波谱学杂志

2021年, 第38卷, 第1期　刊出日期：2021-03-05

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第38卷第1期中英文目次

波谱学杂志, 2021, 38(1): 0-0.

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研究论文

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低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计

冯涛, 陈俊飞, 张震, 杨春升, 张志, 刘朝阳

波谱学杂志, 2021, 38(1): 1-11. doi: 10.11938/cjmr20202823

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本文以核磁共振（NMR）射频线圈振铃信号产生原理为对象进行分析研究，提出了一种适用于低场环境下由环状间隙腔线圈与螺线管线圈构成的收发分离式短死时间射频线圈设计方案，采用优化调谐匹配网络提高发射效率；根据射频线圈方案需求设计了快速切换的射频开关及驱动．在此基础上依据仿真结果制作了短死时间射频线圈，并应用于自主研制的低场9.51 MHz便携式NMR谱仪系统，进行NMR实验，结果显示可将收发切换时间缩短至10 μs以内，验证了该设计方案的可行性．

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基于气体浓度定量的嗅觉刺激器优化设计

孙韦, 王慧, 张寅, 常严, 杨晓冬

波谱学杂志, 2021, 38(1): 12-21. doi: 10.11938/cjmr20202820

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现有的基于磁共振测量的嗅觉刺激器，通过调节嗅剂液体浓度的方法可以实现不同浓度的嗅觉刺激，但随着实验进行，受到嗅剂挥发以及实验环境（温度、湿度、气流量）变化的影响，很难确保输送至鼻腔的嗅剂气体浓度的稳定性，进而影响实验结果的准确性．本研究对本实验室前期开发的嗅觉刺激装置进行改进，实现了气体浓度精确定量．改进后的嗅觉刺激器主要分为三个部分：控制系统、反馈系统和气路系统．控制系统主要实现气路系统的送气控制和嗅剂气体浓度调节；反馈系统则负责对气体浓度进行测量；气路系统则在原有基础上添加活性炭装置，降低无关因素干扰．装置改进之后，不同气路切换时间为75.2 ms，比原装置减少了1 s，有效提高刺激精度．实验结果显示，气体浓度调节前，300 s内乙醇、吡啶、乙酸戊酯嗅剂气体浓度分别下降6.7%、71.4%、79.2%，嗅剂气体浓度短时间内发生较大改变．加入气体浓度调节功能后，当气体浓度下降至目标浓度的90%时，可通过调节气泵电压改变嗅剂气流与空气气流比例，从而调节嗅剂气体浓度至目标值，其中吡啶、乙酸戊酯用时13 s．

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基于密度泛函理论的高精度有机分子化学位移在线计算系统平台

李骞, 唐亚林, 向俊锋

波谱学杂志, 2021, 38(1): 22-31. doi: 10.11938/cjmr20202831

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近年来，随着计算化学理论的不断突破，以及计算硬件性能的大幅提高，基于第一性原理针对有机分子开展¹H和¹³C核磁共振化学位移的精确计算技术也取得了很大进展，部分方法已经逐步用于较大分子及较复杂分子体系的准确预测．本文建立了一个基于密度泛函理论的高精度有机分子化学位移在线计算系统平台，能够在线交互式完成分子量小于800的分子的化学位移计算服务．该系统平台工具能加快构建分子结构与核磁共振谱图的映射关系过程，为有机分子核磁共振谱图的高效指认，以及结构精确解析提供一个新的有力支撑．

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液体核磁共振 HSQC 实验的量子化学计算与模拟

黄珊珊, 姚叶锋, 李鹏, 何培忠

波谱学杂志, 2021, 38(1): 32-42. doi: 10.11938/cjmr20202814

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核磁共振（NMR）异核单量子相干（HSQC）实验因具有较高的灵敏度和分辨率而被广泛用于液体大分子化合物的结构鉴定和研究．然而由于HSQC脉冲的复杂性，需要严格控制实验参数和实验条件才能得到高质量的谱图．本文基于量子力学原理对HSQC实验进行数学建模，通过理论推导、数值计算求解自旋1/2的IS双核体系在每个脉冲节点作用后的密度矩阵，然后结合二维NMR信号采样方法，使用计算机程序完成了该体系HSQC谱图的模拟，同时，还实现了乙醇分子的HSQC谱图模拟． HSQC实验的成功模拟基于对复杂演化过程的精确计算，可用于预测谱图以及实验参数改变对NMR谱图的影响，指导高质量HSQC实验谱图的采集．

