梯度匀场原理.ppt

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1、梯度匀场,布鲁克中国核磁用户会 二零零三年九月二十四至二十九 赵培栋 Clemens Anklin,2,梯度匀场,1. 匀场及梯度匀场的基本原理 2. 梯度匀场使用的软件 3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H B: 3D 1H C: RCB D: 1D 2H,3,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,匀场就是在样品区域增加或减少匀场线圈中的电流以补偿外磁场的不均匀性的方法. 要求匀场系统创造一补偿场,此补偿场应: 与外磁场的不均匀性强度相同但符号相反.,4,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,一个需要调整Z1和Z2以补偿外磁场不均匀性的例子,调整前的磁场 匀场线圈产生的补偿场 调整后的磁场,5,同性均匀

2、磁场,进动频率 (Larmor) w 正比与 gi B0 若 B0 = 11.7T 那么 w1H=500 MHz 在旋转坐标系(w) 磁化矢量静止不动,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,6,在旋转坐标系中,假如梯度场强为 20 G/cm 线圈的有效长度是 1 cm. 1Gauss相当于 4258 Hz氢的频率. 处于 z = +0.5 cm的原子核就会以0.5*20*4258 = 42580 Hz的速度旋转, 而在z = 0的原子则静止不动.,施加一个Z方向的梯度场,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,由各点频率与位置的关系推出相位与位置的关系,7,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,由各点频率与位置的

3、关系推出相位与位置的关系,由于,在不均匀磁场中,在旋转坐标系中有,8,匀场及梯度匀场的基本原理,基本参数: 激发脉冲:p0, pl1 回波时间:d15 梯度强度:在GRDPROG定义,9,梯度回波 傅立叶转换 幅度计算转换,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,10,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,梯度匀场必须: 知道各匀场线圈产生的补偿场与样品区内沿Z-轴各点的关系. 样品区内沿Z-轴各点的不均匀性的特征.,11,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,由下面两组实验之差可推出.,TE D15=5m,回波,1H, 2H Z-梯度,pl1, p0,TE D15=20m, 回波,1H, 2H Z-梯度,pl1

4、, p0,梯度脉宽 t,梯度脉宽 2t,梯度脉宽 t,梯度脉宽 2t,由于在TE时间内, BG(z)=0,12,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,由下面两组实验之差可推出.,TE D15=5m,回波,1H, 2H Z-梯度,pl1, p0,TE D15=20m, 回波,1H, 2H Z-梯度,pl1, p0,DB0内(z):磁场的不均匀性引起沿Z-轴某位置的磁场变化. DB0匀(z):改变匀场电流引起沿Z-轴某位置的磁场变,13,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,DB0内(z)Field Map DB0匀(z)为零时： 上述实验可得到沿Z-轴各点由于场不均匀性引起相 位变化.,14,1. 匀场及梯

5、度匀场的基本原理,梯度场(匀场线圈)引起的相位演化 黑线:未加梯度场前的频率轮廓图 红线: z1-shim + 5000 units,两者差,DB0内(z)B0匀时:,15,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,梯度场(匀场线圈)引起的相位演化 黑线:未加梯度场前的频率轮廓图 红线: z2-shim + 5000 units,两者差,16,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,17,1. 匀场及梯度匀场的基本原理,由场的不均匀性引起的相位演化,相位变化,样品中心 零相位点,线圈长度(RF),Z-轴,DB0匀(z)为零时：,18,2. 梯度匀场使用的软件,梯度匀场界面 Tcl/Tk scripts 脉冲程序

6、: imgegs1d, imgegs1d2h, imgegs3d, imrcbgegs3d Au-程序: au_zgonly, writeshimZ, rampXY, zg_2Hoffon 参数组: gradshim1d1h, gradshim1d2h, gradshimdata, gradshimrcb3d,19,2. 梯度匀场使用的软件,梯度匀场主窗口,打入命令:gradshim,20,2. 梯度匀场使用的软件,匀场场图窗口,21,2. 梯度匀场使用的软件,匀场组合设置窗口,22,2. 梯度匀场使用的软件,梯度匀场重复设置,23,2. 梯度匀场使用的软件,梯度匀场 自动控制窗口,24,2.

