家族性甲亢患者血清和尿液的核磁共振代谢组学研究

采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法,研究了家族性甲亢患者、非家族性甲亢患者和健康志愿者人群的血清和尿液的代谢差异.结果表明,家族性甲亢组血清样品中的乙酰乙酸、柠檬酸及牛磺酸等代谢物的浓度显著升高,超低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、乳酸及甘氨酸等代谢物的浓度显著降低;尿样中的肌酐和葡萄糖的浓度显著升高,琥珀酸、苯乙酰甘氨酸及马尿酸等代谢物的浓度显著降低.以上结果表明家族性甲亢患者可能存在糖和脂类代谢的紊乱、肝脏和肾脏功能的损伤以及肠道环境的破坏等.此外,家族性甲亢组血清样品中的乙酰乙酸、葡萄糖、柠檬酸及肌酐等代谢物的浓度显著升高,表明家族性甲亢人群的肾脏功能受损更为严重,由此可区分家族性与非家族性甲亢的NMR代谢轮廓.

便携式核磁共振谱仪的研究进展

与超导核磁共振谱仪相比,便携式核磁共振谱仪虽然在灵敏度和分辨率方面存在不足,但是其在快速现场检测方面具有明显的优势和广阔的应用前景.近年来,新技术和新方法的出现有效提高了便携式NMR谱仪的分析能力,使得它更具实用性.该文介绍了便携式NMR谱仪在核心软硬件、高分辨实验方法和实际应用等方面的最新进展,并对以后的发展方向进行了展望.

基于Eclipse RCP技术的0.5T磁共振成像仪控制和数据处理软件系统开发

磁共振成像仪是临床医学最重要的诊断工具之一。本文介绍了基于Eclipse RCP技术开发的、可用于我国自主研制的0.5T磁共振成像仪的控制和数据处理的软件系统的研制过程。该系统采用Java语言编写,实现了对磁共振成像仪的控制,支持图形界面的脉冲序列设计,并提供了基本的DICOM图像处理功能,具有良好的用户体验和极强的可扩展性。

核磁共振技术在海洋鱼类研究中的应用

核磁共振（nuclearmagneticresonance，NMR）以其精确性、选择性和无创性成为最有用和最普遍的谱学分析方法之一。从复杂的生物分子到各种材料，从活的有机体到纳米分子，NMR谱提供了许多宝贵的信息。鱼肉和鱼卵富含动物蛋白质、不饱和脂肪酸和磷脂质等物质，易被人体消化吸收，

香烟气味刺激的嗅觉功能磁共振成像研究

目的采用血氧水平依赖功能磁共振成像技术(BOLD-fMRI)研究大脑对燃烧香烟气味的刺激反应。方法 26名男性右利手被试,其中吸烟者13人,不吸烟者13人。采用组块设计,应用单次激发梯度回波EPI序列采集,将燃烧的香烟气味输送到被试鼻孔作为刺激,自然呼吸空气为对照,用MRIcron、SPM8和Talairach Daemon软件进行数据处理。结果 1吸烟者和不吸烟者共同激活额叶(右侧额上回、左侧额中回、左侧中央前回)、顶叶(右侧顶下小叶、右侧缘上回)、左侧颞中回、右侧海马旁回和右侧丘脑;2吸烟者另外激活右侧中央前回、左侧扣带回、左侧楔前叶、左侧尾状核、左侧丘脑和小脑(左侧嘴峰、双侧小脑扁桃体、右侧下半月小叶);3不吸烟者另外激活右侧额中回、左侧额下回、左侧额内侧回和左侧顶上小叶。结论燃烧香烟气味均能激活吸烟者与不吸烟者额叶、顶叶及中脑边缘系统,但具体脑区定位有差异;在中脑边缘奖赏相关脑区,吸烟者激活比不吸烟者明显;燃烧香烟气味激活吸烟者与不吸烟者脑区半球优势不同。

