CN103744043B - 一种在不均匀磁场下获取一维高分辨核磁共振谱图的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在不均匀磁场下获取高分辨核磁共振谱图的方法。该方法先施加一个射频脉冲，将磁化矢量从Z轴旋转到XY平面，然后在两个方向上施加相位编码梯度，在第三方向上施加回波平面谱成像模块的采样梯度的同时，采集核磁共振信号。对采集到的信号进行数据重排列，对重排列得到的数据矩阵进行傅里叶变换，可以获得一系列小体素对应的核磁共振谱图。每个小体素对应的谱图是高分辨的。由于不均匀磁场的存在，如果直接将小体素累积投影，所获得的谱图分辨率低。对小体素对应的谱图进行偏置校正，再进行累积投影，可以获得高分辨一维核磁共振谱图。获得的高分辨谱图有助于在不均匀体系中的化学分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种获取高分辨核磁共振谱图的方法，尤其涉及一种能在不均匀磁场下获取高分辨核磁共振谱图的方法。
背景技术
高分辨核磁共振谱图能够提供化学位移、标量耦合、谱峰分裂模式和相对谱峰面积比等信息，从而提供有关分子结构和动力学方面的信息，在物理学、化学、生物学，医学和材料学等领域获得了广泛的应用。对于传统的高分辨液体核磁共振而言，磁场的均匀性一般要超过10-8。然而，在许多情况下，磁场的均匀度会下降，达不到采样高分辨核磁共振谱图的要求。这些情况包括单边磁体核磁共振（BlümichB,PerloJ，CasanovaF.Mobilesingle-sidedNMR.ProgressinNuclearMagneticResonanceSpectroscopy,2008,52(4):197-269.），生物医学中不同组织间磁化率差异，石油勘探中的岩石样品，电磁铁产生的磁场。目前有些方法可用于获取高分辨核磁共振谱图。分子内零量子相干技术（PouzardG,SukumarS,HallLD.Highresolutionzeroquantumtransition(two-dimensional)nuclearmagneticresonancespectroscopy:spectralanalysis.JournaloftheAmericanChemicalSociety,1981,103：4209-4215.）和自旋回波相关谱技术（HallLD,NorwoodTJ.Measurementofhigh-resolutionNMRspectrainaninhomogeneousmagneticfield.JournaloftheAmericanChemicalSociety,1987,109：7579-7581.）通过记录标量耦合自旋间的化学位移差，消除不均匀磁场的影响。通过设计特殊的射频脉冲，产生的射频场匹配不均匀磁场来获取高分辨谱图（MerilesCA,SakellariouD,HeiseH,MouleAJ,PinesA.Approachtohigh-resolutionexsituNMRspectroscopy.Science,2001,293:82-85.）（ShapiraB，FrydmanL.Spatialencodingandtheacquisitionofhigh-resolutionNMRSpectraininhomogeneousmagneticfields.JournaloftheAmericanChemicalSociety,2004,126(23):7184-7185.）。分子间多量子相干技术也可以用来消除不均匀磁场带来的效应（VathyamS,LeeS,WarrenWS.HomogeneousNMRspectraininhomogeneousfields.Science,1996,272:92-96.）(ChenZ,ChenZW,ZhongJH.High-resolutionNMRspectraininhomogeneousfieldsviaIDEAL(IntermolecularDipolar-InteractionEnhancedAllLines)method.JournaloftheAmericanChemicalSociety,2004,126:446-447.)。上述方法或者不能直接获得高分辨化学位移信息，或者需要先验的不均匀磁场的分布信息，或者信噪比低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种在不均匀磁场中获取核磁共振谱图的方法，获得的核磁共振图谱分辨率高。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种在不均匀磁场下获取高分辨核磁共振谱图的方法，主要步骤为：
