在辐射阻尼存在下有效横向弛豫时间T*2的快速测定

利用CPMG自旋回波技术,通过一连串180°脉冲抑制辐射阻尼效应,让磁化矢量经过横向弛豫T₂过程大幅度衰减后再检测回波信号的线宽,该方法可直接获得有效横向弛豫时间T*₂,并可在CPMG测试T₂值的同时进行. 另外,当饱和恢复法用于估计T*₂值时,信号检测必须使用小角度脉冲.所有结果已进行了实验验证.     

基于磁共振弛豫时间实现加权像和压脂技术

磁共振成像是根据生物磁性核在磁场中表现的共振特性进行成像的新技术,其中弛豫时间是实现和控制成像的重要物理量.本文使用磁共振成像实验仪,对相关样品的纵向弛豫时间T₁、横向弛豫时间T₂进行测量,并且基于不同弛豫时间采用自旋回波序列实现T₁、T₂加权像,用反转恢复成像序列实现磁共振成像对脂肪的抑制.     

低场核磁共振扩散-横向弛豫二维反演算法

针对低场核磁共振一维反演中无法分辨一维谱中重叠组分和目前报道的扩散-横向弛豫二维反演算法计算量大、计算耗时长的问题,提出了一种计算量小、计算效率高、耗时短的扩散-横向弛豫二维反演算法. 首先对扩散系数D-和横向弛豫时间T₂进行布点;其次根据信号采集条件计算出两个核心矩阵,并分别进行奇异值分解;然后,由所采集信号计算出两个核心矩阵的奇异值截断值,分别对两个核心矩阵的奇异值矩阵进行截断并求其逆矩阵;最后计算出初始反演结果,并添加非负约束经过多次迭代得到最终反演结果. 实验结果证明,提出的扩散-横向弛豫二维反演算法在不影响反演结果准确性的基础上,能极大提高计算效率.     

基于奇异值分解的数字波前拟合算法

提出了基于奇异值分解、采用泽尼克多项式拟合干涉波前的算法,该算法直接从线性方程组入手,对矩阵进行奇异值分解分解,在求解逆矩阵的过程中,采用阈值法对奇异值的倒数进行非常规的置换(∞→0),可直接得到系数向量。理论分析和实验证明,相对于传统的格拉姆施密特正交法,该算法可首先通过求解条件数判断线性方程矩阵是否奇异,对于解决病态方程组或奇异矩阵的最小二乘问题,有很好的稳定性,避免了由最小二乘构造的法方程组出现病态而引入的计算误差,且易于编程。     

基于信号稀疏分解的水下回波分类

针对表面起伏不平的水下底质回波分类效果差的问题,提出一种新颖的基于信号稀疏分解理论的水下底质回波特征提取方法。本方法并不使用通用时频字典,而是针对回波分类这一中心任务直接采用回波训练样本集作为字典,将水下回波信号在该字典上进行稀疏分解,然后提取出回波信号的类别能量特征。对水下钴结壳等三类底质回波分类实验表明,基于信号稀疏分解的类别能量特征的fisher分布明显优于小波域模极大值边缘特征和奇异值特征,从而显著提高了水下回波的分类效果。研究结论:在回波特征提取阶段,采用回波样本作为信号表达字典是可行的,同时由回波样本字典引入的回波类别信息将有助于获取更优的回波特征。      

自旋回波的简易观测方法及共振弛豫分析

在脉冲核磁共振实验中,通常采用自旋回波法测量共振弛豫时间,但模拟示波器观测难以获得准确的实验数据.通过对计算机标准配置资源声卡的性能检测及标定,使其达到物理实验测量数据定量分析的教学要求,同时利用免费的简易程序实现多通道数字信号采集功能并用于观测记录脉冲核磁共振信号.配合实验操作技术改进,既准确地测量了横向弛豫时间,又展现了符合物理实验教学的计算机应用方法.     

核磁共振技术测量生物骨密度的设备及方法

诊断骨质疏松症多采用双能X射线吸收方法测得的骨密度数据作为依据,但是该方法存在一定量的辐射,且准确性不高.该文设计并改进了一套核磁共振装置,通过在发射和接收线圈之间增加快速切换开关(Q-switch),使得核磁共振自旋回波的回波时间缩短至80μs的超短回波时间范围,实现了对T_2弛豫时间很短的骨组织核磁共振自旋回波信号的采集;将T_2弛豫时间谱和双能X射线方法测量的骨密度数据进行了对比研究,发现核磁共振T_2弛豫时间谱上300~500μs之间的峰值与骨密度之间具有良好的线性关系,随着骨密度的增大,相应的T_2弛豫时间峰值缩短;利用核磁共振T_2弛豫时间谱技术,结合双能X射线吸收方法,提出了一种测量生物离体骨骼样本骨密度的方法.该测量方案具有测量速度快、对人体完全无害、跨时期比较性强等优点,很好的弥补了现有测量方法的不足,在骨质疏松症的诊断和疗效评估中有着良好的应用前景.     

