一種用于生物組織的核磁共振檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核磁共振波譜學(xué)檢測方法，尤其是涉及一種用于生物組織的核磁共振 檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核磁共振（NMR，Nuclear Magnetic Resonance)波譜技術(shù)可提供化學(xué)位移和J偶 合等分子級別的信息，成為分子結(jié)構(gòu)解析和成分分析一種強有力的工具，廣泛應(yīng)用于生物 檢測和代謝物分析。通常情況下，一維核磁共振譜方法采樣時間短，并且能夠滿足具有簡單 化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)的樣品的分析需求，因此在簡單的樣品體系中得到廣泛應(yīng)用。然而，生 物樣品往往含有大量代謝物成分以及復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生大量核磁共振信號，使得所獲 得的一維核磁共振譜圖出現(xiàn)譜峰擁擠甚至譜峰疊加的情況，不利于信號歸屬和結(jié)構(gòu)分析。 二維核磁共振J分解譜方法可以完全實現(xiàn)核磁共振信號化學(xué)位移和J偶合信息的分離，即 分離在二維譜圖的兩個軸上，很好地解決了一維核磁共振譜中譜峰擁擠的問題，對于生物 組織代謝物以及復(fù)雜化學(xué)成分歸屬和檢測具有重要意義。由于核磁共振實驗往往對磁場均 勻性有著極高的要求，例如溶液樣品的氫譜實驗，其所附加的磁場在空間尺度上的浮動范 圍必須控制在10 8以內(nèi)才能最終為分子結(jié)構(gòu)和成分分析等提供有用的高分辨譜學(xué)信息。因 此，目前現(xiàn)有的常規(guī)二維J分解譜方法在生物體系的應(yīng)用都主要集中在均相樣品，如生物 體液和生物組織提取液等。對于真正的生物組織，如腦組織、肌肉組織和軟骨組織等，其內(nèi) 部磁化率變化會引起磁場不均勻而最終導(dǎo)致常規(guī)二維J分解譜方法很難獲得檢測分析所 需的高分辨譜圖信息。
[0003] 為了解決生物組織樣品實驗中磁場不均勻性的問題，我們首先想到的一個方法就 是勻場。目前，相關(guān)的勻場硬件和勻場方法已經(jīng)應(yīng)用到現(xiàn)代常規(guī)核磁共振波譜儀上，用于提 升核磁實驗磁場均勻性。這些勻場方法對于液態(tài)樣品實驗?zāi)芷鸬胶芎玫男Ч?。因為液態(tài)樣 品通常是均相的，其樣品內(nèi)部不存在磁場不均勻性的因素，實驗過程中磁場不均勻主要來 自樣品外部檢測環(huán)境的干擾。對于這種外部檢測環(huán)境引起的磁場不均勻，現(xiàn)有的勻場方法 能夠基本將其消除。但對于檢測樣品本身引入的磁場不均勻性，如生物組織內(nèi)部磁化率引 起的不均勻磁場，現(xiàn)有的勻場方法往往很難消除。因此，通過勻場方法很難直接對生物組織 樣品進行核磁共振檢測。而組織萃取為生物組織代謝物檢測分析提供了一種有效的間接手 段。這一方法實際上就是把生物組織代謝物成分從組織轉(zhuǎn)移到特定溶劑中，然后對所獲得 代謝物溶液進行NMR檢測。利用這一方法，實驗人員需要花相當(dāng)大的精力來對采樣前的生 物組織樣品進行預(yù)處理，并且這一方法只能間接對生物組織代謝物進行檢測分析，無法直 接對完整生物組織進行檢測。另一方面，硬件的發(fā)展也為核磁共振在生物組織樣品的應(yīng)用 中提供了強有力的幫助。例如，魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)就為消除生物樣品中因磁化率變化引起的磁 場不均勻性提供了一種有效的手段，能夠產(chǎn)生媲美液體核磁共振的高分辨譜圖。但是魔角 旋轉(zhuǎn)實驗需要特殊的探頭檢測設(shè)備，并且高速旋轉(zhuǎn)往往會對生物組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定破 壞，無法保證實驗過程中組織的完整性。
[0004] 由此可見，常規(guī)的二維J分解譜方法很難直接用于生物組織代謝檢測分析，雖然 通過結(jié)合組織萃取和魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)能夠很好消除組織內(nèi)部磁化率不均勻的影響來獲得分 析所需的高分辨譜信息，但這些技術(shù)需要復(fù)雜的樣品預(yù)處理和特殊的硬件設(shè)備，并且在完 整生物組織直接檢測方面有很大局限性。因此，如果能夠解決好這個問題，無需繁瑣的勻場 操作、復(fù)雜的樣品預(yù)處理以及特殊的硬件設(shè)備，而僅從脈沖序列設(shè)計和數(shù)據(jù)后處理方法角 度出發(fā)，設(shè)計出一種直接用于生物組織檢測消除其磁化率變化引起的磁場不均勻性而獲得 高分辨率核磁共振二維J分解譜的方法，并實現(xiàn)快速信號采樣，就能進一步提高核磁共振 譜學(xué)在生物組織中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供可直接用于因樣品磁化率變化引起磁場不均勻的一種用 于生物組織的核磁共振檢測方法。
