条纹处理：一种用于改善从多维相位调制核磁共振实验中获得的谱图峰值形状的处理方法

《Journal of Magnetic Resonance》：STRIP: A processing method to improve peakshapes in spectra acquired from multidimensional phase-modulated NMR experiments

　　

克里斯·约翰·鲍尔

独立研究员，大不列颠及北爱尔兰联合王国

摘要

在二维核磁共振技术早期就发现了一个问题：从相位调制数据中得到的峰具有不理想的“相位扭曲”形态。这类峰包含双吸收成分和色散成分的混合，无法通过简单的相位校正来分离。本文介绍了一种新的处理方法——STRIP，该方法能够减小这类峰中双色散成分的幅度。虽然该算法无法生成完全纯净的吸收谱，但能够大幅降低色散成分的影响，从而有效解决相关问题。该算法结构简洁且易于理解，它利用了本文中提出的$\mathcal{B}$变换。不过该方法有一个局限性，即只能应用于所有所需吸收峰符号相同的谱图。

章节摘录

背景

关于多维核磁共振峰形态的理论已在其他文献中详细阐述[1]。其中的公式已简化为最简形式，但仍能解释所面临的问题及相应的解决方案。以一维核磁共振实验为例，对自由感应衰减信号应用复傅里叶变换后，会得到一组复数点。这组数的实部和虚部分别对应

$\mathcal{B}$变换

我们定义一种变换$\mathcal{B}$（及其逆变换${\mathcal{B}}^{?1}$），它能将$A_1{A}_2$与$?D_1{D}_2$相互转换，且满足$\mathcal{B}\left(A_1{A}_2\right)=?D_1{D}_2$$\mathcal{B}\left(D_1{D}_2\right)=?A_1{A}_2$${\mathcal{B}}^{?1}\left(A_1{A}_2\right)=?D_1{D}_2$${\mathcal{B}}^{?1}\left(D_1{D}_2\right)=?A_1{A}_2$

由此可见，$\mathcal{B}$及其逆变换其实是相同的操作。此外，若将此变换应用于含有相位扭曲峰的谱图，会得到如下结果：$\mathcal{B}\left(\text{相位扭曲峰}\right)=\mathcal{B}(A_1{A}_2?D_1{D}_2)=?D_1{D}_2+A_1{A}_2=\text{相位扭曲峰}$

由此可见，将$\mathcal{B}$变换应用于仅包含相位扭曲峰的二维谱图时，该谱图

STRIP方法

简而言之，STRIP方法首先推测出纯净的吸收谱，再利用$\mathcal{B}$变换将其转换为双色散谱的近似值，进而从原始谱图的相位扭曲峰中减去这个近似值，从而得到具有双吸收特征的峰。这是一种迭代式方法，第一次计算得到的结果并非理想的吸收谱，需要再次将结果输入算法进行优化

模拟实验

模拟实验是在一台运行Linux系统的个人电脑上进行的，该电脑配备8核AMD 5800X处理器和16GB内存。相位调制的时域数据是通过Python脚本结合NumPy的多维数组功能生成的，图表则用Matplotlib [14]模块绘制。J谱的时域数据则是通过GAMMA C++库[15]生成的。本文中展示的所有谱图都是通过文中给出的Python脚本运用STRIP方法处理后的结果

讨论

采用能够生成幅值调制数据的方式获取多维核磁共振谱图，有助于得到清晰的吸收峰[17]。只要条件允许，这种方法是较为理想的选择。如前所述，STRIP方法无法生成完全纯净的吸收峰，更准确地说，它生成的吸收峰存在一定程度的污染。不过，在某些实验中，确实不存在其他可行的方法

利益冲突声明

作者声明，自己没有可能影响本文研究结果的任何已知财务利益或个人关系。

致谢

作者目前没有所属机构，也没有获得任何支持或资金用于开展这项工作。作者非常感谢约翰斯·霍普金斯大学医学院的彼得·巴克，他仔细阅读了手稿并提出了许多改进建议。