7、 梯度匀场使用的软件,软件使用建议: 1. 匀场场图数据应放在目录./data/gradshim/nmr 2. 匀场数据可放在用户目录下 3. 在不同的操作系统中, gradshim处在不同的目录下 .,25,梯度匀场的一般要求: 梯度匀场是一种核磁共振成像方法故成像的好坏直接影响匀场的质量. 要求单一的核磁共振信号. 测量在共振的信号(O1放置在共振信号中央),3.梯度匀场的方法,26,单一共振信号: 一个非常强的信号, 如 H2O 氘代溶剂的氘信号 使用选择激发某一核磁共振信号.,3.梯度匀场的方法,27,3. 梯度匀场的方法,布鲁克提供的方法: 1D1H 一维氢梯度匀场要求较强的单一氢核

8、磁共振信号及Z梯度探头 3D1H 三维氢梯度匀场 要求较强的单一氢核磁共振信号及XYZ梯度探头和 梯度功放 3D-RCB 使用RCB的三维氢梯度匀场 要求较强的单一氢核磁共振信号, RCB or 2H_TX/RCB 控制板(只需Z梯度探头) 1D2H 一维氘梯度匀场要求较强的单一氘核磁共振信号, 2H_TX控制板,28,氢或氘梯度回波实验,TE,1D1H,3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,29,标准参数组gradshim1d1h 脉冲程序imgegs1d 方法选取 “最好” 重复程序lowz 14 pointsmidz4 20 pointsmidz4 20 pointshighz 24 p

9、oints,3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,30,1D1H梯度匀场的参数调整及注意事项: 参数调整 调整p0 和 rg以得到最佳信号(cryoprobes!) 当使用非5mm样品管时, 参数swh 和梯度场强度需要调整 注意事项: FID的剪切(RG太大) (clipping) 低的信噪比 梯度脉冲工作状况 偏置频率(O1),3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,31,FID的剪切(RG太大) (clipping),3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,32,低的信噪比,3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,33,未施加梯度脉冲,3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,34,不正确的O1,

10、3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,35,任何比右图差的匀场场图 都会导致不理想的匀场效 果,3. 梯度匀场的方法 A:1D 1H,36,3D氢梯度回波实验,TE,3D1H,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,37,标准参数组gradshimdata 脉冲序列 imgegs3d 方法选取 “最佳”重复程序deflt5step(从零开始的匀场)deflt2step (一般三维匀场),3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,38,3D1H梯度匀场的参数调整及注意事项: 参数调整 调整p0 和 rg以得到最佳信号(cryoprobes!) 当使用非5mm样品管时, 参数swh 和梯度场强度需要调整 注

11、意事项: FID的剪切(RG太大) (clipping) 低的信噪比 梯度脉冲工作状况 偏置频率(O1),与 1D1H相同,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,39,FID的剪切(RG太大) (clipping) 如何找到最大的信号 3D梯度匀场由32 x 32 回波组成,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,40,打入命令 acqu, 在XWIN-NMR左边 命令键盘上点击,两红线中央由32回波组成,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,41,FID的剪切(RG太大) # 528回波,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,42,梯度脉冲工作状况 X 梯度坏,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,43

12、,梯度脉冲工作状况 Y 梯度坏,3. 梯度匀场的方法 B:3D1H,44,3D氢RCB梯度回波实验,TE,X,%,Y,%,Z,%,(3.1),(0),(-6.7),(0),F1,pl1,16dB,TIMES,msec,LOOPS,3m,d11,30m,d1,50m,p0,2u,2u,d27,2m,2u,5m,d15,2u,250u,d21,0.5u,0.5u,d37,1u,1u,rde1,3.3m,aq,3m,5m,400m,d11,30m,50m,10m,rcyc=2 ;1,lo to 2 times l1 ;1024,RCB 3D,3. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,45,标准参数组

