高分辨核磁共振實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自1945年核磁共振(NuclearMagneticResonance,NMR)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來(lái),核磁共振技術(shù)的發(fā)展猶如一棵常青樹(shù),目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的分析技術(shù)之一。核磁共振技術(shù)之所以能具有如此強(qiáng)大的生命力主要是由于其能提供大量的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息和動(dòng)力學(xué)信息,而高分辨率的譜圖正是提供這些信息的基礎(chǔ)。隨著核磁共振在代謝組學(xué)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展應(yīng)用,如何自動(dòng)地獲得高分辨率的核磁共振譜圖越來(lái)越受到人們的重視,這也是核磁共振波譜儀研發(fā)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)

2、和機(jī)遇。
　　本論文從實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)方面,開(kāi)展自動(dòng)獲取高分辨核磁共振譜圖的研究工作。在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核磁共振波譜儀上,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)獲取高分辨核磁共振譜圖所需的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):自動(dòng)勻場(chǎng)方法,自動(dòng)相位校正方法以及自動(dòng)基線(xiàn)校正方法,并在此基礎(chǔ)上提出了一些更優(yōu)化的改進(jìn)方案。
　　在自動(dòng)化核磁共振實(shí)驗(yàn)的研究工作中,我們針對(duì)高分辨核磁共振實(shí)驗(yàn)必須具備的前提條件之一——均勻的靜磁場(chǎng)展開(kāi)研究。在自主開(kāi)發(fā)的核磁共振波波譜儀中實(shí)現(xiàn)了各種自動(dòng)

3、勻場(chǎng)方法包括基于搜索算法的自動(dòng)勻場(chǎng)方法,一維和三維梯度勻場(chǎng)方法,及結(jié)合線(xiàn)形的梯度勻場(chǎng)方法。并在此基礎(chǔ)上,提出了一些改進(jìn)方法,如:在三維梯度勻場(chǎng)方法中,采用了改進(jìn)的脈沖序列,使得譜儀可以利用XY勻場(chǎng)線(xiàn)圈來(lái)產(chǎn)生相位編碼梯度,從而實(shí)現(xiàn)了在普通探頭上的三維梯度勻場(chǎng);此外,針對(duì)梯度勻場(chǎng)中勻場(chǎng)電流值越界和三維梯度勻場(chǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的兩個(gè)問(wèn)題,分別提出了相應(yīng)的解決方案。
　　在自動(dòng)數(shù)據(jù)處理方面,我們首先實(shí)現(xiàn)了核磁共振數(shù)據(jù)處理軟件中的常規(guī)算法,并在此基

4、礎(chǔ)上發(fā)展了若干改進(jìn)方法,包括一種適用性和準(zhǔn)確性都非常高的自動(dòng)相位校正方法,以及可以適用于基線(xiàn)失真較大譜圖的自動(dòng)基線(xiàn)校正方法。新的自動(dòng)相位校正方法采用了粗調(diào)和細(xì)調(diào)相結(jié)合的方案,在粗調(diào)過(guò)程中利用了“基線(xiàn)-譜峰”分界點(diǎn)差異最小化的方法獲得一個(gè)大致準(zhǔn)確的校正結(jié)果,基于這個(gè)結(jié)果判斷出各個(gè)譜峰的特性,即將譜圖中的譜峰區(qū)分為正峰、負(fù)峰和畸變峰。然后利用最小化自定義的負(fù)值懲罰函數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào),從而獲得更準(zhǔn)確的自動(dòng)相位校正結(jié)果。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證出新的自動(dòng)相

5、位校正方法不僅適用于各種NMR譜圖,而且?guī)缀醪皇苄旁氡?、基線(xiàn)失真等因素的影響。表明此方法不僅普適性強(qiáng),而且具有很好的魯棒性以及準(zhǔn)確性。新的自動(dòng)基線(xiàn)校正方法的基礎(chǔ)是改進(jìn)的基線(xiàn)識(shí)別算法和迭代的基線(xiàn)模型構(gòu)建算法。其中,改進(jìn)的基線(xiàn)識(shí)別算法不僅結(jié)合了三種常用的基線(xiàn)識(shí)別算法,而且還利用譜峰輪廓擬合的方法來(lái)準(zhǔn)確地識(shí)別出譜圖中的寬峰信號(hào)。而在迭代的基線(xiàn)模型構(gòu)建算法中,我們不僅利用了識(shí)別出的基線(xiàn)區(qū)間,還在迭代的過(guò)程中自動(dòng)地尋出譜圖中譜峰重疊非常嚴(yán)重區(qū)間中