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原位核磁共振技术研究光催化甲醇重整过程中甲醇与水的相互作用

王睿迪, 徐贝贝, 宋艳红, 王雪璐, 姚叶锋

波谱学杂志, 2021, 38(1): 43-57. doi: 10.11938/cjmr20202818

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本文利用原位液体核磁共振技术对真实固液体系光催化甲醇重整过程中水与甲醇之间的相互作用进行了系统性研究，证实了甲醇+水体系中氢键及质子交换相互作用的存在，并且发现催化剂的种类（包括不同晶型，以及同一晶型、不同形貌的TiO₂）、体系温度、光照反应条件都会影响甲醇与水之间的相互作用，进而影响到甲醇重整的效率．这表明催化剂及温度的合适选择对于提升甲醇重整效率起到非常重要的作用．

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基于 Mask RCNN 的桥小脑角区脑膜瘤与听神经瘤分类定位研究

刘颖, 陈静聪, 胡小洋, 章浩伟

波谱学杂志, 2021, 38(1): 58-68. doi: 10.11938/cjmr20202825

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由于人体桥小脑角区的脑膜瘤与听神经瘤在影像学的表现以及发病位置极其相似，所以临床诊断极易发生误诊．针对此问题，本文应用掩膜区域卷积神经网络（Mask RCNN）对两类肿瘤进行分类定位研究．首先采集89名脑膜瘤与218名听神经瘤患者的T₁WI-SE序列的磁共振图像，对其进行预处理，再结合改进的特征金字塔网络（FPN）算法进行网络训练．本文对比了三种不同的Mask RCNN主干网络对两者分类定位的效果．结果表明，结合改进的FPN算法和ResNet101作为主干网络的Mask RCNN分类定位模型能够有效实现对两类肿瘤的分类定位，精确率为0.918 2、召回率为0.856 9、特异性为0.876 2、均值平均精度（mAP）为0.90．

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抗逆转录病毒治疗对艾滋病患者脑灰质体积的影响

辛红涛, 吴光耀, 文之, 雷皓, 林富春

波谱学杂志, 2021, 38(1): 69-79. doi: 10.11938/cjmr20202843

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磁共振影像学研究表明艾滋病患者的脑结构发生了变化．虽然联合抗逆转录病毒治疗（combined antiretroviraltherapy，cART）能提高艾滋病患者的长期生存率，但是cART对艾滋病患者脑结构改变的影响并不清楚．本研究利用三维高分辨脑结构磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术，使用基于体素的形态测量学方法，探讨了cART对艾滋病患者脑灰质体积的影响．本研究表明cART可以有效减少艾滋病患者的异常脑结构，提示早期实施cART的重要性．

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基于持久同调的复杂脑网络动态演化分析

贾嘉莹, 况立群, 熊风光, 韩燮

波谱学杂志, 2021, 38(1): 80-91. doi: 10.11938/cjmr20202844

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有研究表明阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）的认知状态与动态功能连接时间特性的改变有关，持久同调指标分析方法可为AD动态脑网络的研究提供更深的见解，但是目前研究主要集中在空间演化方面，尚未有针对时变方面的脑网络演化研究．本文基于静息态功能磁共振成像（resting state-functional magnetic resonanceimaging，rs-fMRI），对AD患者和正常被试（normal controls，NC）的静态脑网络和基于滑动窗口构建的动态脑网络进行功能连接性分析．对基于持久同调和基于图论的分析结果进行了比较，并采用k均值聚类进行了时间属性的分析．结果表明相对图论指标，持久同调的指标在AD患者和NC被试间具有更显著的差异性；而且相对于静态脑网络，基于持久同调的动态脑网络演化分析可为脑功能网络标志物的检测提供新思路．