1）该方法先施加一个射频脉冲，将磁化矢量从Z轴旋转到XY平面；
2）根据实际情况施加相位编码梯度和回波平面谱成像模块的采样梯度；
3）对采集到的信号进行数据重排列；
4）根据实际情况对所述经过数据重新排列的采集信号进行傅里叶变换，可以获得小体素对应的核磁共振谱图；
5）对每个所述小体素对应的谱图进行偏置校正；
6）对所述经过偏置校正的谱图进行累积投影，获取高分辨一维核磁共振谱图。
作为优选，所述射频脉冲的角度可以是除了180度整数倍以外的任意角度。
作为优选，所述根据实际情况施加相位编码梯度和回波平面谱成像模块的采样梯度是指：如果磁场不均匀只是在一个方向严重，只需要在该方向施加回波平面谱成像模块的采样梯度，不需要施加相位编码梯度。
作为优选，所述根据实际情况施加相位编码梯度和回波平面谱成像模块的采样梯度是指：如果磁场不均匀是在两个方向严重，在一个方向施加回波平面谱成像模块的采样梯度，在另外一个方向施加相位编码梯度。
作为优选，所述根据实际情况施加相位编码梯度和回波平面谱成像模块的采样梯度是指：如果磁场不均匀是在三个方向都严重，则在一个方向施加回波平面谱成像模块的采样梯度，还需要在另外两个方向施加相位编码梯度。
作为优选，所述根据实际情况对所述经过数据重新排列的采集信号进行傅里叶变换是指：如果只施加回波平面谱成像模块的采样梯度，没有施加相位编码梯度，需要进行二维傅里叶变换。
作为优选，所述根据实际情况对所述经过数据重新排列的采集信号进行傅里叶变换是指：如果施加回波平面谱成像模块的采样梯度和一个方向的相位编码梯度，需要进行三维傅里叶变换。
作为优选，所述根据实际情况对所述经过数据重新排列的采集信号进行傅里叶变换是指：如果施加了回波平面谱成像模块的采样梯度和两个方向的相位编码梯度，需要进行四维傅里叶变换。
作为优选，所述对每个所述小体素对应的谱图进行偏置校正是指：寻找每张小体素对应谱图中的若干峰的位置，然后对齐这些峰的位置。
本发明提供的一种在不均匀磁场中获取高分辨核磁共振谱图的方法，通过获取一系列样品小体素的核磁共振谱图，并进行偏置校正，再通过累加投影获取高分辨核磁共振一维谱。获得的高分辨谱图有助于在不均匀体系中的化学分析。
附图说明
图1为本发明具体实施例中使用的采集信号的序列图。
图2为三溴丙酸乙酯的核磁共振谱图，其中：
（a）为在调偏Z1匀场线圈的不均匀磁场中，采用单脉冲序列采样的谱图；
（b）为在调偏Z1-Z7匀场线圈的不均匀磁场中，采用单脉冲序列采样的谱图；
（c）为在调偏Z1匀场线圈的不均匀磁场中，采用本实施例所得到的谱图；
（d）为在调偏Z1-Z7匀场线圈的不均匀磁场中，采用本实施例所得到的谱图；
图3为在调偏X方向和Z方向匀场线圈的不均匀磁场下的三溴丙酸乙酯核磁共振谱图，其中：
（a）为采用单脉冲序列采样的谱图；
（b）为采用图1所示的脉冲序列获得的经过三维傅里叶变换后的谱图；
（c）为图3（b）经过不均匀场偏置校正后获得的谱图；
（d）为图3（c）累加投影后获得的高分辨一维谱图。
图4为在将所有方向的匀场线圈的电流置零的不均匀磁场下的三溴丙酸乙酯核磁共振谱图，其中：
（a）为采用单脉冲序列采样的谱图；
（b）为采用图1所示的脉冲序列获得的经过四维傅里叶变换后的谱图；
（c）为图4（b）经过不均匀场偏置校正后获得的谱图；
（d）为图4（c）累加投影后获得的高分辨一维谱图。
具体实施方式
下文结合附图和实施例，对本发明做进一步说明：
本实施例使用配备三维梯度场的瓦里安Varian500MHz磁共振仪器，样品为三溴丙酸乙酯溶液。使用的脉冲序列如图1所示。
参考图2，磁场不均匀只是在一个方向严重的情况，是通过调偏Z方向的匀场线圈实现的。只在Z方向施加了回波平面谱成像模块的采样梯度，没有施加相位编码梯度。采样梯度Ga的大小为29.3高斯/厘米，单个梯度的持续时间Ta为200微秒，梯度对的个数Na为800个。采样信号所需的总时间小于1秒。采样得到的数据重新排列后进行二维傅里叶变换。
