一种核磁共振同核去偶一维相敏定域谱的检测方法与流程

本发明涉及核磁共振定域谱技术领域，具体涉及一种核磁共振同核去偶一维相敏定域谱的检测方法。

背景技术：

近几十年来，核磁共振成像(magneticresonanceimaging,mri)技术取得了巨大的发展，广泛应用于医学、生物学、化学、材料、物理等领域。核磁共振定域谱技术(magneticresonancespectroscopy，mrs)，作为mri技术重要的补充工具，在活体生物组织检测中有着广泛的应用。定域mrs则是指利用梯度场和脉冲组合选择性激发一部分生物组织成分，然后观察其产生核磁共振信号，并对所选择组织成分的信号进行处理得到相应磁共振谱图。mrs技术可以无损地获得生物体内的定量信息和诊断信息，且能够在活体上选择性无创地定量测定组织内部化学成分与结构、化学环境变化和分子存在状态。由于mrs技术用于检测感兴趣部分的信息，因此需要精确的空间定位。早期一般采用局部磁共振技术与表面线圈相结合的方式进行空间定位，但这一定位方法存在所选择体素定位不明确、体素不能移动的局限性。随着梯度场的产生，空间定位方法得到了很大的发展。常用的空间定位方法有：点分辨定位法(point-resolvedspectroscopy，press)、受激回波法(stimulatedechoacquisitionmode，steam)以及活体图像选择谱法(image-selectedinvivospectroscopy，isis)。由于一维氢谱的化学位移分布范围比较窄(仅约10ppm左右)以及j偶合所引起的谱线裂分，在单体素一维定域谱中普遍存在谱峰重叠现象，导致谱峰信号无法准确归属。此外，在活体组织中由于局部磁化率差异的干扰，即便在匀场条件下，也往往会导致谱线增宽和灵敏度降低，给活体生物体内代谢物mrs检测带来不小的困难。所以，消除j偶合裂分而保留化学位移信息，从而简化谱图对于mrs检测应用就具有重要的应用意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过脉冲序列设计和相关数据后处理技术，实现准确空间定位的同时，能消除j偶合裂分效应影响而获得高分辨率相敏一维定域谱，便于快速获取谱峰的化学位移信息，有助于复杂样品和活体组织检测应用，提供一种核磁共振同核去偶一维相敏定域谱的检测方法。

本发明包括以下步骤：

1)将待检测样品放入磁共振成像仪的检测腔中；

2)调整待检测样品在检测腔中的摆放位置，使得待检测样品处于磁共振成像仪检测腔的中心，随后进行匀场、调谐、功率频率校正；

3)测量使待检测样品磁化矢量发生90度翻转的射频脉冲宽度；

4)在磁共振成像仪上导入同核去偶一维相敏定域谱脉冲序列，打开该同核去偶一维相敏定域谱脉冲序列的isis定域模块和psyche同核去偶模块；

5)设置同核去偶一维相敏定域谱脉冲序列各模块实验参数，执行数据采样；

6)数据采样完成后，对采样数据进行数据后处理，包括数据拼接、一维傅里叶变换以及谱峰相位调相，从而获得一张核磁共振同核去偶一维相敏定域谱。

在步骤2)中，所述匀场、调谐、功率频率校正可由磁共振成像仪器对应功能模块进行手动设置操作完成。

在步骤4)中，所述isis定域模块可由三个180度频率选择性脉冲和对应的三个空间选层梯度构成，所述三个180度频率选择性射频脉冲与各自对应空间选层梯度一起施加，所用选层梯度分别沿笛卡尔坐标轴x、y、z三个正交方向施加，实现x、y、z三个正交方向的空间选层，完成对空间单个体素区域的选择，其中所选体素在任意方向轴上的宽度可通过调整所用选择性射频脉冲长度或者调整对应空间选层梯度大小进行改变；

所述psyche同核去偶模块可由两个频率扫描方向相反的小角度扫频chirp脉冲搭配相应空间选层弱梯度，以及一个自旋回波演化期t1/2-180°-t1/2组成，其中t1为间接维演化时间，两个chirp脉冲的作用结果是选择激发核在回波处重聚，而不影响j偶合关联核，而两个chirp脉冲，再加上一个180°硬脉冲和一个空间选层弱梯度，它们共同作用的结果是选择激发核的净演化作用不变，j偶合关联核被反转，在间接维演化期t1内，实现将消除j偶合效应而仅保留化学位移信息，随着间接维演化时间t1的增加，进行一次采样。

在步骤5)中，所述实验参数的设置可包括：

(1)非选择性90度射频脉冲脉宽；

(2)isis定域模块中空间定域体素大小；

(3)psyche同核去偶模块中扫频chirp脉冲角度、chirp脉冲宽度、chirp脉冲扫频宽度、相干路径选择梯度g1和g2、空间弱选层梯度g3及其作用时间；

(4)采样参数中直接维采样谱宽sw、直接维采样点数np、直接维采样时间t2、间接维谱宽sw1、间接维采样点数ni以及实验累加次数nt；

所述数据采样的具体过程可为：isis定域模块对样品进行空间定位选出感兴趣的区域；接着，psyche同核去偶模块激发磁化矢量由z轴纵向方向翻转到xy横向平面，并对该横向磁化矢量进行j偶合重聚演化，保留化学位移演化信息；最后进行数据采样。

在步骤6)中，所述数据后处理的过程可为：首先，数据拼接，即将每个采样数据前1/sw1时间内所包含的数据按照采样点数ni次序依次进行拼接，以获得仅包含化学位移演化的数据；其次，一维傅里叶变换，即对拼接后的数据进行一维傅里叶变换；最后，谱峰相位调相，即对一维傅里叶变换后的谱图进行谱峰相位调整，得到一张同核去偶一维相敏定域谱。

