【摘要】：磁共振波譜(MagneticResonance Spectroscopy,MRS)是生物醫(yī)學(xué)工程中常用的分析物質(zhì)化學(xué)成分與生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的手段之一。多維MRS減少了譜峰的擁擠和重疊且提供了新的原子核之間相互關(guān)系的信息,對復(fù)雜生物大分子分析有重要意義,但受限于間接維演化等物理機制,典型多維譜的數(shù)據(jù)采集時間隨維度和分辨率的增加而急劇增加。因此,降低多維MRS的采樣時間非常重要。時空編碼是通過物理實驗序列實現(xiàn)快速MRS的典型方法之一,該技術(shù)通過并行編碼間接維的頻率信息實現(xiàn)信號快速采集,但該技術(shù)較強的數(shù)據(jù)采集梯度容易對儀器造成傷害。為降低對梯度強度要求,非均勻采樣被引入到時空編碼MRS中,但同時也使得混合時間-頻率平面的信號缺失。從信號處理來看,如何對缺失的混合時間-頻率信號進行高質(zhì)量重建是一個挑戰(zhàn)性問題。當前最前沿方法主要是通過約束頻譜的稀疏性來重建時空編碼數(shù)據(jù),但這種方法可能導(dǎo)致譜峰失真甚至丟失,因此亟待開發(fā)新的信號重建方法。本文主要從MRS時間信號的低秩特性出發(fā),研究如何將混合時間-頻率信號建模成二維指數(shù)函數(shù)并進行缺失數(shù)據(jù)重建。主要工作包括:(1)提出一種基于低秩分塊Hankel矩陣的混合時間-頻率平面信號重建模型,并推導(dǎo)了其快速數(shù)值算法。實驗結(jié)果表明,所提方法重建的譜峰線型比頻譜稀疏方法的重建譜峰更接近真實譜峰,可以更準確地是化物質(zhì)中不同基團的質(zhì)子共振體積,量化準確性提升達5倍以上。(2)引入秩的近似逼近函數(shù),提出一種基于分塊Hankel矩陣的近似低秩的信號恢復(fù)模型,并進行數(shù)值求解。實驗結(jié)果表明,對于仿真的和實測的二維時空編碼數(shù)據(jù),該方法只需10%數(shù)據(jù)即可取得與第一種方法20%數(shù)據(jù)相當?shù)淖V峰相關(guān)性,基團的質(zhì)子共振體積的準確性提高1～4倍。本文所提方法可以拓展到MRS的去噪等其它重建問題,甚至拓展到任意二維指數(shù)的重建。所提方法在算法收斂性和大規(guī)模的低秩重建算法等可作進一步探索。
【圖文】：

它們具有磁性。在磁共振實驗中，只有具有磁性的核，如１Ｈ、ｌ３Ｃ、１５Ｎ和１９Ｆ等才逡逑能用于波譜實驗。提供合適頻率的射頻能eA會將原子核從較低能級Ｅｒ激發(fā)至較高逡逑能級￡２邋（見圖１．２）。如果在原子核升到較高能級后關(guān)閉射頻能！１＇〔，激發(fā)的原子核能逡逑級會降回到Ａ能級，該現(xiàn)象稱為弛豫。在弛豫過程中，原子將釋放它們吸收的射逡逑頻能丨彳：。如果重復(fù)施加射頻能則原子核將在Ａ和五２之間來回切換，交替地吸逡逑收和釋放能量。逡逑強射頻脈沖打到樣品之后，原子核將沿著同一個方向進動。所有原子核的磁場逡逑疊加會產(chǎn)生可測量的旋轉(zhuǎn)磁場，使得放置在樣品附近的線圈可以感應(yīng)到電壓變化。逡逑我們可以通過檢測這些電壓的變化獲得ＭＲＳ信號。需要注意的是原子核共振頻率逡逑需要在外加脈沖的頻率范圍內(nèi)。共振頻率的檢測可以通過對樣品按順序施加一系列逡逑不同頻率的射頻脈沖信號，直到檢測到能量吸收為止。至此，我們可以知道ＭＲＳ逡逑是指位于靜態(tài)磁場中的原子核在吸收射頻脈沖能黽后從一個自旋能級躍遷到另－個逡逑能級產(chǎn)生的信號。置于強外磁場的原子核的進動速度與外部磁場強度和磁體的磁場逡逑３逡逑

邐二維ＮＭＲ波譜邐諾貝爾化學(xué)獎逡逑圖１．１磁共振發(fā)展歷程概述逡逑１．１．２傳統(tǒng)波譜原理逡逑自然界中的原子由原子核和電子組成，原子核又由質(zhì)子和中子組成。某些特定逡逑的原子核，如含有奇數(shù)個質(zhì)子或奇數(shù)個中子的原子核，具有固有的角動量，該現(xiàn)象逡逑稱為原子核自旋。由于原子核帶電，所以自旋的原子核會產(chǎn)生微小的磁場，，意味著逡逑它們具有磁性。在磁共振實驗中，只有具有磁性的核，如１Ｈ、ｌ３Ｃ、１５Ｎ和１９Ｆ等才逡逑能用于波譜實驗。提供合適頻率的射頻能eA會將原子核從較低能級Ｅｒ激發(fā)至較高逡逑能級￡２邋（見圖１．２）。如果在原子核升到較高能級后關(guān)閉射頻能！１＇〔，激發(fā)的原子核能逡逑級會降回到Ａ能級，該現(xiàn)象稱為弛豫。在弛豫過程中，原子將釋放它們吸收的射逡逑頻能丨彳：。如果重復(fù)施加射頻能則原子核將在Ａ和五２之間來回切換，交替地吸逡逑收和釋放能量。逡逑強射頻脈沖打到樣品之后
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R445.2

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本文編號：2617949