二維譜，對這張二維譜進行一次旋轉(zhuǎn)處理，即在F2-F4平面上沿著F2=0軸逆時針旋轉(zhuǎn)45°。處理得到的二維圖沿著F4維完全消除了磁場不均勻效應(yīng)的影響，接著將整個四維數(shù)據(jù)沿著F2維進行累積投影，獲得一個三維數(shù)據(jù)。對這個三維數(shù)據(jù)沿Fl維和F3維進行二維傅里葉變換獲得一張高分辨率三維圖。
[0041]以下給出具體實施例:
[0042] 將這一新的方法掃描了一種化學(xué)溶液樣品作為一個實施例，用這個具體的實施例來驗證本發(fā)明的在不均勻磁場環(huán)境下應(yīng)用的可行性。實驗所采用的樣品是三溴丙酸乙酯的丙酮溶液，實驗測試是在一臺Varian500MHz NMR譜議(Varian, Palo Alto, CA)下進行,整個實驗過程沒有進行人為的勻場操作。按照上述分子間零量子三維譜方法的操作流程，首先用常規(guī)簡單的一維脈沖序列采樣得到一張一維譜，采樣時間為2s，結(jié)果如圖2所示，從這張一維譜可以獲得譜線線寬為250Hz。由于直接對樣品采樣沒有進行勻場操作，磁場均勻性較低。接著，導(dǎo)入編譯好的如圖1所示分子間零量子三維譜脈沖序列，打開脈沖序列的各個相關(guān)模塊，包括分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期A模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、直接維采樣期t4模塊，設(shè)置實驗參數(shù)，具體對于本實施例所采用的樣品，其實驗參數(shù)設(shè)置如下:直接維譜寬SW為2300Hz，第一間接維譜寬SWl為2300Hz，第二間接維譜寬SW2為300Hz，第三間接維譜寬SW3為30Hz，采樣時間at為0.4s，間接維演化期h的點數(shù)ni為350，間接維演化期t3的點數(shù)ni3為12，脈沖延遲時間RD為ls，Ji /2和非選擇性矩形脈沖時間為10 μ S和20 μ S，(/2)1選擇性高斯脈沖寬度為6ms，sine形狀絕熱η脈沖的時間為10ms，2Λ為60ms，線性相干梯度場強度和時間分別為0.1T/m和
1.2ms, 空間編碼梯度場強度和時間分別為0.038T/m和10ms，空間解碼梯度場強度和時間分別為0.044T/m和0.13ms。跳過勻場過程直接點擊開始，執(zhí)行設(shè)置好的序列，每一次序列執(zhí)行過程，就可以得到一次的間接維點數(shù)的所對應(yīng)信號，對這個樣品信號采樣要重復(fù)4200次，整個采樣時間為1.17h。
[0043]數(shù)據(jù)采樣完成后，按照上述步驟5的處理過程對所獲得的數(shù)據(jù)進行后處理，首先是對所獲得的四維數(shù)據(jù)沿F2維和F4維進行超快速數(shù)據(jù)處理，獲得相應(yīng)的由F2維和F4維構(gòu)成的二維譜，對這張二維譜進行一次旋轉(zhuǎn)處理，即在F2-F4平面上沿著F2=0軸逆時針旋轉(zhuǎn)45。。處理得到的二維圖沿著F4維完全消除了磁場不均勻效應(yīng)的影響，接著將整個四維數(shù)據(jù)沿著F2維進行累積投影，獲得一個三維數(shù)據(jù)。對這個三維數(shù)據(jù)沿Fl維和F3維進行二維傅里葉變換，就可以獲得本實施例的高分辨率三維譜，最終結(jié)果如圖3所示，從中可以看出，即使在磁場不理想的情況下，本發(fā)明能夠獲得一張高分辨率三維譜。在這張三維譜中，F(xiàn)l維(化學(xué)位移維)的線寬由250Hz降低到8Hz，F(xiàn)3維(J偶合維)的線寬由250Hz降低到4Hz,F4維(化學(xué)位移維)的線寬由250Hz降低到33Hz，極大提高了譜圖的分辨率，且各種譜圖信息合理地分布于三維空間中，有利于復(fù)雜信號的歸屬。
[0044]由此可見，利用本發(fā)明所述的方法能夠在不均勻磁場中恢復(fù)出高分辨率三維譜信息，各種核磁共振信息都可以清晰地獲得。
[0045]表1
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)用常規(guī)一維脈沖序列采樣一張一維譜，用來分析磁場不均勻性的情況，獲得譜線的線寬，為實驗譜寬參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)； 2)在核磁共振波譜儀上導(dǎo)入事先編譯好的分子間零量子相干三維譜脈沖序列； 3)打開分子間零量子相干三維譜脈沖序列的分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期^模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、信號采樣期t4模塊，設(shè)置該脈沖序列各個模塊的實驗參數(shù)； 4)執(zhí)行步驟3)設(shè)置實驗參數(shù)后的分子間零量子相干三維譜脈沖序列，進行數(shù)據(jù)采樣； 5)數(shù)據(jù)采樣完成后，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，得到免于不均勻磁場影響的高分辨率三維譜。
2.如權(quán)利要求1所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于在步驟I)中，所述常規(guī)一維脈沖序列是核磁共振譜儀自帶的一維脈沖序列，由一個非選擇性η/2射頻脈沖和 采樣期構(gòu)成，即非選擇性η/2射頻脈沖作用后緊跟著信號采樣。
