微波诱导光学核极化进展

微波诱导光学核极化（Microwave-Induced Optical Nuclear Polarization,MIONP）技术利用光激发三重态样品来极化电子,再用微波将处于非热平衡态的电子极化转移到待检测原子核,将原子核的检测灵敏度提高几个量级甚至更多．这种灵敏度极化增强方法可以用来进行蛋白质结构和动力学检测、光化学和光物理进程的基础研究、量子计算和低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance,Low-field NMR）与磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）应用研究．该文简要分析了MIONP的物理原理及其在核极化增强中的优势,结合实验条件综述了一些重要的成果．最后,对微波诱导光学核极化的前景作了展望．     

具有独立延时功能的脉冲序列发生器

在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）系统中,谱仪是中心控制单元,其脉冲序列发生器输出的多通道指令分别控制各硬件部件协调工作,从而采集数据并重建图像,各硬件部件之间的相对延时会影响磁共振图像的质量或导致系统无法采集到图像.为了解决这一问题,本文设计了每个输出通道均具有可调延时功能的脉冲序列发生器,每一路通道的最大延时值为819 μs,延时步进值为50 ns,可实现对相对延时的精确补偿.由于延时功能是通过在脉冲序列发生器每个输出通道上添加独立延时电路实现的,因此具有结构简单,灵活性高的优点.     

组织凝固性坏死对基于纵向弛豫时间的磁共振测温的影响

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）治疗肿瘤时,为了保证治疗的安全性和有效性,需要对组织温度分布进行实时监测.磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）具有对温度敏感的成像参数,可以无创检测组织温度.本文结合组织相变对测温的影响,探讨了磁共振测温（Magnetic Resonance Thermometry,MRT）技术能否用于实时监控HIFU治疗.利用两态快速交换模型,提出在组织凝固性坏死的相变前后,MRI的纵向弛豫时间（T₁）参数与组织温度之间具有不同关系.并通过实验验证了上述假设.相对于传统的磁共振测温方法模型,本文考虑了HIFU治疗过程中组织相变对检测温度的影响,对利用磁共振测温引导HIFU治疗具有重要的参考价值.     

利用低温NMR技术测定木材及其热处理材纤维饱和点

实验基于核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）检测的无损性,利用低场NMR技术测定热处理前后花旗松的纤维饱和点（Fiber Saturation Point,FSP）.在-3℃和25℃条件下,对CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲测得的信号进行横向弛豫时间（T²）分析,对比试样冷冻前后信号反演峰面积,确定试样吸着水饱和含量,得到不同热处理条件下花旗松的纤维饱和点依次为38.76%（对照材）、32.82%（180℃热处理）、29.40%（200℃热处理）、24.90%（220℃热处理）.实验结果表明,热处理温度越高,纤维饱和点越低.该结果测试结果与木材学理论相符,表明NMR技术可应用于快速确定木材纤维饱和点.     

杜仲的核磁共振指纹图谱研究

核磁共振氢谱（Proton Nuclear Magnetic Resonance,¹H NMR）是中药指纹图谱中一种鉴定和控制植物中药质量的新方法．本文采用CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列采集了杜仲提取物的¹H NMR谱,通过完整还原振幅频率表（Complete Reduction to Amplitude-Frequency Table,CRAFT）分析技术对杜仲指纹图谱进行特征指纹分析,将待目标合物的信号从混合物图谱中剥离出来,实现了不分离样品而分析目标化合物信息的目的,从而对杜仲的特征化合物——松脂醇二葡萄糖苷（Pinoresinol Glucoside,PDG）进行了定性和定量分析．结果显示贵阳药用植物园所得杜仲的PDG含量为0.275 6%,相对标准偏差（Relative Standard Deviation,RSD）为1.69%,与高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography,HPLC）定量分析结果（含量为0.269 6%,RSD为0.65%）基本一致．另外,通过NMR检测与多变量数据建模相结合分析了杜仲提取物的全指纹图谱,结果显示同一采收期不同产地的杜仲药材有显著差异,这表明该方法可用于鉴定不同产地的药材,具有一定的实用意义．     

核磁共振波谱仪用射频功率放大器的设计与实现

介绍了一种应用于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）波谱仪的宽频带射频功率放大器的设计与实现,提出了射频功率放大器门控信号的设计,探讨了利用传输线变压器构建功率MOSFET输入输出阻抗匹配网络的方法. 该射频功率放大器采用多级驱动结合功率放大的结构,包含2个工作模块和基于宽频带定向耦合器的辅助电路,支持高带和宽带通道的相关实验. 将该射频功率放大器应用在自主研发的500 MHz高分辨率液体NMR谱仪上,测量射频功放的上升、下降时间及输出线性度,并对比测试¹H和¹³C NMR标样的信噪比,实验结果证明了该设计的可行性.     