基于K-L散度的核磁共振波谱数据尺度缩放方法

在基于核磁共振(NMR)的代谢组学数据分析中,尺度缩放是关键的预处理步骤之一,其主要目的是通过调整数据的方差结构,改善后续的多变量统计分析的结果。从信息熵的角度出发,利用KullbackLeibler(K-L)散度来度量不同实验分组的生物样品的1 H NMR波谱数据的差异程度,并结合单位方差缩放法,提出一种基于K-L散度的尺度缩放方法。该方法先利用单位方差法将数据各变量的标准差调整到同一水平上,再利用K-L散度对各变量进行有监督地加权,增强重要变量、减弱无关变量。由于K-L散度是在概率分布的意义上度量数据间的差异程度,且对于高斯和非高斯分布的数据均适用,因此能更准确地度量不同实验分组样品的1 H NMR波谱数据的差异性,从而更有效地地对谱数据的重要变量进行识别和加权。人群尿液1 H NMR波谱数据的分析结果表明,基于K-L散度的尺度缩放方法能有效抑制噪声变量,同时很好地区分特征变量和非特征变量;提高主成分回归(PCR)模型的判别能力;改善偏最小二乘回归判别分析(PLS-DA)模型的解释能力、预测能力以及对特征代谢物的辨识能力。

时空编码单扫描磁共振成像的基本原理及重建方法

单扫描磁共振成像技术凭借其良好的时间分辨率,近年来在扩散成像、实时动态三维成像、功能成像等生物医学领域得到广泛应用。在众多单扫描磁共振成像方法中,回波平面成像(EPI)是最常用的一种方法,但它存在一些局限性,特别是在高场条件下,其对磁场不均匀及化学位移效应十分敏感。基于时空编码的单扫描磁共振成像新方法,其对不均匀磁场及化学位移伪影有很好的鲁棒性,并延续了EPI良好的时间分辨率。作者主要阐述时空编码单扫描成像方法的基本原理、特性,时空编码图像的超分辨重建方法及其在生物医学领域的应用。

1.5T磁共振化学交换饱和转移成像的影响因素分析

本文探讨1.5 T磁共振化学交换饱和转移(Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST)成像的影响因素.通过试管模型和临床病例,采用GE Signa HDe 1.5 T磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)扫描仪分别进行不同矩阵、激励次数、翻转角、磁化传递翻转角的CEST成像对比分析,以及不同激励次数、磁化传递翻转角的Z谱分析,并从成像组织、成像设备、成像技术等方面对原始图信号、酰胺质子转移(Amide Proton Transfer,APT)信号及Z谱进行分析研究.实验结果表明1.5 T MRI扫描仪的CEST图像信噪比相对较低,且磁场稳定性及均匀度影响了CEST成像的效果.在其他参数不变的情况下,降低采集矩阵和增加激励次数与翻转角可以增加原始图像信噪比.磁化传递翻转角为105?时,CEST成像效果最好.激励次数为2、磁化传递翻转角为105?时,所得数据符合组织Z谱情况.模型Z谱在磁化传递频率为-294^-194 Hz范围可显示30%谷氨酸(Glu)、碘剂(I_(320))、纯水(H_2O)、肌酸(Cr)的信号差异,与H_2O差异最大处在-244^-214 Hz.原始图像信号30%I320明显高于Glu、H_2O、Cr,Cr略低于Glu,APT图Cr略低于Glu.25例脑肿瘤的APT图呈高信号、12例脑梗塞的APT图呈低信号,CEST原始图像均可区分病变区域.有12例因采集时间、患者配合情况、环境及室温等影响导致CEST成像的失败.由此得出1.5 T场强下,CEST技术受到成像组织、设备、技术等因素的影响,需要进行多方面优化.在保证磁场稳定性及均匀度的情况下,优化参数的CEST成像和Z谱成像可以区分代谢物及其浓度.

高场核磁共振波谱仪宽带前置放大器的研制

宽带前置放大器是磁共振仪器的重要部件,其性能决定了整个仪器X核通道的检测灵敏度.根据射频电路理论以及磁共振波谱仪整体性能指标的要求,设计并实现了可应用于高场核磁共振波谱仪的高性能宽带前置放大器.实测结果表明,所研制的核磁共振波谱仪宽带前置放大器在15 MHz^300 MHz频率范围内,其工作性能达到:带内增益>38 dB,带内平坦度<1.5 dB,噪声系数基本保持在1.2 dB以下,射频开关切换时间<1.5μs,具有带内增益平坦度高,噪声系数小,发射状态下放大器前端保护电路隔离度高,以及工作状态检测电路准确、简洁的特点.同时高场核磁共振碳和磷等杂核实验显示,利用所研制的宽带前置放大器可检测到具有较高信噪比的NMR信号.