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基于多输出的 3D 卷积神经网络诊断阿尔兹海默病

魏志宏, 闫士举, 韩宝三, 宋成利

波谱学杂志, 2021, 38(1): 92-100. doi: 10.11938/cjmr20202808

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随着人口老龄化的加深，阿尔兹海默疾病更加大众化地出现在我们生活中，而早期精准诊断阿尔兹海默疾病并进行正向干预可有效延缓阿尔兹海默疾病的进程．基于磁共振图像的阿尔兹海默疾病的精准诊断需要综合利用多个感兴趣区域（ROIs）的信息，而单个ROI无法体现不同ROIs之间存在的联系与影响．本文首先提出三输入3D卷积神经网络（CNN），综合利用大脑3D磁共振图像中海马体、灰质（无海马体）和白质3个ROIs的信息．此外，随着神经网络的加深，原始图像的重要特征信息会部分丢失，因此我们又提出一种多输出3D CNN，通过增加中间层的连接和输出，缩短输入和输出之间的距离，增强特征传播，减少特征信息的丢失．结果显示采用多输出3DCNN模型实现整个测试集三分类的准确率为90.5%、精确率为91.0%、灵敏度为90.4%、特异性为95.2%、F1-score为90.5%，诊断性能优于单输出3D CNN模型．

研究简报

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苦皮藤中两个新的 β-二氢沉香呋喃型化合物的 NMR 数据解析

廖怀玉, 韩红园, 陈飞, 张海艳, 杨静, 赵天增

波谱学杂志, 2021, 38(1): 101-109. doi: 10.11938/cjmr20202862

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从南蛇藤属植物苦皮藤中分离出两个新的β-二氢沉香呋喃型化合物：1β,2β,15-三乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丁酰氧基-9β-苯甲酰氧基-4α,6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃（化合物I）和1β,15-二乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丙酰氧基-2β,9β-二苯甲酰氧基-4α,6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃（化合物II）．通过核磁共振（NMR，包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT、¹H-¹H COSY、NOESY、HSQC、HMBC）技术对化合物所有的¹H和¹³C NMR信号进行了全归属和详细解析.

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盐酸马尼地平的核磁共振数据解析

李玉江, 赵伟, 郭晓河, 陶乐, 张祥, 张海艳, 赵天增

波谱学杂志, 2021, 38(1): 110-117. doi: 10.11938/cjmr20202853

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盐酸马尼地平是第三代合成降压新药．本文利用一维、二维核磁共振（NMR）技术，包括¹H NMR、¹³C NMR DEPT-135、¹H-¹H NOESY、¹H-¹H COSY、¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC，对其¹H和¹³C NMR信号进行了全归属，进一步确证了其分子结构．同时，对其¹H NMR和¹³C NMR谱中一些异常信号进行了讨论．

综述评论

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高场磁共振成像¹H/³¹P双调谐射频线圈研究进展

马聪伟, 杨鸿毅, 钟凯

波谱学杂志, 2021, 38(1): 118-139. doi: 10.11938/cjmr20202826

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在众多可产生磁共振现象的原子核中，¹H核凭借其在生物体中含量高、磁共振信号强的优势，成为磁共振成像的主要研究对象．但其它杂核在生命科学相关研究中同样具有不可替代的独特性，如³¹P核广泛参与了生物体内的能量代谢过程，是非质子成像研究领域的重要内容．MRI向更高场强的发展使得杂核成像逐渐普及，其核心部件是高质量的¹H/³¹P双调谐射频线圈．本文总结了与¹H/³¹P双调谐射频线圈相关的研究与应用，展示了9.4 T下小鼠脑的质子磁共振成像及磁共振磷谱，并讨论了高场¹H/³¹P双调谐射频线圈的潜在应用价值．

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矩阵梯度线圈研究现状与发展趋势

贺红艳, 魏树峰, 王慧贤, 杨文晖

波谱学杂志, 2021, 38(1): 140-153. doi: 10.11938/cjmr20202812

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梯度和匀场线圈性能的好坏直接影响磁共振成像质量．常规线圈在成像过程中存在一些固有的不足，如产生的磁场形态单一、不灵活，需要的线圈种类较多，结构较复杂等．而新型矩阵梯度线圈可以较好地弥补这些缺点．本文首先介绍了矩阵梯度线圈的概念及其特性，然后根据结构和功能对其研究现状进行分类汇总，在此基础上对矩阵线圈未来的发展趋势进行分析．此外，本文还对矩阵梯度线圈的前期研究基础进行了介绍．