核磁共振波谱仪（共4篇）
核磁共振波谱仪 篇1
随着计算机技术的广泛应用,核磁共振技术得到了突飞猛进的发展,核磁共振在化学分析中正发挥越来越大的作用,它不仅是一种研究手段,而且也是常规分析中不可缺少的手段。 用它可以对样品进行定性和定量的分析,确定反应过程及反应机理。用它还可以研究各种化学键的性质,研究溶液中的动态平衡,测量液体的粘度,以及确定各种物质在生产过程中的一些其他性质和控制生产流程等,核磁共振作为一种重要的现代科学技术手段,已被广泛应用于物理学、化学、医药学、环境科学、材料科学和生命科学等众多领域,核磁共振以强大的结构解析能力确定了其在现代仪器分析中的地位[1,2,3,4]。近年来, 随着科研水平的不断提高和高校科研设备资金的大力投入,一些高校配备了一台至数台核磁共振波谱仪,并且国内装机量正以每年约100 ~ 150台套的速度增长。大型设备仪器的引进加强了高校重点实验室的建设,促进了重点学科的持续发展,保障了高层次创新人才的培养和高水平的科学研究,但是面临的问题是如何提高大型仪器的使用效率,使大型仪器能更好的为人才培养和科技创新服务。这些仪器中有一部分归口于分析测试中心,和其他大型设备一样进行集中的统一管理,由专人专职负责设备的维护和操作。另一部分谱仪,则由使用较多的院系、教研室或研究室自行管理。对于后一种模式,面临着一些普遍的问题,有必要制定行之有效的管理模式,在保障设备安全运行的前提下,提供尽可能多的测试机时,并为科研工作提供深入的支撑作用。
1院属非集中管理谱仪面临的问题
核磁共振谱仪属于大型仪器,价格昂贵,管理复杂,维护费用高,多数科研院所都有专人负责维护、管理、接样以及测试工作。而随着教学和科研的需要,高校二级单位自筹资金购买的核磁共振谱仪,在管理、使用过程中就面临一些新的特点,这部分核磁共振谱仪不仅要提供给教师开展科研活动,又必须开放供学生自行操作测试样品,这对培养学生的自主创新和动手能力有积极的意义[5,6,7]。
1.1专业化管理人员和专业化管理制度不足
学院磁共振设备的日常管理和维护一般有实验室系列的教师负责。一方面,受到师资队伍编制数量和分类比例的制约, 一名教师往往需要负责多台设备的运转或负责实验教学工作, 精力上难以满足设备高效运行的需求。另一方面,磁共振测试对设备操作人员的专业背景要求也较高,并非仅仅是数据收集,还应该能够进行谱图的解析、对样品制备提出指导、以及快速正确的处理日常发生的软硬件问题。一方面是专业化、专职化的人员需求,另一方面是人员受限的现状,存在着需要进行协调的矛盾。
对于新进磁共振设备的单位,还存在着管理制度的不足。 院属磁共振谱仪常安装在化学、药学或生命科学学院。上述学院应该都有完善的常规实验室和仪器管理制度。但对于磁共振谱仪这样一台对环境条件和测试条件均有特殊要求的强磁场设备,还需要制定有针对性的、细致的管理制度和运行规则。
1.2常规测试机时需求量大
大量的实践经验证明,一台不使用自动进样装置的谱仪, 每天进行约40个样品的常规一维氢谱检测即达到满时运转状态,而常规的碳谱和杂核谱、DEPT谱,以及二维相关谱等需要更长的测试时间。并且,对于学院有较多有机合成或代谢组学分析的研究项目组,这样的测试速度显然不能满足课题检测的需求,再加上日常必要的设备维护时间,按照正常的工作时间来核算,存在着机时缺口大及伴生的运行成本高的问题。
1.3管理人员少,维护保养要求高
维护保养是仪器管理的重要内容,任何一台仪器设备,只有在管理者的精心管理和维护下才能长时间高效率地运转。 NMR的日常维护工作专业性很强,要求技术人员在不断提高专业技术水平的同时,不断增加责任意识。定期检查、维护保养的目的是为了全面掌握核磁仪的技术性能状况,摸清磨损和老化的情况,发现隐患,及时处理,使仪器保持良好的运行状态[8,9]。
1.3.1定期加注液氦和液氮
对NMR波谱仪维护的首要目的是维持磁体的超导性,因而维护者需要经常读取液氦及液氮量来判断是否需要及时加注液氦和液氮。与液氦相比,液氮价格低廉,因此通过加注液氮来减缓液氦的挥发速度可以降低维护成本,液氮的加注周期为一周,液氦的加注周期为六个月。如果没有及时加注液氮,会导致液氦挥发速度加快,严重的会使磁体失超。因此,每天观察和记录液氦、液氮的量,是保证仪器正常运行的关键环节。
1.3.2防止铁磁性物体接近磁体
铁磁性物体如果在磁体5高斯线附近移动切割磁力线,就容易使超导磁体内电磁能迅速转化为热能,磁体温度升高导致液氦迅速挥发,而使线圈失去超导性能。失超过程给磁体带来潜在危害,局部温度过高会烧坏磁体、层间电压过高会击穿绝缘材料、电流增长过大会导致机械损坏等,不仅如此,佩带心脏起搏器以及体内植入可磁化金属者进入5高斯线以内会使其金属受到磁力作用而引发事故,给其带来不必要的伤害[10]。
1.4设备维修成本高、周期长
