一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法和系统与流程

本发明属于核磁共振，更具体地，涉及一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法和系统。

背景技术：

1、核磁共振波谱是分析化学领域的重要研究手段，可以提供丰富的分子结构信息，已经在化学、生物、医学等领域取得了重要应用。由于被测物质分子结构日趋复杂，核磁谱图的谱峰重叠严重，核磁共振谱图的分辨率显著价降低。多维核磁共振技术可以显著的提升谱图的分辨率，但是由于核磁共振极化度低的局限性，灵敏度始终是制约核磁共振多维谱的重要问题.

2、为了提高核磁共振谱图的灵敏度，科研工作者们提出了多种不同的方法：(1)提升原子核极化度的方法，典型技术包括dnp(动态核极化，具体过程请参见网址https://baike.baidu.com/item/％e5％8a％a8％e6％80％81％e6％a0％b8％e6％9e％81％e5％8c％96？frommodule＝lemma_search-box)、光抽运(庞振峰,管晗曦,高李娜,等.超极化核磁共振方法的原理和应用[j].物理化学学报，2020，36(4):50-68.doi:10.3866/pku.whxb201906018.)、仲氢诱导(具体请参见网址http://www.gpxygpfx.com/article/2020/1000-0593-40-3-665.html)等，它们分别将电子、激光等高极化度的能量转移到原子核上，从而使核磁共振信号的灵敏度得到显著的提升。(2)优化脉冲序列或数据采集的方法，例如通过1h、13c极化转移，将1h核的极化转移到13c核上来；(3)提升仪器电子器件性能的方法。例如：改进低噪声放大器、增加adc的器件性能。

3、然而，上述方法均存在一些不可忽略的缺陷：1、对于第一类方法而言，此类方法对样品和应用条件都有特殊要求，难以推广为普适的核磁共振测量方法；2、对于第二类方法而言，此类方法依赖于样品的分子结构体系，尤其是原子间的化学键连接关系，只能适用于特定的样品类型；3、对于第三类方法而言，电子器件的提升取决于电子与半导体发展水平，但器件发展的周期相对较长，且往往需要厂家对仪器整体架构和接口重新设计，难以形成快速的推广和迭代。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法和系统，其目的在于，解决现有提升原子核极化度的方法由于对样品和应用条件都有特殊要求，导致其难以推广为普适的核磁共振测量方法的技术问题，现有方法优化脉冲序列或数据采集的方法由于依赖于样品的分子结构体系，导致其只能适用于特定的样品类型的技术问题，以及现有提升仪器电子器件性能的方法由于电子器件发展的周期相对较长，且往往需要厂家对仪器整体架构和接口重新设计，导致难以形成快速的推广和迭代的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，包括如下步骤：

3、(1)根据预设的采样参数并利用核磁共振仪采集多维实验的时域数据s1；

4、(2)对步骤(1)采集的时域数据s1的直接维进行傅里叶变换，并对傅里叶变换的结果进行相位校正，以得到校正后的数据s2。

5、(3)针对步骤(2)校正后的数据s2而言，采用非均匀重建算法对其间接维逐列进行数据重建，以得到数据重建后的数据s3，其中数据s3的直接维为频域，间接维为时域数据；

6、(4)针对步骤(3)得到的数据重建后的数据s3而言，对其间接维逐列进行有限冲激响应数字滤波，以得到滤波后的数据s4；

7、(5)对步骤(4)滤波后的数据s4的间接维进行傅里叶变换，以得到变换后的数据s5，其中数据s5的直接维与间接维均为频域数据。

8、(6)截取步骤(5)变换后的数据s5间接维的中间1/β部分，以得到谱数据s6，其即为灵敏度提升后的多维谱数据。

9、优选地，步骤(1)中的采样参数具体为：采样模式为非均匀采样，非均匀采样率为1/β，并根据该非均匀采样率生成非均匀采样索引点，间接维的采样带宽为β*sw1，间接维的采样点数为β*np1，其中，sw1为常规采样情况下间接维所需采样带宽的预估值，np1为常规采样情况下间接维采样点数的预估值，β表示过采样倍数。