基于异构双核的磁共振接收机的设计

提出了基于异构双核的低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance,low-field NMR）接收机的设计,具有ARM（Adanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）先进的异构双核结构、高速的模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）采集、增益的可控以及可视化显示等特性,提高了整个系统的性能指标.设计中采用Xilinx公司的系统开发工具System Generator来实现内部信号处理功能.实验结果表明,数字接收机具有结构紧凑、可重构性强、采样速率高和成本低等特点,并且增益的可控使接收机获得了较大的动态范围,提高了重建图像的信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）.     

脉冲动态核极化增强的NMR 和MRI 系统研究

该文介绍了一种自行设计和构建的可扩展脉冲动态核极化谱仪,可以实现核磁共振波谱与磁共振成像的功能．该仪器的新颖设计主要有：1) 采用基于PCIe 的分布式总线结构,能够极大地提高数据传输效率和通信可靠性,实现精确控制脉冲序列;2) 采用外部高速的DDR 芯片存储脉冲序列元素和FID 数据,可以极大的提高脉冲序列的执行速度,减少快速成像序列的TR 时间间隔;3) 采用时钟移相技术,可以精确产生分辨率为纳秒级别的数字脉冲．最后对该仪器的动态核极化-磁共振波谱与核磁共振成像功能进行了实验验证．     

NMR谱仪软件脚本环境的研究与应用

主要讨论在核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）谱仪软件中引入脚本环境的方法和应用. 首先,介绍脚本语言的概念,并比较分析了几种脚本解析器;其次,概述了谱仪软件的系统结构,阐述了使用QtScript引擎建立脚本环境的方法,并结合NMR软件系统中实验参数、命令行等模块,提出了可行的脚本化方案;最后,给出了测试结果和改进方法.     

增强低场下脑功能磁共振成像显著性的研究

实现了基于低场0.35 T磁共振成像系统的大脑功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI）的研究. 基于质子密度加权的快速自旋回波(Turbo Spin Echo,TSE)图像,重点研究增强低场fMRI显著性的方法,目的在于提高低场fMRI的可用性. 结果表明：健康受试者在执行手动任务期间,大脑运动区的信号强度变化可以由基于血管外质子信号增强 (Signal Enhancement by Extravascular water Protons,EEP)的对比机制探测. 优化TSE序列参数能提高图像SNR和扫描速度,并在统计分析中增加外在屏蔽图像,可以有效地提高低场下fMRI研究结果的显著性.     

基于全可编程SoC和LabVIEW的磁共振接收系统设计

本文提出了基于全可编程片上系统（System-on-a-Chip,SoC）和实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,LabVIEW）的磁共振信号接收系统设计.使用集成了ARM（Advanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的全可编程SoC作为接收机的主芯片,利用Xilinx提供的数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）开发工具System Generator设计了数字下变频（Digital Down Converter,DDC）算法,并实现了接收机硬件电路.使用可视化编程平台LabVIEW设计了磁共振上位机软件,完成了磁共振信号的显示、存储和与接收机通信的工作,提高了软件开发效率.实验结果表明,本文设计的接收机能正确接收磁共振回波信号,且具有较高的信噪比.     

核磁共振成像系列实验教学探讨

超小型核磁共振成像仪已经应用在近代物理实验教学中,该仪器可以研究各种样品的脉冲核磁共振.本文从教学内容和教学方法上对核磁共振成像实验进行了探讨·     

脑科学研究中的质子磁共振波谱方法

核磁共振（NMR）波谱作为一种操作简单、高效且重复性良好的技术手段，在脑科学领域的应用日益广泛，尤其是离体核磁共振氢谱（¹H NMR）和活体核磁共振氢谱（¹H MRS）.¹H NMR和¹H MRS在实验设计、样品预处理、数据处理等方面各有优劣、各擅胜场.本综述主要从适用范围、样品预处理、数据处理分析等方面，对二者在方法学层面的研究现状进行总结和讨论，以期为脑科学领域的研究者进行大脑代谢相关研究时提供一定的参考和帮助.     

基于AD607芯片的核磁共振模拟接收机

核磁共振波谱和核磁共振成像技术（MRI）已经成为一种广泛应用于物理、化学、材料、生物医学等领域的重要研究工具和医疗诊断手段,但是仪器复杂、价格昂贵. 本文提出了一种改进的基于AD607芯片的模拟接收机设计. 相对于传统的模拟接收机,此设计可以减少接收机使用的外围器件的数量,从而简化设备. 而相对于全数字接收机,本文提出的设计结构简单,并且可以工作在较高的频率. 文章最后给出了核磁共振成像实验的结果.     