13、 gradshimrcb3d 脉冲序列 imrcbgegs3d AU 程序 rampXY 方法选取 “最佳”重复程序deflt5step(从零开始的匀场)deflt2step (一般三维匀场),3. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,46,仪器硬件要求 Z-梯度探头 梯度功放(GAB 等) 2H_TX/RCB 控制板(Realtime Control Board) 将Z0线与2H_TX/RCB的Int A端口连接,3. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,47,3DRCB梯度匀场的参数调整及注意事项: 参数调整 调整p0 和 rg以得到最佳信号(cryoprobes!) 使用非5mm样品管,

14、 参数swh 和梯度场强度需要调整 调整TE1(D15)以在XY方向得到较大图像 注意事项: FID的剪切(RG太大) (clipping) 低的信噪比 梯度脉冲工作状况 偏置频率(O1),3. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,48,依据匀场系统调整 Factor 系数(XWIN-NMR3.1) AU程序RampXY自动调整 (void)sscanf(line,%s %d,shim, /* Read current value of X and Y shim */,3. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,49,调整TE1(D15)以在XY方向得到较大图像 d15 = 5msec 太小,3

15、. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,50,调整TE1(D15)以在XY方向得到较大图像 d15 = 25msec 合适,3. 梯度匀场的方法 C: RCB 3D,51,1D2H,氢或氘梯度回波实验,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,52,标准参数组 gradshim1d2h 脉冲序列 imgegs1d2h 方法选取 “最佳”重复程序 lowz 14 pointsmidz4 24 points,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,53,仪器硬件要求 2H_TX 控制板 梯度功放(GAB 等) 具体的通道连接取决于仪器的配置 将Z0线与2H_TX/RCB的Int A端口连接,3. 梯度匀

16、场的方法 D: 1D2H,54,1D2H梯度匀场的参数调整及注意事项: 参数调整 调整 d1, ns, p0, plx, rg 以达最佳信号. 使用非5mm样品管, 参数swh 和梯度场强度需要调整 注意事项: FID的剪切(RG太大) (clipping) 低的信噪比 梯度脉冲工作状况 偏置频率(O1),3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,55,为何需调整如此多的参数? 标准参数无法适应较大的环境改变. 氘核的迟豫时间较长 如Acetone-d6 (4.6s)和 CDCl3(1.4s) 溶剂中氘浓度变化较大 如Acetone-d6 和 CDCl3 给出不同的信号强度. 氘核灵敏度较低. 较

17、低的回磁比,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,56,参数的改进 方法一 D1 = 2sec (instead of 5) NS = 8 DS = 2 P0 60 degrees (typical 60 100 usec) pl1 = high (-6 dB for 2H_TX, +6 for Lockswitch) 实验时间 30 s.,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,57,重复 (D1) / 脉冲角 (a),根据ERNST 角获取最佳 S/N cos a = e (-RD/T1) RD 200ms T1 6.7s a 13 鉴于温度,外场变化以及射频脉冲的不均匀性 a 10,3.

18、梯度匀场的方法 D: 1D2H,58,2H T1 迟豫时间常数,: 400MHz 温度 298K:Acetonitril 6.7s Acetone 4.6sMethanol 4.4s / 0.2sTHF 3.0s / 2.7sBenzene 1.4sChloroform 1.4sEthanol 1.0s / 0.8s / 0.1sDMSO 0.7sD2O 0.4s,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,59,参数的改进 方法二 D1 = 0.05sec rg=128 NS = 32 P0 10 degrees (10u) pl1 = high (-6 dB for 2H_TX, +6 for Lockswitch) 实验时间 11sec.,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,60,改进后的参数,标准参数,3. 梯度匀场的方法 D: 1D2H,61,梯度匀场,The End Thank you,