3.如權(quán)利要求1所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于在步驟2)中，所述分子間零量子相干三維譜脈沖序列使用分子間零量子相干信號選擇模塊、間接維演化期^模塊、間接維演化期t2模塊、間接維演化期t3模塊、直接維采樣期t4模塊。
4.如權(quán)利要求3所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于所述分子間零量子相干信號選擇模塊由一個非選擇性矩形η /2脈沖、一個非選擇性矩形η脈沖、一個溶劑選擇性高斯形狀(η/2)1脈沖，一個溶質(zhì)選擇性高斯形狀(π/2)3脈沖，以及三個沿ζ方向的線性梯度場構(gòu)成，通過分子間零量子相干信號選擇模塊可選擇出所要的分子間零量子相干信號；由于分子間零量子相干信號源于遠程偶極相互作用的溶劑和溶質(zhì)自旋，這一信號的共振頻率是溶劑和溶質(zhì)自旋共振頻率之差。
5.如權(quán)利要求3所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于所述間接維演化期^模塊是一個常規(guī)的間接維演化過程，需按照特定的時間增量進行信號演化；所選擇出的分子間零量子相干信號在間接維演化期^內(nèi)演化后，具有化學(xué)位移信息，構(gòu)成了四維采樣信號沿Fl維的信息，即三維譜的其中一個化學(xué)位移維；F1維對應(yīng)間接維演化期A。
6.如權(quán)利要求3所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于所述間接維演化期&模塊是一個超快速的空間編碼過程，由兩對sine形狀絕熱π脈沖以及對應(yīng)的編碼梯度場構(gòu)成，每一對sine形狀絕熱π脈沖以及對應(yīng)的編碼梯度場構(gòu)成一個t2/2，在序列前后各一個；所選擇出的分子間零量子相干信號在這一模塊進行演化以后，可對磁場不均勻性進行編碼，構(gòu)成四維采樣信號沿F2維的信息，F(xiàn)2維對應(yīng)間接維演化期t2。
7.如權(quán)利要求3所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于所述間接維演化期t3模塊由前后相等的兩部分t3/2構(gòu)成，且兩個t3/2中間插入一個非選擇性η脈沖形成自旋回波的信號演化；這也是一個常規(guī)的間接維演化過程，需按照特定的時間增量進行信號演化；所選擇出得分子間零量子相干信號在間接維演化期&內(nèi)演化后，完全消除了化學(xué)位移只保留了 J偶合信息，構(gòu)成四維采樣信號沿F3維的信息，即三維譜的J偶合信息維，F(xiàn)3維對應(yīng)間接維演化期t3 ;間接維演化期t3只包含J偶合信息演化； 所述直接維采樣期t4模塊是一個空間解碼的過程，與間接維演化期t2模塊的編碼過程相對應(yīng)，這一模塊由一對解碼梯度場構(gòu)成，最終實現(xiàn)四維信號的采樣；同時，它也構(gòu)成四維信號在F4維的信息，F(xiàn)4維對應(yīng)直接維采樣期t4。
8.如權(quán)利要求1所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于在步驟3)中，所述實驗參數(shù)包括直接維譜寬SW、第一間接維譜寬SW1、第二間接維譜寬SW2、第三間接維譜寬SW3、采樣時間at、間接維演化期h的點數(shù)n1、間接維演化期t3的點數(shù)ni3、序列延遲時間RD、固定延時2 Λ、Ji /2非選擇性矩形脈沖的時間、非選擇性矩形脈沖的時間，(JI/2)1選擇性高斯脈沖的時間、sine形狀絕熱π脈沖的時間，線性相干梯度場強度及其作用時間、空間編碼梯度場強度及其作用時間，空間解碼梯度場強度及其作用時間；所述固定延時2Δ的設(shè)定范圍可為40~120ms。
9.如權(quán)利要求1所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于在步驟4)中，所述進行數(shù)據(jù)采樣的具體方法為:每一次序列執(zhí)行過程，首先，序列延遲一段RD的時間，目的是為了讓磁化矢量弛豫恢復(fù)過來；接著，脈沖序列的各個模塊依次對樣品進行作用演化，即選擇出相應(yīng)的分子間零量子相干信號，在間接維演化期h按照特定的時間增量進行信號演化，在間接維演化期t2編碼過程進行信號演化，在間接維演化期t3按照特定的時間增量進行信號演化；最后，在直接維采樣期t4進行空間解碼采集信號；上述序列執(zhí)行過程只是對一次的間接維點數(shù)的采樣，對于一整個四維數(shù)據(jù)需要對上述序列執(zhí)行過程重復(fù)niXni3次。
10.如權(quán)利要求1所述一種不均勻磁場下獲得高分辨率核磁共振三維譜的方法，其特征在于在步驟5)中，所述進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，首先是對所獲得的四維數(shù)據(jù)沿F2維和F4維進行超快速數(shù)據(jù)處理，獲得相應(yīng)的由F2維和F4維構(gòu)成的二維譜，對該二維譜進行一次旋轉(zhuǎn)處理，即在F2-F4平面上沿著F2=0軸逆時針旋轉(zhuǎn)45° ;處理得到的二維圖沿著F4維完全消除了磁場不均勻效應(yīng)的影響，接著將整個四維數(shù)據(jù)沿著F2維進行累積投影，獲得一個三維數(shù)據(jù)；對該三維數(shù)據(jù)沿Fl維和F3維進行二維傅里葉變換，獲得一張高分辨率三維圖。
【文檔編號】G01N24/08GK103941204SQ201410151498
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】黃玉清, 陳忠 申請人:廈門大學(xué)