高分辨分子间多量子相干磁共振谱：为活体应用所做的技术改进

论文摘要

活体定域磁共振谱（in vivo localized Magnetic Resonance Spectroscopy,MRS）提供了一种非侵入性的获得生物组织分子信息的手段。然而,由于组织结构间的磁化率变化导致了局部不均匀磁场,由此引起的谱线增宽大大降低了质子MRS谱的质量。由于磁化率差异引起的局部静磁场梯度在目前的磁共振成像系统上难以通过高阶匀场线圈进行校正。因此,人们提出了不少高分辨技术,这些技术利用如分子内多量子相干（intramolecularMultiple-Quantum Coherences,MQCs）和分子间核Overhauser效应（NuclearOverhauser Effects,NOEs）等各种自旋-自旋相互作用来获得对内在磁场不均匀性不敏感的高分辨谱图。分子间多量子相干（intermolecularMultiple-Quantum Coherence,iMQC）信号源于自旋间的偶极耦合相互作用。当磁场变化的空间尺度大于发生相互耦合的自旋的相干距离时,分子间多量子相干能够提高谱图的分辨率。本论文的研究重点在于iMQC高分辨谱学在应用方面的技术改进及其在不均匀场下MRS应用的可行性和性能研究。本论文的主要结果概述如下:一、系统研究探讨了基于各类回波的高分辨方法特别是iMQC方法的高分辨性质和机理,揭示了回波类高分辨谱学的原理是被观测自旋核的化学位移不能在回波波峰处重聚。比较和总结各个高分辨方法的优缺点,阐述了iMQC高分辨方法的优越性。这些工作对以后核磁共振高分辨谱学提供了重要的理论基础和实验依据。二、先前提出的分子间零量子相干（intermolecular Zero-QuantumCoherence,iZQC）高分辨方法均存在残留的强溶剂传统单量子信号的问题,该信号会引起很强的t1脊噪声。本论文提出了带有分子间二量子滤波（intermolecular Double-Quantum Filter,iDQF）的改进型HOMOGENIZED序列,命名为iDQF-HOMOGENIZED。该序列不仅能够有效抑制残留传统单量子信号,而且能够使溶剂iZQC信号最小化。文中分析了iDQF-HOMOGENIZED溶剂抑制效率,深入分析比较了新序列和已有的主要几种iMQC高分辨序列的性能。在葡萄果肉的实验中,新序列能够获得明显的分辨率提高和有效的水峰压制,初步表明了它在活体定域谱中的潜在应用前景。三、先前的iMQC高分辨技术均需要同时在F1和F2维进行包含全部溶质化学位移频率的采样,其结果是采样时间大大延长。在本章中,t1维的稀疏采样和折叠校正被用于提高分子间零量子相干谱的采样速率。在高场系统上,加速因子能够达到50倍。而且,在该序列中,能够通过t1期的编排获得三种表观J耦合常数的比例缩放:同核去偶（无J裂峰,即零倍的J常数）、不变的J常数和二倍放大的J常数。水峰抑制方面,分子间二量子滤波和双水门回波的联合使用也进一步改进了水峰压制效率。我们在气泡模型、离体猪脑组织和完整跳跳鱼上检验了该细新序列的可行性和性能。

论文目录

• 专用缩写词英汉对照表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 分子间多量子相干现象
• 1.2 CRAZED脉冲序列的分子间多量子相干的理论描述
• 1.2.1 CRAZED脉冲序列
• 1.2.2 经典理论描述——远程偶极场方法
• 1.2.3 量子理论描述——分子间多量子相干方法
• 1.3 分子间多量子相干的性质
• 1.3.1 信号强度及最佳脉冲翻转角
• 1.3.2 纵向弛豫时间
• 1.3.3 横向弛豫时间
• 1.3.4 表观扩散系数
• 1.4 分子间多量子相干在获得高分辨率谱方面的应用
• 1.5 论文结构
• 参考文献
• 第二章 基于iMQC的不均匀磁场下高分辨核磁共振方法
• 2.1 引言
• 2.2 基于iMQC的高分辨NMR方法
• 2.2.1 基于iZQC的HOMOGENIZED类方法
• 2.2.2 基于分子间双量子相干的IDEAL方法
• 2.2.3 改进的iMQC方法
• 2.3 iMQCs的高分辨机制
• 2.3.1 脉冲梯度场和相干距离
• 2.3.2 二维iMQC谱的谱线增宽的方向
• 2.4 与通过自旋间相互作用的其他高分辨NMR方法的比较
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 不均匀场下iZQC高分辨谱的有效溶剂峰压制
• 3.1 引言
• 3.2 理论
• 3.3 实验
• 3.4 结果和讨论
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 不均匀场下带不同J常数缩放比例的高分辨MRS快速采集方法
• 4.1 引言
• 4.2 理论
• 4.3 实验
• 4.4 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 攻读博士期间论文发表情况
• 致谢