在调偏Z1线圈产生的不均匀磁场中，施加单脉冲序列获得的谱图如图2（a）所示，其分辨率很低。使用本实施例上述步骤获得的一维高分辨谱图如图2（c）所示。
在调偏Z1到Z7线圈产生的不均匀磁场中，施加单脉冲序列获得的谱图如图2（b）所示，其分辨率很低。使用本实施例上述步骤获得的累积一维高分辨谱图如图2（d）所示。
参考图3，磁场不均匀在两个方向严重的情况，是通过调偏X方向和Z方向的匀场线圈实现的。在Z方向施加了回波平面谱成像模块的采样梯度，并在X方向施加相位编码梯度。采样梯度Ga的大小为29.3高斯/厘米，单个梯度的持续时间Ta为256微秒，梯度对的个数Na为800个。X方向的相位编码步数为51步，相位编码梯度的变化范围为-17.1高斯/厘米到17.1高斯/厘米。采样信号所需的总时间为8分钟。采样得到的数据进行三维傅里叶变换。
施加单脉冲序列获得的谱图如图3（a）所示，其分辨率很低。采用图1所示的脉冲序列获得的经过三维傅里叶变换后的谱图如图3（b）所示，经过不均匀场偏置校正获得的谱图如图3（c）所示，最后经过累加投影后获得的高分辨一维谱图如图3（d）所示。
磁场不均匀在三个方向都严重的情况，是通过将所有的匀场线圈的电流置零实现的。不仅在Z方向施加了回波平面谱成像模块的采样梯度，而且在X方向和Y方向都施加了相位编码梯度。采样梯度Ga的大小为29.3高斯/厘米，单个梯度的持续时间Ta为240微秒，梯度对的个数Na为800个。X方向的相位编码步数为16步，相位编码梯度的变化范围为-12.8高斯/厘米到12.8高斯/厘米。Y方向的相位编码步数为16步，相位编码梯度的变化范围为-14.2高斯/厘米到14.2高斯/厘米。采样信号所需的总时间为23分钟。采样得到的数据，先进行重排列，然后进行四维傅里叶变换。
施加单脉冲序列获得的谱图如图4（a）所示，其分辨率很低。采用图1所示的脉冲序列获得的经过四维傅里叶变换后的谱图如图4（b）所示，经过不均匀场偏置校正获得的谱图如图4（c）所示，最后经过累加投影后获得的高分辨一维谱图如图4（d）所示。
综上所述，本发明提供的一种在不均匀磁场中获取高分辨核磁共振谱图的方法，通过获取一系列样品小体素的核磁共振谱图，并进行偏置校正，再通过累加投影获取高分辨核磁共振一维谱。获得的高分辨谱图有助于在不均匀体系中的化学分析。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (3)
1.一种在不均匀磁场下获取高分辨核磁共振谱图的方法，其特征在于：主要步骤为：
1)该方法先施加一个射频脉冲，将磁化矢量从Z轴旋转到XY平面；
2)根据实际情况施加相位编码梯度和回波平面谱成像模块的采样梯度；
3)对采集到的信号进行数据重排列；
4)根据实际情况对经过数据重新排列的采集信号进行傅里叶变换，可以获得小体素对应的核磁共振谱图；
5)对每个所述小体素对应的核磁共振谱图进行偏置校正；
6)对经过偏置校正的谱图进行累积投影，获取高分辨一维核磁共振谱图；
所述根据实际情况施加相位编码梯度和回波平面谱成像模块的采样梯度是指：如果磁场不均匀只是在一个方向严重，只需要在该方向施加回波平面谱成像模块的采样梯度,不需要施加相位编码梯度；如果磁场不均匀是在两个方向严重，在一个方向施加回波平面谱成像模块的采样梯度，在另外一个方向施加相位编码梯度；如果磁场不均匀是在三个方向都严重，则在一个方向施加回波平面谱成像模块的采样梯度，还需要在另外两个方向施加相位编码梯度；
所述根据实际情况对所述经过数据重新排列的采集信号进行傅里叶变换是指：如果只施加回波平面谱成像模块的采样梯度，没有施加相位编码梯度，需要进行二维傅里叶变换；如果施加回波平面谱成像模块的采样梯度和一个方向的相位编码梯度，需要进行三维傅里叶变换；如果施加了回波平面谱成像模块的采样梯度和两个方向的相位编码梯度，需要进行四维傅里叶变换。
2.根据权利要求1所述的一种在不均匀磁场下获取高分辨核磁共振谱图的方法，其特征在于：所述射频脉冲的角度是除了180度整数倍以外的任意角度。
3.根据权利要求1所述的一种在不均匀磁场下获取高分辨核磁共振谱图的方法，其特征在于：所述对每个所述小体素对应的谱图进行偏置校正是指：寻找每张小体素对应谱图中的若干峰的位置，然后对齐这些峰的位置。
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