动态核极化谱仪的技术改造

介绍了动态核极化(DNP)谱仪数字系统的改造和一套的射频发射和接收系统的建立.谱仪射频通道的90°脉冲宽度为5μs,能完全满足固体交叉极化和大功率去耦的实验要求.实现了DNP增强曲线的自动测量     

一种用于核磁共振的脉冲场梯度单元

给出一种用于核磁共振谱仪的脉冲场梯度单元的详细设计. 它具有结构简洁、性能良好以及成本低廉等特点. 该单元只需外部设备提供两条TTL触发线即可产生任意波形的梯度脉冲，因此可以方便地与商用核磁共振仪器配套使用.     

HIREFS谱仪在类氖钛软X射线激光中的应用

 介绍了掠入射高分辨平焦场HIREFS（High Resolution Erect Field Spectrometer）谱仪的主要结构和性能。采用预脉冲实验技术，使用该谱仪对线聚焦条件下钛靶的轴向空间分辨谱进行了研究，得到了类氖钛32.6nm软X射线激光强线的空间分布信息。     

一体化NMR波谱仪梯度-场频联锁-匀场系统设计

介绍一体化核磁共振波谱仪梯度-场频联锁-匀场系统的设计方案. 该方案使用嵌入式以太网、FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)、EMI(External Memory Interface, 外部存储器接口)和高速串行总线等技术构建了基于以太网的通信系统和使用并行运算的控制系统, 并具备CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线通信的能力. 梯度放大器通过LVDS(Low-Voltage Differential Signaling,低压差分信号传输)接口与主控系统的梯度波形发生器连接,实现与谱仪工作站的交互. 系统采用插板式结构和通用性电路的设计方法,具有很好的扩展能力和适应性,能够满足不同谱仪的需求. 系统在11.7 T(500 MHz)NMR系统中进行了有效的锁场、匀场和梯度特性的测试,证明了该方案的可行性.     

超快速COSY类2D NMR实验弛豫假峰的抑制

在脉冲梯度场基础上研究了进一步缩短COSY类2D NMR实验数据采集时间的新方法.利用主动屏蔽梯度场线圈的梯度场恢复时间仅为100μs数量级这一特点,提出一类基于脉冲梯度场消除弛豫假峰的脉冲序列.并以DQF-COSY脉冲序列为例加以验证.实验结果表明:采用文中的方法,取序列重复时间远小于T₁和T₂是切实可行的;梯度场技术能很好地抑制弛豫假蜂以达到2D NMK数据的快速采集.     

基于FPGA的低场核磁共振谱仪脉冲编程器设计与实现

脉冲编程器在核磁共振(NMR) 谱仪中非常重要,具有产生脉冲序列所需的射频脉冲,控制回波信号的同步接收等功能. 基于FPGA的同步性能和时序控制功能,设计了低场NMR谱仪的脉冲编程器,可产生任意脉冲序列,实现脉冲频率、相位、幅度的灵活调节. 利用设计的脉冲编程器在0.540 Tesla均匀磁场下进行了CuSO₄溶液的T₁和T₂测量,得到高信噪比的NMR回波串.     

磁共振成像谱仪梯度波形分析

梯度是磁共振成像（MRI）的关键环节.通过采集谱仪梯度波形信号并进行分析,提取出各通道波形的特征点,从而有助于快速准确地判断谱仪梯度硬件电路或脉冲序列编写是否存在问题.采用虚拟仪器LabVIEW软件控制高速采集卡DAQ-2005设计实现多路采集系统,对谱仪的梯度输出进行采集.通过对波形数据进行直方图统计、滤波、差分计算等分析,提取出波形的特征点,这些特征点包含时间与幅度信息.使用实验室自主研发的谱仪进行了多次实验,对该方法进行验证,证明了该方法的有效性,也为谱仪研制和脉冲序列开发提供了一种辅助测试方法.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅳ)--系统组成与各部分性能指标

报道了自行研制的L波段三维电子自旋共振成像（3D-ESRI）系统的整机结构及各部分性能指标. 该系统主要由L波段ESR谱仪、三维梯度磁场装置、数据处理及图像重建软件组成. 系统的微波频率为1.05 GHz;最大微波功率500 mW. 采用3-环2-缝再进入式谐振腔,无载Q值>1 000;最大测量体积为φ 20 mm, 高30 mm柱状水溶液样品. 接收系统采用100 kHz锁相放大电路,最大增益可达1×10⁶;时间常数0.02 ms～1 s;磁场调制幅度>0.5 mT. 最大梯度磁场2 mT/cm;三维梯度线性度均优于5 ％;稳定度可达10^-5;主磁场可在1.6～96 mT范围内任意点选择扫场起始点;在0.2～16 mT范围选择磁场扫描宽度. 数据系统为12位A/D实现数据采集,三路8位D/A控制梯度磁场. 采用滤波反投影法实现图像重建, 成像功能包括：二维、三维自旋浓度成像;等浓度线2D图像显示;3D立体和断层图像显示等. 对水溶液和固体模型样品进行ESR成像的结果表明：本系统可以开展较大体积生物样品的ESRI研究.     

