波谱学杂志

2020年, 第37卷, 第2期　刊出日期：2020-06-05

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第37卷第2期中英文目次

波谱学杂志, 2020, 37(2): 0-0.

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研究论文

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结合小波融合和深度学习的脑胶质瘤自动分割

宫进昌, 王宇, 王远军

波谱学杂志, 2020, 37(2): 131-143. doi: 10.11938/cjmr20192709

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针对水肿区域边界模糊和瘤内结构复杂多变导致的脑胶质瘤分割不精确问题，本文提出了一种基于小波融合和3D-UNet网络的脑胶质瘤磁共振图像自动分割算法.首先，对脑胶质瘤磁共振图像的T1、T1ce、T2、Flair四种模态进行小波融合以及偏置场校正；然后，提取待分类的图像块；再利用提取的图像块训练3D-UNet网络以对图像块中的像素进行分类；最后加载损失率较小的网络模型进行分割，并采用基于连通区域的轮廓提取方法，以降低假阳性率.对57组Brats2018（Brain Tumor Segmentation 2018）磁共振图像测试集进行分割的结果显示，肿瘤的整体、核心和水肿部分的平均分割准确率（DSC）分别达到90.64%、80.74%和86.37%，这表明该算法分割脑胶质瘤准确率较高，与金标准相近.相比多模态图像融合前，该算法在减少输入网络数据量和图像冗余信息的同时，还一定程度上解决了胶质瘤边界模糊、分割不精确的问题，提高了分割的准确度和鲁棒性.

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用于SAR估计的基于U-Net网络的快速膝关节模型重建

肖亮, 娄煜堃, 周航宇

波谱学杂志, 2020, 37(2): 144-151. doi: 10.11938/cjmr20192716

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膝关节高场磁共振成像（MRI）时，射频功率沉积（SAR）是一个关键的安全指标.目前对于局部SAR的准确估计只能通过电磁仿真实现，这就要求得到每一个个体的膝关节模型.本文提出一种针对低场磁共振图像的基于卷积神经网络的分割方法，以实现膝关节磁共振图像的快速重建.数据集来自于矢位T₁加权自旋回波图像，将膝关节组织按照"肌肉-脂肪-骨骼"模型进行简化，除脂肪与骨骼之外的其他组织归类为肌肉.采用一种全卷积的神经网络，即U-Net进行逐层的图像分割，卷积层数为4，训练采用交叉熵函数.本文对图像的自动分割结果与手动标注结果进行了定量的比较.此外，采用3 T正交鸟笼线圈进行了SAR仿真，结果验证了组织简化对于SAR估计的可行性，并且所提方法构建的模型可以得到较为精准的局部SAR分布.

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基于级联卷积神经网络的前列腺磁共振图像分类

刘可文, 刘紫龙, 汪香玉, 陈黎, 李钊, 吴光耀, 刘朝阳

波谱学杂志, 2020, 37(2): 152-161. doi: 10.11938/cjmr20192717

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针对深度学习训练成本高，以及基于磁共振图像的前列腺癌临床诊断需要大量医学常识且极为耗时的问题，本文提出了一种基于级联卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）和磁共振图像的前列腺癌（Prostate Cancer，PCa）自动分类诊断方法，该网络以Faster-RCNN作为前网络，对前列腺区域进行提取分割，用于排除前列腺附近组织器官的干扰；以基于ResNet改进的网络结构CNN40_bottleneck作为后网络，用于对前列腺区域病变进行分类.后网络由瓶颈结构串联组成，其中使用批量标准化（Batch Normalization，BN）、全局平均池化（Global Average Pooling，GAP）进行优化.实验结果证明，本文方法对前列腺癌诊断结果较好，而且缩减了训练时间和参数量，有效降低了训练成本.

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基于二维核磁共振弛豫谱的雷四段孔隙度计算方法

侯克均, 吴见萌, 葛祥, 张世懋

波谱学杂志, 2020, 37(2): 162-171. doi: 10.11938/cjmr20192708

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基于常规测井资料的体积模型和一维核磁共振（NMR）测井资料的固定截止值法，可以计算地层孔隙度，但是扩径段孔隙度计算结果偏大.本文通过川西海相雷四段岩心样品NMR实验和实测二维NMR测井资料，开展扩径段的T₂、T₁孔隙度计算方法研究.首先总结不同孔径流体在T₂谱和T₁谱上的响应特征，分析钻井液流体峰截止值的分布范围和影响因素，建立钻井液流体弛豫时间截止值的计算模型；然后根据未扩径段和扩径段的粘土束缚水弛豫时间截止值确定原则，确立变粘土束缚水弛豫时间截止值的有效孔隙度计算方法.多口井的应用效果表明，基于T₁谱的孔隙度计算结果精度更高、定量分析误差小，能有效解决扩径段孔隙度计算结果偏大的问题，满足储层评价的要求.

