基于数值计算模拟的仿真核磁共振波谱仪开发

核磁共振(NMR)波谱是研究有机分子结构的重要工具之一,其设备昂贵、仪器数量有限、科研机时安排紧凑、教学实验机时有限;若学生的NMR理论和实验基础较为薄弱,则易发生误操作损坏设备或降低设备性能;另外,NMR实验涉及流程较多、教学耗时较长.因此,针对学生的NMR实验教学难以广泛开展.为将虚拟技术更好地用于辅助NMR实验教学,本文基于数值模拟仿真技术,开发了具备真实NMR波谱仪基本功能的仿真NMR波谱仪——VMRS1.0软件.VMRS1.0软件可实现真实NMR实验须进行的调谐匹配、匀场、锁场、射频脉冲调节、原始数据采集等操作步骤,以及快速傅里叶变换、相位校正、自动寻峰、积分、测距、化学位移校正等基本数据处理功能;除简单的1D 1H和13C NMR波谱采集和数据处理外,还可模拟去偶、DEPT、HSQC等相对复杂的实验;另外,该软件可自行虚拟编辑1H或13C NMR实验样品.VMRS1.0软件摆脱硬件条件的限制,实现了与真实NMR实验类似的教学效果,可以让学生通过反复操作调试,更充分地掌握NMR基本原理和实验技能,再配合在真实NMR谱仪上的少量实际操作,可达到更加令人满意的实验教学效果.

磁共振虚拟仿真技术的应用

虚拟仿真是除了理论和实验之外的第三种研究手段,广泛应用于诸多领域的各个研发环节。本文介绍了虚拟仿真技术在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)领域的发展情况和现状、磁共振虚拟仿真平台的开发思路和开发流程,以及磁共振虚拟仿真平台在MRI原理可视化批量化实验教学方面的应用效果。另外,还提到人工智能(Artificial Intelligence,AI)。除了教学应用外,虚拟仿真技术在AI+MRI医学影像智能诊断的样本增广、提高临床MRI的扫描效率等方面也有着很好的应用前景。