基于单片FPGA的磁共振成像梯度计算模块

提出了一种用于磁共振成像的高集成度的数字梯度计算模块. 它可以实时计算任意层面成像所需的梯度波形,并能对X、Y、Z三个通道做波形预增强处理. 该模块基于单片FPGA器件,梯度波形数据预存于FPGA内嵌的RAM中,波形更新时间最小为1 μs. 在FPGA内部通过复用一种快速IIR滤波器算法,能在1 μs时间内实现包含6组不同时间常数和幅度的预增强运算. 实验证明该系统具有通用性好、体积小和成本低等特点,为磁共振谱仪的研制提供了一种紧凑、灵活的梯度波形发生方案.      

基于自主研发的500 MHz NMR谱仪的紫杉醇结构解析

中国科学院武汉物理与数学研究所（WIPM）于2010年成功研制了500 MHz（WIPM-I 500）高分辨超导核磁共振（NMR）谱仪,并将其投入实际应用中.然而,关于其二维核磁共振（2D NMR）谱图的准确性及在此基础上对复杂物质的结构解析尚无系统完整的数据报道.该文利用WIPM-I 500型NMR谱仪,对紫杉醇样品进行了1D NMR及2D NMR（包括¹H-¹H COSY、¹H-¹H TOCSY、J-Res、¹H-¹³C HMQC和¹H-¹³C HMBC）实验,将谱图分析结果与进口仪器进行了对比.结果表明：利用WIPM-I 500型NMR谱仪能够采集准确的2D NMR谱图,为紫杉醇的正确归属提供了实验基础;而且该文也纠正了文献中对紫杉醇的错误归属.     

脉冲梯度场增强的DQF-COSY实验t1噪声研究

脉冲相位的不稳定性是导致二维谱中的t₁噪声的原因之一.本文从理论上和实验上对脉冲相位不稳定性所引起的t₁噪声进行了研究.从角动量算符I_x,I_y和I_z推导中发现,由于磁化矢量在P型和N型DQF-COSY实验的脉冲梯度场中进动方向的内在差异,一部分脉冲相位误差在P型DQF-COSY实验会被重聚掉,在N型DQF-COSY实验中却会被加重.因此P型DQF-COSY实验的t₁噪声比N型小.理论推导还得到t₁噪声在P型和N型中的理论比值为√3:√11.以上理论结果得到我们实验结果的支持.     

Gradient-enhanced heteronuclear correlation spectroscopy: theory and experimental aspects. 1992

A detailed theoretical and experimental treatment is given for gradient-enhanced heteronuclear correlation spectroscopy. Both multiple-quantum and single-quantum sequences are described. In addition to a comparison with conventional experiments using phase cycling, the effects of different gradient combinations are examined with respect to artifacts occurring in the heteronuclear dimension. The influence of gradient performance and diffusion on sensitivity is discussed. Approaches to attain phase-sensitive spectra are also analyzed.     

永磁微型磁共振成像仪的梯度线圈与图像质量

通过理论分析结合计算机仿真试验剖析了磁共振成像(MRI)中梯度场线性对图像质量影响的原理,在梯度场线性有缺陷的情况下,用实例和计算机模拟直观的展示了重建图像和模拟结果. 结合研发实践发现,在永磁微小口径、低场强用于鼠类等小动物成像情况下,对梯度场线性度的要求远高于文献中提出的指标. 依靠软件改进,图像没有本质的提高,尝试补偿技术耗时费力效果也不理想. 说明了对永磁微小口径成像仪研发线性度更好的梯度线圈是提高图像质量的关键技术之一. 揭示了在理想条件下普适的理论原理,在不同的实践条件下有不同的趋近理想条件要求. 将具有独立知识产权的高线性梯度线圈安装在自行研制的仪器上得到了较好的图像.     

脉冲梯度场NMR实验中的弛豫和辐射阻尼效应

使用梯度脉冲压制水峰已广泛地应用于生物样品的NMR实验,一个选择性90°脉冲接一个纵向的散相梯度脉冲破预期能得到好的去水峰效果,然而基于下面的三方面的原因,梯度脉冲去水峰的效果受到了限制,其一是梯度散相的动力学过程表明总磁化强度的衰减是需要时间的,其二是纵向弛豫T₁机制在梯度脉冲作用过程中不可避免,其三是辐射阻尼效应力图将磁化强度推向z方向.在本文中我们定量地分析了这三种机制在压水峰过程中的作用.     