液体核磁共振 HSQC 实验的量子化学计算与模拟

核磁共振（NMR）异核单量子相干（HSQC）实验因具有较高的灵敏度和分辨率而被广泛用于液体大分子化合物的结构鉴定和研究．然而由于HSQC脉冲的复杂性,需要严格控制实验参数和实验条件才能得到高质量的谱图．本文基于量子力学原理对HSQC实验进行数学建模,通过理论推导、数值计算求解自旋1/2的IS双核体系在每个脉冲节点作用后的密度矩阵,然后结合二维NMR信号采样方法,使用计算机程序完成了该体系HSQC谱图的模拟,同时,还实现了乙醇分子的HSQC谱图模拟． HSQC实验的成功模拟基于对复杂演化过程的精确计算,可用于预测谱图以及实验参数改变对NMR谱图的影响,指导高质量HSQC实验谱图的采集．     

基于哈德曼编码的新型高分辨定域谱

核磁共振（NMR）技术作为一种非植入无损伤的检测技术，已经广泛应用于化学、生物和医学等领域.本文基于哈德曼（Hadamard）编码的分子间单量子相干（iSQC）技术提出了一种新的序列，首先从理论上对该序列进行了简要的分析并阐明其原理，然后用套管模型实验和脑模型实验验证该序列在不均匀磁场下准确定域和快速获取高分辨谱的能力.实验表明，该序列在不均匀磁场下可以快速获取高分辨定域谱，同时抑制溶剂峰信号，具备一定的应用价值.     

EPR谱图模拟软件EasySpin的图形用户界面设计

EasySpin是一款较为流行的电子顺磁共振（EPR）谱图模拟和拟合软件,LabVIEW是一种图形化编程语言开发环境．本文介绍了一款使用LabVIEW为EasySpin设计的图形用户界面LV-EasySpin．LV-EasySpin提供了一种直观的操作方法来实现连续波EPR多组分波谱的可视化模拟和拟合．本文辅以各种模式下的实例进行说明,阐述了LV-EasySpin的设计思路与实现方案,最终希望具有简洁、易操作界面的LV-EasySpin可以降低用户使用EasySpin分析EPR谱图的难度．     

生物医学核磁共振中的模式识别方法

模式识别(PR)是把具体事物进行正确归类的科学,它能解决许多对复杂体系的认识问题. 生物医学核磁共振波谱(NMR)的理解和分析便是其中一种. 在受到病理或者其他刺激后,生物体内的代谢物水平会发生变化,这种变化可以通过液体高分辨核磁共振的手段来观察. 模式识别把这种认识进一步深化,不仅可以将正常状态与病理状态区分开,还能找到是哪些生化指纹导致两种状态的差异,为生理、病理和药理等研究,以及临床诊断提供依据. 模式识别与生物核磁共振波谱的结合,已经发展成为代谢组学研究的关键技术,甚至被称为基于核磁共振的代谢组学. 主要讨论适用于生物医学核磁共振中的模式识别方法及其最新进展.     

Conceptual Design Study of a Novel Gyrotron for NMR/DNP Spectroscopy

In this paper we present some initial results from a conceptual design study focused on the development of a novel frequency tunable gyrotron for nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with signal enhancement based on the utilization of high field radiation and dynamic nuclear polarization (DNP) technique. The first variants of both the electron optical system and the resonant cavity which have been designed aiming continuous frequency tunability in a broad frequency band are presented and discussed. The selected method for frequency tunability is based on the excitation of higher order axial modes and smooth transition between them. It was selected after a critical examination of the known theoretical and practical results related to the frequency control in gyrotrons. It is believed that the current conceptual design is an appropriate basis for development of the next (optimized) design which will include also a detailed design of other components (mode converter, output window etc.) and magnetic circuit (superconducting magnet and supplementary solenoids) as well as for the overall mechanical design and fabrication of the prospective gyrotron.     

量子算法的NMR实现方法

量子计算机是一种以量子耦合方式进行信息处理的装置[1 ] 。原则上 ,它能利用量子相干干涉方法以比传统计算机更快的速度进行诸如大数的因式分解、未排序数据库中的数据搜索等工作[2 ] 。建造大型量子计算机的主要困难是噪音、去耦和制造工艺。一方面 ,虽然离子陷阱和光学腔实验方法大有希望 ,但这些方法都还没有成功实现过量子计算。另一方面 ,因为隔离于自然环境 ,核自旋可以成为很好的“量子比特” ,可能以非传统方式使用核磁共振 (NMR)技术实现量子计算。本文介绍一种用NMR方法实现量子计算的方法 ,该方法能够用比传统方法少的步骤解决一个纯数学问题。基于该方法的简单量子计算机使用比传统计算机使用更少的函数“调用”判断一未知函数的类别。