核磁共振二维谱反演

核磁共振二维谱包含扩散系数 D 和横向弛豫时间 T₂ 的信息,利用核磁共振仪来测量多孔介质中物质的信息,根据其弛豫时间和扩散系数的差别来区分不同物质;利用全局反演方法,提出了核磁共振二维谱反演的物理模型和数学模型;介绍了传统的奇异值分解（SVD）和改进的奇异值分解反演算法;采用改进的奇异值分解法对核磁共振二维谱进行反演,其反演算法具有计算速度快和二维谱分布连续等优点. 它适合于信噪比较高的数据反演,当原始数据信噪比SNR≥100时,可以对二维谱图进行定量分析;当60≤SNR<100时,可以对二维谱图进行定性分析. 核磁共振二维谱可以一次性直接区分油和水,为核磁共振测井提供了新的科学技术.     

在SQUID心磁测量中基于奇异值分解和自适应滤波的噪声消除法

采用矩阵奇异值分解(singular value decomposition, SVD)的方法，对高温射频超导量子干涉仪(HTc rf-SQUID)采集到的单通道心磁信号进行处理.证明了对于近似周期性的心磁信号，在无参考噪声的情况下矩阵奇异值分解的方法与自适应窄带陷波相结合有较好的消除广谱噪声的效果. 关键词： 高温射频超导量子干涉仪 心磁信号 奇异值分解 噪声消除     

半导体核磁共振显微压力的质子全自旋量子门的实现

以实现质子全自旋量子门、观察半导体核子自旋态和量子计算为目的, 依据样品的自旋-晶格弛豫时间和自旋-自旋弛豫时间,采用脉冲调制序列控制磁共振的条件和翻转旋转框架,计算了共振显微压力. 结果表明,质子全自旋量子门具有高灵敏度和高Q操控性,通过扫描片段和激光干涉可以得到磁共振压力. 共振压力兼具MRI和AFM优点,是一种强有力的通过核自旋实现量子计算获得量子信息的有效方法. 关键词： 空间分辨率 共振显微 半导体光刻 电子束刻印     

地面核磁偏共振响应特征与复包络反演方法

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)方法在地下水探测领域具有直接、定量和解释唯一等优势,但是由于地磁场存在不均匀、随时间变化和易受噪声影响等难以确定的问题,导致偏共振激发,严重影响反演结果的准确性.本文基于地面核磁偏共振(surface nuclear magnetic off-resonance,SNMOR)模型和相应的核函数表达式,讨论了频率偏量对偏共振信号的影响,并提出了基于系统相位自动搜索和信号实部与虚部同时参与的复包络反演方法.通过仿真模型和反演结果对比得到:偏共振信号相位随频率的增加而增大,仿真模型中的信号幅度最大提高了65.9%;当频率偏量大于2 Hz时,利用SNMOR核函数的反演结果的准确度明显优于SNMR核函数的结果;当噪声较大时,复包络方法充分利用测量数据的有用信息,比常规幅度反演具有更高的稳定性和可靠性.最后,通过野外实测数据和反演结果,验证了本文提出的SNMOR模型和复包络反演方法的有效性和准确性,为地下水探测领域提供了新的技术手段.     

基于改进非线性拟合的核磁共振T2谱多指数反演

核磁共振T₂谱多指数反演算法是开展复杂体系样品核磁共振(NMR)弛豫研究最重要的数学工具. 常用的T₂谱多指数反演算法一般都是事先给出弛豫时间T₂分布的布点, 然后转化为线性拟合问题进行求解. 在求解的T₂谱较为分散的时候, 反演得到的T₂谱精确度不高, 分辨率较低. 非线性拟合是解决这个问题的有效办法. 本文针对分散T₂谱反演利用非线性拟合时遇到的初值依赖及运算复杂问题, 利用线性回归最小二乘方法, 改进了其中的带非负约束非线性优化模型, 将搜索的反演参数从T₂, f 减少为T₂, 加快了收敛速度, 减少了对初值的依赖, 提高了反演精度, 使算法更加稳健. 通过用改进的Levenberg-Marquardt算法和差分进化算法进行计算机模拟反演及实验数据反演, 验证了改进方法在核磁共振T₂ 谱反演中的有效性.     

Multicomponent water proton transverse relaxation and T2-discriminated water diffusion in myelinated and nonmyelinated nerve

The influence of compartmental boundaries on water proton transverse relaxation and diffusion measurements was investigated in three distinct excised nerves, namely, the non-myelinated olfactory nerve, the Schwann cell myelinated trigeminal nerve, and the oligodendrocyte myelinated optic nerve of the garfish. The transverse relaxation decay curves were multiexponential and their decomposition yielded three primary components with T₂ values 30–50, 150, and 500 ms, which were subsequently assigned to water protons in the myelin, axoplasm, and interaxonal compartments. The short T₂ component was absent in the non-myelinated olfactory nerve, but present in both myelinated nerves and thus provides supporting evidence for the use of quantitative T₂ measurements to measure the degree of myelination. The signal contribution of each T₂ component to the apparent diffusion coefficient measurements was varied by incrementing the spin-echo time with a preparatory CPMG train of radiofrequency pulses. The apparent diffusion coefficient and its anisotropy were shown to be independent of the spin-echo time over the range of 70 to 450 ms.     