10、优选地，步骤(2)中的相位校正过程是调整傅里叶变换结果的零阶相位和一阶相位。

11、优选地，步骤(3)中的非均匀重建算法可以是迭代软阈值算法ist、深度学习算法dl、或多维分解算法mdd等。

12、优选地，步骤(6)中的截取过程如下：

13、range＝((0.5-0.5/β)*np1+1):((0.5+0.5/β)*np1)

14、s6＝s5(:,range)

15、其中，range表示步骤(5)变换后的数据s5间接维的截取范围。

16、按照本发明的另一方面，提供了一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的系统，包括：

17、第一模块，用于根据预设的采样参数并利用核磁共振仪采集多维实验的时域数据s1；

18、第二模块，用于对第一模块采集的时域数据s1的直接维进行傅里叶变换，并对傅里叶变换的结果进行相位校正，以得到校正后的数据s2。

19、第三模块，用于针对第二模块校正后的数据s2而言，采用非均匀重建算法对其间接维逐列进行数据重建，以得到数据重建后的数据s3，其中数据s3的直接维为频域，间接维为时域数据；

20、第四模块，用于针对第三模块得到的数据重建后的数据s3而言，对其间接维逐列进行有限冲激响应数字滤波，以得到滤波后的数据s4；

21、第五模块，用于对第四模块滤波后的数据s4的间接维进行傅里叶变换，以得到变换后的数据s5，其中数据s5的直接维与间接维均为频域数据。

22、第六模块，用于截取第五模块变换后的数据s5间接维的中间1/β部分，以得到谱数据s6，其即为灵敏度提升后的多维谱数据。

23、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

24、(1)由于本发明步骤(1)和步骤(2)采用了过采样结合非均匀采样的数据采集方法，其对样品的分子结构与应用条件没有特殊要求，普适性较好。因此能够解决现有第一、二类方法对样品和应用条件都有特异性要求，难以推广为普适的核磁共振测量方法的技术问题；

25、(2)由于本发明采用了步骤(4)和步骤(5)，其采用数据后处理算法得到灵敏度更高的谱图，因此能够解决现有第三类方法依赖电子器件性能提升的技术问题。

技术特征：

1.一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，其特征在于，步骤(1)中的采样参数具体为：采样模式为非均匀采样，非均匀采样率为1/β，并根据该非均匀采样率生成非均匀采样索引点，间接维的采样带宽为β*sw1，间接维的采样点数为β*np1，其中，sw1为常规采样情况下间接维所需采样带宽的预估值，np1为常规采样情况下间接维采样点数的预估值，β表示过采样倍数。

3.根据权利要求1或2所述的提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，其特征在于，步骤(2)中的相位校正过程是调整傅里叶变换结果的零阶相位和一阶相位。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，其特征在于，步骤(3)中的非均匀重建算法可以是迭代软阈值算法ist、深度学习算法dl、或多维分解算法mdd等。

5.根据权利要求1所述的提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，其特征在于，步骤(6)中的截取过程如下：

6.一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种提高核磁共振中多维谱灵敏度的方法，包括：根据预设的采样参数并利用核磁共振仪采集多维实验的时域数据，对采集的时域数据的直接维进行傅里叶变换，并对傅里叶变换的结果进行相位校正，以得到校正后的数据，针对校正后的数据而言，采用非均匀重建算法对其间接维逐列进行数据重建，以得到数据重建后的数据，针对数据重建后数据的间接维逐列进行有限冲激响应数字滤波，以得到滤波后的数据，对滤波后的数据的间接维进行傅里叶变换，以得到变换后的数据。本发明能解决现有提升原子核极化度的方法由于对样品和应用条件都有特殊要求，导致其难以推广为普适的核磁共振测量方法的技术问题。

技术研发人员：刘造,谢丽,宋侃
受保护的技术使用者：武汉中科牛津波谱技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12