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回波间隔对核磁共振表观孔隙度的影响及矫正方法

张宫, 何宗斌, 曹文倩, 陈瑶

波谱学杂志, 2020, 37(2): 172-181. doi: 10.11938/cjmr20192771

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本文对具有特定横向弛豫时间（T₂）的硫酸铜溶液进行了多回波间隔（T_E）的核磁共振（NMR）实验，并利用数值模拟对32组具有不同弛豫分量的模型进行了变T_E模拟实验，定量研究了T_E对致密油气、页岩气等低孔低渗储层NMR孔隙度的影响规律.实验结果表明，随着T_E的增大，各T₂弛豫组分NMR孔隙度先维持在100%左右，然后迅速衰减，当T_E增加到一定数值时，趋近于0；不同T₂弛豫组分NMR孔隙度开始迅速衰减及最后变为0的T_E值存在显著差异.根据不同T₂弛豫组分NMR孔隙度与T_E的关系，将整个NMR测量分为无损测量区、快速衰减区、无效参数区和仪器盲区4个区域.对特定弛豫组分而言，在快速衰减区弛豫组分损失量与T_E呈对数关系，本文还给出了该区域NMR孔隙度的校正公式及方法.

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核自旋单重态的制备及其转化效率和寿命的影响因素分析

刘慧霞, 辛家祥, 魏达秀, 姚叶锋

波谱学杂志, 2020, 37(2): 182-192. doi: 10.11938/cjmr20192725

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长寿命核自旋单重态（LLS）因具有寿命较长这一特性而具有广泛的应用前景.本文在一个三肽样品（alanylglycylgcine，AGG）的水溶液中，对结构中离手性碳较远的二自旋体系进行核自旋单重态的制备，并探究了样品浓度、温度、射频发射中心位置、自旋体系之间的J耦合常数，以及磁场不均匀性五个因素对LLS的转化效率及其寿命的影响.实验结果表明，核自旋单重态的转化效率和寿命均不受样品浓度以及磁场不均匀性的影响.寿命会随实验温度的升高不断增加，转化效率随温度的下降而减小.射频中心位置在小范围内变化时，核自旋单重态制备所受影响不明显；但当变化较大时，其转化效率与寿命明显减小.同时，核自旋单重态对J耦合的变化则比较敏感，当J值选择不精准时，转化效率及寿命都出现明显降低.

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一种手持便携式核磁共振样品管高压清洗器的设计与实现

陶艳春, 王春宇

波谱学杂志, 2020, 37(2): 193-199. doi: 10.11938/cjmr20192761

摘要 ( 141 ) HTML全文 ( )

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在液体核磁共振（NMR）实验使用的耗材中，NMR样品管用量非常大，通常需经清洗后回收利用.NMR样品管的清洗效率及清洗后的洁净程度直接影响到NMR实验的进程，清洗过程中产生的废液也将对环境产生影响.本文首先介绍了一款自主设计的手持便携式NMR样品管高压清洗器，并对该装置的结构和功能做了详细的说明.然后，对曾装存过不同溶剂和溶液的NMR样品管，分别利用该装置和商用NMR样品管清洗装置进行清洗，并比较了清洗效率和效果.最后，对利用此高压清洗器清洗NMR样品管时，NMR样品管的损伤程度进行了评估.结果证实，对于没有样品严重附着管壁的NMR样品管，本文设计的装置清洗效果良好、效率高；并且清洗过程中不使用有毒的有机溶剂，非常环保；而且对NMR样品管损伤较小.

研究简报

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小型化氢脉泽原子储存时间设计

何克亮, 张为群, 林传富

波谱学杂志, 2020, 37(2): 200-208. doi: 10.11938/cjmr20192712

摘要 ( 95 ) HTML全文 ( )

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氢微波激射器（氢脉泽）采用原子储存泡对氢原子进行囚禁，在低损耗谐振腔内形成稳定的自持振荡.本文采用具备低腔频温度系数的介质加载谐振腔替换传统的腔-泡结构，实现了氢脉泽的小型化；并分析了这种小型化方案对频率稳定度和准确度的影响.原子储存时间设计值为0.4 s，闭环后的频率稳定度为5.6×10^-15/（1 000 s），与储存时间设计结果相吻合.