A chemical-shift-insensitive slice-selective RF pulse (CHISS)

In NMR imaging and in vivo spectroscopy, slice selection is usually achieved by applying a frequency-selective RF pulse in the presence of a magnetic field gradient. A serious limitation of this method of slice selection is that, in a system with many different chemical shifts, the selected slice is offset in space for each chemically shifted resonance. In the present study, a composite RF pulse that is insensitive to chemical-shift differences has been developed. The pulse involves applying a RF pulse of desired shape in the presence of an alternating magnetic field gradient, together with hard 180° pulses at each gradient transition. Calculations are presented to show that excitation with the proposed pulse averages the chemical-shift term to zero. An exact calculation for a rectangular RF excitation shape verifies this. Experiments based on observing the RF excitation profiles have been performed to demonstrate the validity of the proposed pulse.     

氢负离子在梯度电场中光剥离的波包动力学研究

利用含时微扰论和闭合轨道理论相结合的方法, 给出了氢负离子在梯度电场中自关联函数的计算公式, 并且对体系的自关联函数进行了计算和分析. 重点探讨了激光脉冲的宽度、梯度电场中背景电场强度及电场梯度对氢负离子体系的自关联函数的影响. 研究结果表明, 当激光脉冲的脉冲宽度较短, 远小于剥离电子的闭合轨道的周期时, 量子波包的回归现象显著, 自关联函数中会出现一系列比较明显的回归峰, 这是由于沿闭合轨道返回的电子波包和出射的电子波包之间产生干涉形成的. 但是随着激光脉冲宽度的增加, 量子波包的回归现象减弱. 当脉冲宽度和闭合轨道的周期相差不是很大时, 自关联函数中的回归峰逐渐变宽, 振荡渐趋平缓, 相邻的峰之间发生相互干涉, 从而导致对应关系消失. 除此之外, 我们还发现梯度电场中背景电场强度和电场梯度对体系的自关联函数也会发生显著的影响. 随着背景电场强度和电场梯度的增加, 剥离电子的闭合轨道的周期变短, 自关联函数中回归峰的个数逐渐增加, 量子回归现象增强. 因此, 我们可以通过改变脉冲的宽度、外加电场强度的大小对氢负离子发生光剥离的自关联函数进行调控. 我们的结果对于实验研究原子或离子体系在外场中的波包动力学性质可以提供一定的参考价值.     

Gravitational effects induced by high-power lasers

The gravitational field produced by a high-power laser is calculated according to the linearized Einstein field equation in weak field approximation. It is found that when a probe pulse propagates in the above gravitational field, the gravitational Faraday effect and defocusing phenomenon of the probe pulse are induced by the gradient of the energy density of the high-power laser pulse. The rotating angle of the polarization plane of the probe pulse and the variation of its light intensity are derived. The results are discussed and estimated under the conditions of our present experiment facility. PACS 04.40.-b, 04.80.Cc     

An NMR technique for measurement of magnetic field gradient waveforms

Almost all NMR imaging and localized spectroscopic methods fundamentally rely on the use of magnetic field gradients. It follows that precise information on gradient waveform shape and rise-times is often most useful in experimental MRI. We present a very simple and robust method for measuring the time evolution of a magnetic field gradient. The method is based on the analysis of the NMR signal in the time domain, and requires no specialized field measurement probes for its implementation. The technique makes use of the principal that for small flip angles the excitation profile is a good approximation to the Fourier transform of the radio frequency pulse shape. Creation of the NMR signal can be considered as an inverse Fourier transform and thus variation of the gradient strength during the excitation pulse influences the shape of the NMR signal. Although originally designed for measurement of the rise time only, we have now extended the technique to measure the exact time course of the gradient. The theory is confirmed by experimental results for gradient waveform field measurements in a high-field vertical bore system.     

MR detection of mechanical vibrations using a radiofrequency field gradient

A new method for NMR characterization of mechanical waves, based upon radiofrequency field gradient for motion encoding, is proposed. A binomial B1 gradient excitation scheme was used to visualize the mobile spins undergoing a periodic transverse mechanical excitation. A simple model was designed to simulate the NMR signal as a function of the wave frequency excitation and the periodicity of the NMR pulse sequence. The preliminary results were obtained on a gel phantom at low vibration frequencies (0-200 Hz) by using a ladder-shaped coil generating a nearly constant RF field gradient along a specific known direction. For very small displacements and/or B1 gradients, the NMR signal measured on a gel phantom was proportional to the vibration amplitude and the pulse sequence was shown to be selective with respect to the vibration frequency. A good estimation of the direction of vibrations was obtained by varying the angle between the motion direction and the B1 gradient. The method and its use in parallel to more conventional MR elastography techniques are discussed. The presented approach might be of interest for noninvasive investigation of elastic properties of soft tissues and other materials.