一种用于生物组织的核磁共振检测方法_2

文档序号:8941460阅读:来源:国知局
延迟一段RD的时间,目 的是为了让磁化矢量弛豫恢复过来;接着,脉冲序列的各个模块依次对样品进行作用演化, 即选择出相应的分子间零量子相干信号,在间接维演化期^进行信号演化,经溶剂压制模 块消除强水峰信号,在采样期t 2采样最终信号。上述脉冲序列执行过程只是对一次的t」司 接维点数的采样,对于一个完整三维数据需要对上述序列执行过程重复ni次。
[0022] 在步骤6)中,所述相关的数据后处理的过程如下:(a)进行数据重构,得到两个基 于h,、和1 3时间变量的三维数据矩阵,即一个奇回波的三维数据矩阵,一个是偶回波的三 维数据矩阵;(b)对奇回波三维数据矩阵进行反转处理,并将处理后的奇回波三维数据矩 阵与偶回波三维数据矩阵相加,得到一个合并的三维数据阵;(c)对合并的三维数据阵进 行三维傅里叶变换,得到一个三维谱;(d)对变换得到的三维谱进行折叠校正处理并作一 次二维平面累积投影,最终获得一张免于不均匀磁场影响的高分辨率核磁共振二维J分解 谱。
[0023] 本发明通过脉冲序列的设计利用分子间零量子相干信号选择模块和J调制采样 模块来消除生物组织磁化率变化引起的磁场不均匀性的影响,并通过数据后处理重建出二 维J分解谱的化学位移和J偶合维度,最终获得生物组织的高分辨二维J分解谱。另外, 通过折叠校正和J调制信号采样模块的结合,能实现信号的快速采样。虽然最终的二维J 分解谱图是从三维数据中重建出来,但实际采样时间只需两到三分钟。高分辨二维J分解 谱对于生物组织复杂代谢物的归属分析有着重要应用,但由于生物组织磁化率变化引起的 磁场不均匀性,导致常规二维J分解谱方法难以直接应用于这种组织样品获得高分辨谱信 息。本发明能够克服磁场不均匀性的影响,直接应用于生物组织快速获得高分辨二维J分 解谱信息,且无需繁琐的匀场操作、复杂的组织样品预处理以及特殊的硬件设备,可适用于 任意常规核磁共振波谱仪,为生物组织代谢物分析提供了一种简便有效的手段。
【附图说明】
[0024] 图1为用于生物组织检测的高分辨率核磁共振二维J分解谱脉冲序列,其中矩形 条为非选择性η/2和π射频脉冲,高斯形状的条形为溶剂选择性(π/2) 1射频脉冲,I代 表溶剂,WS为溶剂压制模块,斜线填充的矩形块为沿G方向线性相干选择梯度,△为回波演 化时间,N为J调制信号采样模块的重复次数。
[0025] 图2为葡萄果肉组织的常规一维谱,谱线线宽为90Hz。其中一维谱图中1.1~ 4. 2ppm部分包含葡萄组织代谢物信号,将其强度放大100倍并显示在一维谱对应部分的上 方。
[0026] 图3为本发明所提出的方法在同样的葡萄果肉组织上所获得的高分辨率二维J分 解谱。
【具体实施方式】
[0027] 本发明所提出的方法能够克服生物组织内部因磁化率变化引起磁场不均匀的影 响,快速采样获得高分辨率二维J分解谱。该方法能省去繁琐的匀场操作、复杂的组织样品 预处理以及特殊的硬件设备,可适用于任意常规核磁共振波谱仪,为生物组织代谢物检测 分析提供一种简便有效的方法。本发明具体实施过程中的各个步骤如下:
[0028] 步骤1,样品装样
[0029] 将所检测的生物组织样品装入核磁试管并将其放入核磁谱仪检测磁体中。
[0030] 步骤2,常规一维谱的采样
[0031] 用核磁共振谱仪自带的常规一维脉冲序列采样得到一张一维谱,由一维谱获得谱 线的线宽,线宽值反映了所检测的生物组织样品磁场不均匀性情况,同时这一线宽值也为 谱宽参数设置提供依据。
[0032] 步骤3,脉冲序列的导入
[0033] 在核磁共振谱仪操作台上,打开谱仪相应的操作软件,导入事先编译好的脉冲序 列(如图1所示),选择特定的实验区,然后调入上述脉冲序列,为下一步操作做准备。
[0034] 步骤4,脉冲序列参数设置
[0035] 首先打开所导入脉冲序列的各个相关模块,包括分子间零量子相干信号选择模 块、折叠校正模块、溶剂压制模块和J调制信号采样模块。接着根据检测样品实际情况设置 相应的实验参数,包括直接维谱宽SW、第一间接维谱宽SW1、J调制信号采样模块单个采样 期时间〖 2及模块重复次数N、间接维演化期t i的点数ni、序列延迟时间RD、固定延时2 Δ、 JT/2非选择性矩形脉冲时间、JT非选择性矩形脉冲时间、(JT/2)1溶剂选择性高斯脉冲时 间、相干选择梯度场强度及其作用时间,散相梯度场强度及其作用时间。其中折叠校正谱宽 的设置可参考步骤2常规一维谱所获得谱线的线宽值。