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一种非连续微波探询信号的实现

包婉静, 曾庆琦, 余钫, 秦蕾, 陈智勇

波谱学杂志, 2020, 37(2): 209-215. doi: 10.11938/cjmr20192722

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铷原子频标（RAFS）的微波探询信号可用于激励铷原子产生基态能级之间的跃迁，从而实现共振探测.目前常用的微波产生方案都存在电路结构复杂、功耗大、不便于集成的缺点.本文提出了一种利用锁相环（PLL）技术产生非连续微波探询信号的设计方案，这种方案以10 MHz信号作为参考频率，在单片机的合理配置下可直接得到（6 834.687 5 MHz±f_M）信号（f_M表示最大频偏）.该方案具有电路结构简单、功耗低、数字化程度高等优点，利用该方案实现的整机稳定度优于1.5E-11/√τ（1 s≤τ≤100 s），性能指标均可满足小型商业铷原子钟要求.

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定量核磁共振氢谱测定新药替格瑞洛

张芬芬, 沈文斌, 徐开兵, 杨明

波谱学杂志, 2020, 37(2): 216-223. doi: 10.11938/cjmr20192705

摘要 ( 219 ) HTML全文 ( )

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本文建立了基于核磁共振氢谱（¹H NMR）测定新药替格瑞洛绝对含量的方法.采用Bruker Avance 300型NMR谱仪，以磺胺多辛为内标；以替格瑞洛中质子信号δ_H 7.14（2H，m）和δ_H 7.04（1H，s），磺胺多辛质子信号δ_H 8.04（1H，s）、δ_H 7.73（2H，d）和δ_H 6.54（2H，d）作为定量峰；以氘代甲醇（CD₃OD）为溶剂进行测定.测定条件为：探头温度为308 K，谱宽为3 511.5 Hz，中心频率为1 470.6 Hz，脉冲翻转角为θ=30°，延迟时间为10 s，采样次数为16，线宽因子为0.3 Hz.在此实验条件下，替格瑞洛样品与内标磺胺多辛的定量峰分离良好，实验结果精密度较高、重复性较好、线性范围较宽，其线性拟合方程为：Y=1.053X-0.081（r=0.996，n=5）.最终测得样品中替格瑞洛含量为99.4%，相对标准偏差（RSD）为0.20%.该方法简便、准确、快速，适用于替格瑞洛样品的绝对含量测定.

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丁氟螨酯的波谱学数据解析与结构确证

张一鸣, 陈志雪, 杨晓云

波谱学杂志, 2020, 37(2): 224-231. doi: 10.11938/cjmr20192723

摘要 ( 171 ) HTML全文 ( )

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丁氟螨酯是一种新型杀螨剂，具有高效、低残留的特点.本文对其红外吸收光谱（IR）、紫外吸收光谱（UV）、质谱（MS）及核磁共振（NMR）波谱（包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT、¹H-¹H COSY、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹³C HMBC）进行了测定，分析了其UV和IR谱图特征吸收峰对应的基团，并对其¹H和¹³C NMR信号进行了归属，确证了丁氟螨酯的结构.该研究将为丁氟螨酯的其他相关研究提供参考.

综述评论

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脑科学研究中的质子磁共振波谱方法

刘涛涛, 王杰, 郭向阳

波谱学杂志, 2020, 37(2): 232-240. doi: 10.11938/cjmr20182702

摘要 ( 153 ) HTML全文 ( )

PDF (708KB) ( 178 )

核磁共振（NMR）波谱作为一种操作简单、高效且重复性良好的技术手段，在脑科学领域的应用日益广泛，尤其是离体核磁共振氢谱（¹H NMR）和活体核磁共振氢谱（¹H MRS）.¹H NMR和¹H MRS在实验设计、样品预处理、数据处理等方面各有优劣、各擅胜场.本综述主要从适用范围、样品预处理、数据处理分析等方面，对二者在方法学层面的研究现状进行总结和讨论，以期为脑科学领域的研究者进行大脑代谢相关研究时提供一定的参考和帮助.

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基于磁共振成像的人脑图谱构建方法研究进展

蔡文琴, 王远军

波谱学杂志, 2020, 37(2): 241-253. doi: 10.11938/cjmr20192706

摘要 ( 286 ) HTML全文 ( )

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基于磁共振成像的脑图谱构建对于脑与认知科学的研究非常重要，借助脑图谱，研究者可以精确地分析比较不同的脑影像数据，然而目前尚没有比较统一的标准脑图谱.本文针对基于磁共振成像的脑图谱构建方法进行概述，首先介绍了人脑图谱构建的发展进程，阐述脑图谱构建中需解决的技术问题及其局限性；然后着重描述了构建脑图谱的基本方法；最后论述了应用脑图谱进行精确定量分析的统计学方法，包括基于体素的形态学测量分析法和基于纤维束示踪的空间统计分析法，并较深入地比较了两种方法的差异和近期研究进展.通过分析目前研究现状，本文总结了脑图谱构建研究中的主要方法及不足，并就该领域未来的研究进展进行了展望.