高分辨核磁共振實驗與數(shù)據(jù)處理的自動化關(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,核磁共振技術(shù)的發(fā)展猶如一棵常青樹,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,如何自動地獲得高分辨率的核磁共振譜圖越來越受到人們的重視,這也是核磁共振波譜儀研發(fā)的一個重要挑戰(zhàn)

2、和機遇。
　　本論文從實驗和數(shù)據(jù)處理兩個方面,開展自動獲取高分辨核磁共振譜圖的研究工作。在具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核磁共振波譜儀上,實現(xiàn)了自動獲取高分辨核磁共振譜圖所需的三項關(guān)鍵技術(shù):自動勻場方法,自動相位校正方法以及自動基線校正方法,并在此基礎(chǔ)上提出了一些更優(yōu)化的改進方案。
　　在自動化核磁共振實驗的研究工作中,我們針對高分辨核磁共振實驗必須具備的前提條件之一——均勻的靜磁場展開研究。在自主開發(fā)的核磁共振波波譜儀中實現(xiàn)了各種自動

3、勻場方法包括基于搜索算法的自動勻場方法,一維和三維梯度勻場方法,及結(jié)合線形的梯度勻場方法。并在此基礎(chǔ)上,提出了一些改進方法,如:在三維梯度勻場方法中,采用了改進的脈沖序列,使得譜儀可以利用XY勻場線圈來產(chǎn)生相位編碼梯度,從而實現(xiàn)了在普通探頭上的三維梯度勻場;此外,針對梯度勻場中勻場電流值越界和三維梯度勻場時間過長的兩個問題,分別提出了相應(yīng)的解決方案。
　　在自動數(shù)據(jù)處理方面,我們首先實現(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)展了若干改進方法,包括一種適用性和準確性都非常高的自動相位校正方法,以及可以適用于基線失真較大譜圖的自動基線校正方法。新的自動相位校正方法采用了粗調(diào)和細調(diào)相結(jié)合的方案,在粗調(diào)過程中利用了“基線-譜峰”分界點差異最小化的方法獲得一個大致準確的校正結(jié)果,基于這個結(jié)果判斷出各個譜峰的特性,即將譜圖中的譜峰區(qū)分為正峰、負峰和畸變峰。然后利用最小化自定義的負值懲罰函數(shù)進行細調(diào),從而獲得更準確的自動相位校正結(jié)果。最后,通過實驗驗證出新的自動相

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?、基線失真等因素的影響。表明此方法不僅普適性強,而且具有很好的魯棒性以及準確性。新的自動基線校正方法的基礎(chǔ)是改進的基線識別算法和迭代的基線模型構(gòu)建算法。其中,改進的基線識別算法不僅結(jié)合了三種常用的基線識別算法,而且還利用譜峰輪廓擬合的方法來準確地識別出譜圖中的寬峰信號。而在迭代的基線模型構(gòu)建算法中,我們不僅利用了識別出的基線區(qū)間,還在迭代的過程中自動地尋出譜圖中譜峰重疊非常嚴重區(qū)間中