[0006] 本發(fā)明包括如下步驟：
[0007] 1)將所檢測的生物組織樣品裝入核磁試管中，然后將裝好樣品的試管放入核磁譜 儀的檢測磁體中；
[0008] 2)常規(guī)一維脈沖序列采樣一張一維譜，獲得譜線的線寬，為譜寬參數(shù)設(shè)置提供依 據(jù)，同時線寬值反映了生物組織樣品磁場不均勻性的情況；
[0009] 3)在核磁共振波譜儀上導(dǎo)入事先編譯好的脈沖序列；
[0010] 4)打開所述脈沖序列的分子間零量子相干信號選擇模塊、折疊校正模塊、溶劑壓 制模塊和J調(diào)制信號采樣模塊，設(shè)置各個模塊的實驗參數(shù)；
[0011] 5)完成實驗參數(shù)設(shè)置后，跳過人工勻場操作過程，直接執(zhí)行數(shù)據(jù)采樣，整個采樣過 程的時間為2~3min ;
[0012] 6)當(dāng)數(shù)據(jù)采樣全部完成后，進行相關(guān)的數(shù)據(jù)后處理，得到免于不均勻磁場影響的 高分辨率二維J分解譜。
[0013] 在步驟1)中，所述將所檢測的生物組織樣品裝入核磁試管中，只需直接將生物組 織樣品整塊完整裝入核磁譜儀配備的試管中，整個過程無需對生物組織進行預(yù)處理，無需 對譜儀硬件設(shè)施進行改動。
[0014] 在步驟2)中，所述常規(guī)一維脈沖序列是核磁共振譜儀自帶的一維脈沖序列，由一 個非選擇性η/2射頻脈沖和采樣期構(gòu)成，即非選擇性π/2射頻脈沖作用后緊跟著信號采 樣，目的是為了檢查在生物組織樣品放置后磁場均勻性情況，同時為譜寬參數(shù)設(shè)置提供依 據(jù)。
[0015] 在步驟3)中，所述脈沖序列使用了分子間零量子相干信號選擇模塊、折疊校正模 塊、溶劑壓制模塊和J調(diào)制信號采樣模塊；
[0016] 所述分子間零量子相干信號選擇模塊由一個非選擇性矩形π /2脈沖、一個溶劑 選擇性高斯形狀（η/2)1脈沖、一個非選擇性矩形π脈沖、一個間接演化期tl和一個相干 選擇梯度構(gòu)成，通過分子間零量子相干信號選擇模塊可選擇出所需的分子間零量子相干信 號；由于分子間零量子相干信號源于溶劑和溶質(zhì)之間的遠(yuǎn)程偶極相互作用，該分子間零量 子相干信號的共振頻率為溶劑和溶質(zhì)自旋的共振頻率之差；由于偶極相互作用的有效距離 為5~100 μm，因此溶劑和溶質(zhì)自旋上附加的磁場不均勻性是一樣的，故而兩者的頻率之 差消除了磁場不均勻性的影響；對于生物組織樣品，水峰對應(yīng)于溶劑而代謝物成分對應(yīng)于 溶質(zhì)，因此分子間零量子相干信號選擇模塊所選擇出來的分子間零量子相干信號對生物組 織中因磁化率變化引起的磁場不均勻性具有免疫特性；
[0017] 所述折疊校正模塊是指通過減小化學(xué)位移維度的譜寬來提高脈沖序列的采樣速 率，且不會降低信號強度和譜分辨率。在采樣結(jié)束后，通過相應(yīng)折疊校正數(shù)據(jù)處理可恢復(fù)正 常的化學(xué)位移維度；
[0018] 所述溶劑壓制模塊采用激發(fā)塑形方式在采樣前壓制溶劑信號，具體方式是將W5 二項式組合脈沖作為一個溶劑剔除脈沖，并將一對散相梯度置于這一 W5組合脈沖前后； 生物組織樣品通常含有大量水分，會淹沒代謝物信號，故需要加入這一溶劑壓制模塊來壓 制強大的水峰信號使生物代謝物信號顯現(xiàn)出來。
[0019] 所述J調(diào)制信號采樣模塊由一系列采樣期t2和非選擇性31脈沖構(gòu)成，J調(diào)制信號 采樣模塊同時包括奇偶信號的采樣，并且重復(fù)N次。每一個單獨的采樣期一包含化學(xué)位移、 J偶合、和直接維磁場不均勻性的演化，由同一磁化矢量激發(fā)后經(jīng)過N次重復(fù)在重構(gòu)的F3間 接維可追蹤J偶合演化。這是由于前后相等的兩部分演化期、及其中間所插入的非選擇性 η脈沖形成自旋回波的信號演化，所選擇出的分子間零量子相干信號在經(jīng)此演化后完全消 除了化學(xué)位移和磁場不均勻性，只保留了 J偶合信息，從而構(gòu)成了采樣信號沿F3維的信息， 即二維J分解譜中J偶合信息維；同時，J調(diào)制信號采樣模塊能夠在單次采樣中同時獲得F2 和F3維信息，進一步提高脈沖序列的采樣速率。通過折疊校正和J調(diào)制信號采樣模塊的結(jié) 合，能最終實現(xiàn)信號的快速采樣。
[0020] 在步驟4)中，所述實驗參數(shù)包括直接維譜寬SW、第一間接維譜寬SWUJ調(diào)制信號 采樣模塊單個采樣期時間〖 2及模塊重復(fù)次數(shù)N、間接維演化期t i的點數(shù)ni、序列延遲時間 RD、固定延時2 △、π /2非選擇性矩形脈沖時間、π非選擇性矩形脈沖時間、（π /2)1溶劑選 擇性高斯脈沖時間、相干選擇梯度場強度及其作用時間、散相梯度場強度及其作用時間，其 中所述固定延時2 Δ的設(shè)定范圍為40~120ms，所述序列延遲時間RD的設(shè)定范圍為3~ 5s〇
[0021] 在步驟5)中，所述數(shù)據(jù)采樣的具體過程為：首先脈沖序列