基于反转恢复技术的水脂分离磁共振成像方法

提出了使用反转恢复技术获得独立的水和脂肪图像的磁共振成像（MRI）方法. 该方法利用水和脂肪T₁值的差异,在施加选择性180°准备脉冲后, 采用不同的反转恢复时间（T_I）2次采集MRI图像,计算出水和脂肪的信号贡献,获得水和脂肪独立的2套图像. 该方法可对水和脂肪进行良好的分离,避免常规水脂分离方法Dixon技术偶发的水-脂互换伪影的产生,同时,可避开相位校正,因此可使计算过程更为简单稳定.     

Methods for correlating T1rho and FID components in wideline 1H NMR studies of motionally heterogeneous polymer systems

We address the problem of correlating the observed FID and T_1ρ components in wideline ¹H relaxation measurements of motionally heterogeneous polymers, and show that different methods of data treatment can highlight different aspects of the correlations present. For a sample of polypropylene we find that the T_1ρ relaxation behaviour is driven by relaxation associated with the intermediate FID component, which strongly suggests a motionally inhomogeneous amorphous region in the sample.     

配备于自旋回波仪的计算机系统

本文介绍配备在自旋回波仪中的计算机系统,由TP-801计算机、外围设备、接口电路和一套应用软件组成。该系统可以产生自旋回波实验所需要的多种脉冲序列,包括90°-90°、90°-180°、180°-90°、Carr-Purcell序列等。同时,计算机采集回波信号或FID,并进行数据处理,其结果可以直接由计算机或示波器、绘图仪显示,也可以存入磁带。仪器可以快速准确地测量弛豫时间T₁、T₂,也适用于核磁共振自旋回波方面的教学。在本文结束部分给出了一些样品的测量结果。本文介绍的计算机系统可以和普通的CW-NMR谱仪结合,使之增加自旋回波测量功能。     

基于ADI-FDTD模拟的岩石核磁共振横向弛豫特征分析

将复杂的骨架-孔隙系统抽象成等效双孔介质,根据Bloch方程构建数学模型,用交替隐式时域有限差分(ADI-FDTD)和联合反演迭代法(SIRT)进行横向宏观磁化矢量的数值模拟与核磁共振T₂谱的反演,定量研究扩散系数、弛豫速率、孔隙组分比和孔隙宽度对核磁响应的影响.结果表明:横向宏观磁化矢量衰减速率与扩散系数和微孔隙分量成正比,与孔隙宽度成反比,与表面弛豫速率基本无关.当扩散系数较大、孔隙宽度较小时,核磁共振T₂谱难以直观反映孔隙组分及孔隙结构.应用核磁共振评价孔隙结构时需特别注意扩散系数和孔隙尺寸的影响.     

The oral administration of MnCl2: A potential alternative to IV injection for tissue contrast enhancement in magnetic resonance imaging

Mn⁺² (as MnCl₂) was administered to rabbits intravenously and orally (a route of administration which based upon our previous experiments in rats⁷ promises to give selective hepatobiliary enhancement with less systemic toxicity). Nuclear magnetic relaxation dispersion or T₁ (NMRD) was performed on selected tissues (heart, liver, kidney, serum, and bile) in both animal groups to examine possible qualitative and semiquantitative differences in T₁ relaxation at equivalent sacrifice times. One animal was given an oral dose of MnCl₂ (620 micromoles/kg) and imaged sequentially (T₁ weighted sequence, .12T) for 30 minutes. The NMRD curves for organ tissues show an increase in relaxation efficacy in the 10–20MHz range characteristic of Mn-macromolecular complexes and are similar irrespective of the route of administration. The lack of increased relaxation enhancement for bile in this frequency range reflects cleavage of this complex upon excretion. Decreased overall relaxation in the liver is observed when oral Mn⁺² is compared to IV Mn⁺² due to the small fraction of administered dose that is absorbed. However, the images document a significant increase in the intensity of liver signal after the oral dose. We suspect this dose may ultimately be adjusted downward to give selective hepatobiliary effects.     

T2 relaxation time histograms in multiple sclerosis

An accurate measurement of the transverse relaxation time T₂, and the histogram of T₂ in the brain parenchyma can be accomplished in vivo using a multi-echo magnetic resonance imaging sequence. An estimate of the error in the T₂ measurement is derived using copper sulfate doped water phantoms. Correction factors are calculated and applied to the signal intensity of each voxel prior to the in vivo T₂ evaluation. These corrected T₂ are in good agreement with the theoretical values calculated from copper sulfate concentrations. This technique is then applied to calculate T₂ histograms of the brain. The population studied was composed of normal volunteers and multiple sclerosis patients. The corrected T₂ histogram method discriminates the normal control population from the MS population, and also discriminates between relapsing-remitting patients and primary progressive or secondary progressive patients. Moreover using this approach we are able to detect in MS patients a global shift of the T₂ of the white mater toward higher values. The results of this study showed that the method is easy to implement and may be used to characterize MS pathology.