高分辨率核磁共振纯化学位移谱新方法及其应用

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)以无辐射、非入侵、高分辨率及信息丰富等特点被广泛应用在化学、生物、医药、材料等领域.纯化学位移技术,因其能大幅提高NMR重叠谱图分辨率的优良特性,近年来逐渐成为NMR领域的研究热点.本文结合作者所在团队在纯化学位移新技术及其应用研究的基础上,评述了纯化学位移技术的发展现状,及其机遇与挑战.

7T下脂肪对基于NOE的磁共振对比成像的影响

核Overhauser增强(NOE)效应在高场下的化学交换饱和转移中会造成Z谱高场位置的负背景信号,有望成为一种新的磁共振成像(MRI)对比机制.然而,研究指出,NOE信号的发生区域与主要的脂肪信号的频率位置有重叠,因此MRI中观察到的NOE信号有可能混合了脂肪信号.该文通过鸡蛋的模型实验,初步分析了脂肪含量较高的组织内脂肪信号对NOE效应的影响,并通过健康大鼠鼠脑及颅内肿瘤大鼠鼠脑实验,分析了脂肪对脑部NOE对比成像及基于NOE对比成像的疾病诊断的影响.结果表明,脂肪含量较高的组织内脂肪信号会引起伪NOE效应,并影响NOE对比图像的准确性.

核磁共振谱自动基线校正新方法

该文提出一种新的核磁共振谱自动基线校正方法,该方法基于迭代移动平均值算法,改进了峰区域的基线识别,然后使用迭代方法进行基线建模.为了改进峰区域的基线建模结果,该方法结合了两种基线校正方法的优点,在基线识别过程选择了一系列位于峰区域的"基线定位点",然后和除了峰区域以外的基线点一起参与基线建模.该基线校正方法适用于NMR谱,即使在基线严重非线性失真的情况下也能得到理想的基线校正结果.

一种新的核磁共振谱峰对齐算法

谱峰对齐是基于核磁共振的代谢组学数据预处理过程中的一个重要环节,谱峰对齐效果直接影响后续的多变量统计分析。提出了一种基于高斯平滑的谱峰对齐算法(GPA)。算法通过调节高斯卷积函数的窗口大小,实现波谱信号的多尺度平滑,进而由粗到细、逐步实现波谱信号的谱峰对齐。真实的核磁共振波谱实验结果表明:GPA算法可以快速准确地实现谱峰对齐,且对齐后的波谱信号在平均相似度、后续统计模型的解释能力等综合性能上的表现明显优于相关优化解缠(COW)和多尺度谱峰对齐(MSPA)等常用谱峰对齐算法。

基于FPGA的磁共振成像仪梯度模块的设计

针对磁共振成像仪小型化、数字化的发展需求,提出了一种基于FPGA的磁共振成像仪梯度模块设计方案。该方案以FPGA为系统控制核心,结合高精度的四通道DAC和高分辨率的数字电位计,实现了梯度脉冲波形的生成、转换、预加重处理等一系列的功能。与以往的方案相比,该方案不但有效的减轻了主处理器FPGA的工作负担,而且尽可能的提高了系统的数字化和集成化。通过软件仿真和联机调试,结果表明该方案工作稳定可靠,能够很好的满足小型化磁共振成像系统的需求。

基于纯化学位移的同核二维正交相敏J分解核磁共振波谱

二维J分解(2D JRES)核磁共振(NMR)波谱是一种简单且用户友好的谱图表达形式,其将J偶合常数和化学位移信息分离到两个正交的频率维度上.自40年前首次被提出以来,2D JRES技术在脉冲序列和方法的改进,以及实际应用的进展方面一直备受关注.本文回顾了新型2D JRES脉冲序列,以及用于精确测量同核J偶合常数的2D J编辑谱的最近进展,特别是基于纯化学位移演化机制的正交相敏2D JRES谱方法及其应用,并阐述其在克服强偶合效应和磁场不均匀性等方面的能力.