本发明是一种涉及核磁共振波谱检测的方法，本发明基于一种成像选择活体isis定域模块和一种基于chirp脉冲激发的psyche同核去偶模块，实现空间定域并消除j偶合裂分效应，最终获得单体素定域的同核去偶一维相敏谱。首先，利用isis定域模块进行空间体素定域。其次，利用psyche同核去偶模块实现j偶合演化重聚，从而消除j偶合裂分效应并保留化学位移信息。最终通过特定的数据后处理得到一张同核去偶一维相敏定域谱。本发明能够有效地对感兴趣区域进行选择定位并获得相应的一维相敏波谱信息，能有效地简化谱图信息，有助于进一步扩展核磁共振波谱技术在复杂生物组织中的无损检测应用。

附图说明

图1为本发明所提出的用于实现同核去偶一维相敏定域谱的脉冲序列图。

图2为1mol/l的γ-氨基丁酸和丙酸溶液套管样品的磁共振成像图以及所选三个定域体素大小和方位示意图。

图3为选择丙酸溶液体素获得一维定域谱图。在图3中，图(a)为常规点分解谱方法获得的一维定域谱；图(b)为使用本发明所提出方法获得的同核去偶一维相敏定域谱。

图4为选择γ-氨基丁酸溶液体素获得一维定域谱图。在图4中，图(a)为常规点分解谱方法获得的一维定域谱；图(b)为使用本发明所提出方法获得的同核去偶一维相敏定域谱。

图5为同时选择丙酸和γ-氨基丁酸溶液体素获得一维定域谱图。在图5中，图(a)为常规点分解谱方法获得的一维定域谱；图(b)为使用本发明所提出方法获得的同核去偶一维相敏定域谱。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加明确，以下举例对本发明实施例进行进一步详细说明：

本实施例所使用的样品为浓度为1mol/l的γ-氨基丁酸和丙酸溶液套管样品，使用的仪器为配备xyz三维梯度场的varian7t小动物成像仪，整个实验所使用的脉冲序列如图1所示。其他操作步骤如下所示：

1)将待测的γ-氨基丁酸和丙酸溶液套管样品放入磁共振成像仪的检测腔中；

2)调整样品在检测腔中的摆放位置，使得待检测样品处于磁共振成像仪检测腔的中心，随后进行匀场、调谐、功率频率校正；

3)测量使样品磁化矢量发生90度翻转时的射频脉冲宽度；

4)在磁共振成像仪上导入本发明所设计的同核去偶一维相敏定域谱脉冲序列(如图1所示)，打开该脉冲序列的单体素isis定域模块和psyche同核去偶模块；

5)设置序列各模块实验参数，执行数据采样；

具体对于本实施例所用γ-氨基丁酸和丙酸溶液套管样品，其实验参数设置如下：非选择性90°射频脉冲宽度为41μs；isis定域模块中选择空间定域体素大小为选取γ-氨基丁酸溶液的5mm×5mm×5mm，选取丙酸溶液的5mm×5mm×5mm以及同时选取这两种溶液的6mm×10mm×6mm(如图2所示)。psyche同核去偶模块中扫频chirp脉冲的角度α设置为8度，其脉冲宽度为30ms，扫频宽度为10000hz；空间弱选层梯度g3为1.28g/cm，作用时间为30ms；直接维采样谱宽sw为5000hz，直接维采样点数np为2560，直接维采样时间t2为0.256s；间接维谱宽sw1为100hz，间接维采样点数ni为35。实验累加次数为8次，整个实验过程采样时间为9min52s。

1)数据后处理。

数据采样完成后，进行相关数据后处理，具体过程为：首先，数据拼接，即将每个采样数据前10ms时间内所包含的数据按照采样点数ni次序依次进行拼接，以获得仅包含化学位移演化的数据。其次，一维傅里叶变换，即对拼接后的数据进行一维傅里叶变换。最后，谱峰相位调相，即对一维傅里叶变换后的谱图进行谱峰相位调整，得到一张同核去偶一维相敏定域谱。

综上所述，本实施例中步骤4)中所选择三个定域体素大小和方位示意图如图2所示，其中γ-氨基丁酸溶液所体素大小为5mm×5mm×5mm，丙酸溶液所选体素大小为5mm×5mm×5mm，两种溶液同时选择的体素大小为6mm×10mm×6mm。在实验中，选择不同的定域体素可以获得不同的谱图信息，并可检测不同方法的定域能力。图3(a)、图4(a)和图5(a)分别为使用常规点分解谱定域谱方法在γ-氨基丁酸和丙酸溶液套管样品中选择三个不同体素所得到的一维谱图结果。由图中可以看出，j偶合引起的谱线裂分现象仍然存在。图3(b)、图4(b)和图5(b)分别为使用本发明所提出的同核去偶一维相敏定域谱方法在γ-氨基丁酸和丙酸溶液套管样品中选择三个不同体素所得到的一维谱图结果。由图可以直观地看出本发明所提出的方法可以准确获取目标定域体素并实现高分辨率一维相敏定域谱的检测。本发明所提出方法可有效消除j偶合引起的谱线裂分，实现同核去偶相敏谱信息显示，在简化谱图的同时极大提高了谱图分辨率。因此，该方法有助于快速获取代谢物的化学位移信息，有利于谱峰信号的归属。

以上所述，仅为本发明的一个实施例而已。