[0036] 步骤5,数据采样。
[0037] 有别于常规二维J分解谱方法,本发明可跳过匀场过程,直接执行数据采样。具体 过程为:首先脉冲序列延迟一段RD的时间,目的是为了让磁化矢量弛豫恢复过来;接着,脉 冲序列的各个模块依次对样品进行作用演化,即选择出相应的分子间零量子相干信号,在 间接维演化期h进行信号演化,经溶剂压制模块消除强水峰信号,在采样期1 2采样最终信 号。上述脉冲序列执行过程只是对一次的^间接维点数的采样,对于一个完整三维数据需 要对上述序列执行过程重复ni次。数据采样完成后,执行下一步骤,否则继续采样直到采 样完成。
[0038] 步骤6,数据后处理。
[0039] 数据采样完成后,进行相关的数据后处理,具体过程如下:(a)进行数据重构,得 到两个基于h,丨 2和13时间变量的三维数据矩阵,即一个奇回波的三维数据矩阵,一个是偶 回波的三维数据矩阵;(b)对奇回波三维数据矩阵进行反转处理,并将处理后的奇回波三 维数据矩阵与偶回波三维数据矩阵相加,得到一个合并的三维数据阵;(c)对合并的三维 数据阵进行三维傅里叶变换,得到一个三维谱;(d)对变换得到的三维谱进行折叠校正处 理并作一次二维平面累积投影,最终获得一张免于不均匀磁场影响的高分辨率核磁共振二 维J分解谱。
[0040] 以下给出一个具体实施例:
[0041] 将本发明所提出的方法用于扫描一种生物组织作为一个实施例,用这个具体的实 施例来验证本发明在生物组织应用中的可行性。实验所采用的生物组织样品是葡萄果肉组 织,实验测试是在一台Varian 500MHz NMR谱议(Varian, Palo Alto, CA)下进行,整个实 验过程没有对葡萄果肉组织进行任何样品预处理、没有进行人为的匀场操作、没有对改动 任何仪器硬件设施。按照上述本发明所提出方法的操作流程,首先用常规简单的一维脉冲 序列采样得到一张一维谱,采样时为4s,结果如图2所示,从这张一维谱可以获得谱线线宽 为90Hz,谱图分辨率较低无法获得有用的谱图信息。对一维谱I. 1~4. 2ppm包含葡萄果 肉组织代谢物的部分进行信号强度100倍的放大,可以看出代谢物信号峰无法分辨。另外, 强大的水峰信号也进一步阻碍了谱图的分析。接着,导入编译好的如图1所示脉冲序列,打 开脉冲序列的各个相关模块,包括分子间零量子相干信号选择模块、折叠校正模块、溶剂压 制模块和J调制信号采样模块,设置实验参数。具体对于本实施例所采用的样品,其实验参 数设置如下:直接维谱宽SW为2500Hz,第一间接维谱宽SWl为300Hz,J调制信号采样模块 单个采样期时间1: 2为12. 5ms,重复次数N为60次,间接维演化期t i的点数ni为25,序列 延迟时间RD为4s,固定延时2 Δ为72ms,π /2和π非选择性矩形脉冲时间为12. 3 μ s和 24. 6 μ s,( π /2)1溶剂选择性高斯脉冲的宽度为10. 5ms,线性相干梯度场强度和时间分别 为10.0 G/cm和I. 2ms,散相梯度场强度为G1= 7. OG/cm和G 2= 18. OG/cm,其作用时间为 I. 0ms。执行设置好的序列,每一次序列执行过程,就可以得到一次的间接维h点数的所对 应信号,对这个样品信号采样要重复25次,整个采样时间仅为2. Omin。
[0042] 数据采样完成后,按照上述步骤6的数据后处理过程对所获得的采样数据进行处 理,最终所获得葡萄果肉组织的二维J分解谱如图3所示。从中可以看出,在葡萄组织内 部磁化率不均匀磁场影响下,本发明所提出的方法能够使大大提高二维J分解谱谱图分辨 率,其中化学位移维的线宽由90Hz降低到13. 5Hz,这有利于代谢物信号归属,沿J偶合维的 线宽降到2. 5Hz,可实现J偶合信息的准确检测。根据本方法所获得的二维J分解谱(如图 3所示),可对葡萄组织代谢物进行详细归属,根据本发明提出方法所获得的二维J分解谱 对葡萄果肉组
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