磁共振成像仪通信及脉冲生成模块的设计

针对小型化核磁共振成像仪主控板的功能需要提出新的设计方式,采用FPGA开发板作为主控板,以Nios II嵌入式软核作为协处理器,通过在其上移植μC/OS-Ⅱ操作系统及lwIP协议栈,实现与计算机的网络通信;使用Verilog硬件描述语言编写脉冲序列生成模块,实现对指令的解析以及执行,形成用户要求的脉冲序列。最终测试结果表明,主控板的通信速率以及通过示波器采集得到的脉冲序列均满足成像仪系统要求。而且这种软硬结合的设计方式与以往全软件的设计相比,使成像仪精度更高,性能更加稳定。

铁观音茶水浸出物组成模式及溶出规律的核磁共振波谱分析

利用核磁共振波谱技术检测铁观音茶汤的水浸出物,研究水浸出物随冲泡次数的变化规律,并结合多变量统计方法,研究浓香型和清香型铁观音茶叶的水浸出物在组成模式上的差异。实验结果表明:茶汤中水浸出物的浸出量随冲泡次数快速下降,大部分水浸出物在第5道茶汤中的浸出量已不足10%;不同道茶汤中水浸出物的组成模式存在明显差异,从而导致各道茶汤在口感上的迥异;此外,浓香型和清香型茶汤中水浸出物的组成模式也存在显著差异:与清香型茶汤相比,浓香型茶汤中的表儿茶素、蔗糖等物质的相对含量较高,而茶氨酸、异亮氨酸、表儿茶素没食子酸酯、奎尼酸、表没食子儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯等物质的相对含量较低。

基于选择编码的超快速磁共振波谱方法

核磁共振(NMR)波谱技术是当今最有力的谱学工具之一,在化学、生物和医药等众多领域获得重要而广泛的应用.基于时空编码的快速采样方法自2002年Frydman小组提出后,大大增强了高维磁共振波谱的采样效率.在某一些应用体系中,存在若干个强度远超于其他谱峰的情况,很容易由于动态增益不足而检测不到某些较弱的谱峰,而往往这些较弱的谱峰包含着感兴趣的信息.且在实际的化学生物应用中,存在选择性感兴趣检测的情况,即只需要选择性地观察若干个具有标记作用的谱峰.由于时空编码技术借助于高速切换的双极性梯度来完成解码,因而无法选择性地检测若干个非连续的频点.为解决以上两个问题,该文提出一种选择编码的时空编码方法,即在序列中施加选择性脉冲,选择性破坏某些谱峰的编码过程,使之不能在解码期解码,从而简化谱图,实现选择性压制或者非连续频点的感兴趣检测.如果把选择性反转脉冲换为硬反转脉冲加选择性反转脉冲,则最终的谱图中只出现被选择性脉冲选中的谱峰.理论分析及相关的实验验证了这种方法的可行性和有效性.

磁共振成像仪的线圈调谐检测模块设计

线圈作为磁共振成像系统的重要组成部分,其性能直接影响成像质量。为了尽可能保证信噪比和图像质量,探测前需进行线圈调谐。调谐时,通过微调线圈的共振频率和阻抗两个参数,使线圈共振频率与拉莫尔频率一致,线圈和前放电路阻抗匹配。本文设计了一种线圈调谐的检测模块,阐述了模块的工作原理和软硬件设计。模块包括测量、处理两个部分,其中采用STM32采集电压数据,通过数据转换后用液晶屏显示实时波形。实际结果表明,此检测模块不仅延续了上位机调谐显示直观清晰的优点,而且兼具独立数码显示表的操作便捷的优点。

一种基于时空变换和压缩感知的磁共振螺旋采样的图像重建算法

螺旋采样磁共振快速成像在功能性成像、并行成像和动态成像等领域发挥着越来越重要的作用.螺旋采样图像重建的传统算法是用核函数将螺旋状分布的k空间数据插值到均匀网格中,再利用傅里叶变换和最小二乘法进行重建.但是基于网格化的算法对核函数过于依赖,在网格化过程中产生难以避免的误差.该文提出了基于时空变换和压缩感知的l1范数的最优化模型和重建算法.时空变换矩阵描述了空间上的磁共振图像与采集到的时域信号间的关系,使得算法直接使用采集到的数据作为保真约束项,避免了网格化过程产生的误差.此外,基于图像处理单元的并行计算被用来提高时空变换矩阵的运算速度,使得算法具有较强的应用价值.