新购谱仪一般有1 ~ 2年的保修期,当设备运转超过保修期后,随着一些部件的老化,设备故障几率会随之增加,即使严格的遵守操作规程并及时进行日常维护,也不能避免损耗型故障和非人为性的偶发故障,而设备维修中遇到的两个问题是费用高和周期长。零部件的维修通常是直接更换新的部件,或者是将有故障的部件返厂维修。在维修成本上,直接更换部件的价格一般是整机购买时该部件价格的数倍,而返厂维修的价格则一般是万元起步,比如,对于功率放大器的维修会高达几十万元。在维修周期上,虽然工程师可以做到48小时响应, 工程师到位后只能解决软件问题或者找出问题硬件,维修或者更换的部件到位等需要更长的时间,真正解决问题的周期远不止48小时,而且在这个过程中,还会牵扯到多次报关、邮寄、 维修排期等过程,从经验上来看,以返修为例,最短时间1个月,最长可以按年计。
2多赢的设备运行管理模式
2.1制定详尽的管理制度和实验规则
由于核磁共振仪属于贵重的精密仪器,每天有大量的测试任务,为确保设备的安全运转,我们建议建立以下制度和规则: 1普适性的工作守则和水、电、气、温湿度管理制度; 2针对强磁场实验室要求的实验室安全区域、物品放置、人员准入制度; 3冷媒监控和设备维护、维修日志记录制度; 4设备日常维护办法及责任人; 5设备异常处理及报告程序; 6实验预约及登记、送样标准及标识及放置惯例和样品取走惯例, 样品来源、去向、保存登记制度,费用结算规则; 7实验记录和数据存储制度; 8开放实验培训及设备开放制度; 9数据放行原则和方式; 10门禁、监控和设备账号管理。
上述需要考量的制度和规则,可以单独或合并制定,并配合各种必要的表格及带序号的记录本,以细致、全面、可操作为佳。以6为例,涵盖了实验预约时间、预约方式、合格样品制作、样品标签、样品放置/取样区域、送样/取样登记表、费用结算单等诸多内容。可以采用: 提前24小时电子版表格邮件预约; 公布包含样品管、样品禁忌与用量、氘代试剂在内的样品制作规则; 送样需标识物质化学式、含量和氘代试剂品种; 取送样放置区域及排序规则; 送样/取样记录本; 费用标准、结算表及季结制度。只有健全的管理体系才能保障仪器自主开放工作安全顺利开展,真正让仪器服务于校内外的科研工作。
2.2培训上岗,机时开放
仪器开放使用存在机时的预约、分配和使用等问题,目前,大多数院校核磁共振谱仪的开放采用预约机时的模式[11]。 针对单一工作人员和工作时间难以满足测试需求的现状,我们建议实行有安全操作保障下的一起开放制度,这样便可以充分利用晚上和假日的时间,使可用机时倍增。对于开放对象,我们建议根据各研究组对核磁共振仪器的使用要求不同分组培训,有大量常规测试需求的课题组固定1人进行培训上岗,人员应为硕博连读生或固定工作人员,应修完研究生的波谱分析课程后,上机培训操作时间每人至少独立测试5 ~ 10个样品, 培训的内容为仪器自带资料、各高校和大型企业的培训资料,通过核磁室的仪器原理、操作培训及严格考核后,发放合格证,一人一证,持证上机,并限定使用期限,对超出期限没有上岗的人员采取重新考核的方式。图谱开放和培训的实验操作宜限于基本的氢谱、碳谱和DEPT谱实验,培训过程应包括讲解、上机演示、有机时要求和指导的自带样品上机、即时考核和有时间间隔的考核。
2.3集中讨论,心得分享
对谱仪的开放管理要求每个研究组操作仪器的人员较为固定,固定每组一人参加设备开放使用有几个优点,一是操作谱仪人员总数少,一般为几人,这样培训会更为细致; 二是每组一人负责本组测试,可以经常性进行实验,有助于熟悉仪器, 不至于生疏; 三是该操作者需要与本组成员沟通实验需求及解释图谱,可以提高专业技能。
谱仪管理人员还可以组织谱仪实验操作人员定期开一次例会,提出自己在实际操作中遇到的问题、特殊需求和实验心得,通过提出问题,分析原因,解决问题,达到相互学习、共同提高的目的。
2.4参与科研,提供方案
由于核磁共振谱仪已经成为日常科研工作的必备工具,但是由于仪器昂贵、维护费用高,当谱仪管理人员繁重的常规测试任务得以缓解后,便有时间来自我学习,或者从事科研工作来不断提高自己在波谱领域的专业知识与技能,或者查阅前沿的文献和报告。毋庸置疑,包括各种二维谱在内的NMR谱学技术可以为相关学科的研究提供重要的信息,具体学科研究的老师可能对这些方法在自己领域的应用并不熟悉,这时,谱仪管理人员便可以通过走访、交流等方式了解和挖掘学院的科研需求,并通过自身的专业技能特长为科研应用提出有效的技术方案,发挥必不可少的或新的支撑作用,学院也应有针对性的制定相应的鼓励措施。
3结语
作为一台大型的特殊分析设备,核磁共振波谱仪涉及多个相关领域的知识,作为管理、使用人员应该掌握相关原理和仪器的保养维护知识,使其在各项科研工作中发挥越来越多的作用。当核磁共振波谱仪在高校非专人、集中管理操作时面临着专业制度不足、机时缺口大和支撑服务层次不高的问题,通过制定细致的、有针对性的运转制度和规则、建立安全有效的开放制度,可以将设备管理人员从无序的日常事务和繁重的常规测试中解放出来,进而提升自身技能、服务更为深入的科研需求。
摘要：目前,高等院校中普遍配置有大型科研设备核磁共振波谱仪。一部分设备采用分析测试中心等统一管理、专人负责、专业服务的模式;另有一部分波谱仪则由院系、教研室或研究组进行非集中设备管理。对于后一模式,设备常存在非专职管理、制度缺失和开放度低等状况。本文针对这一现状,结合我院实际情况,介绍我们建议和执行的波谱仪开放管理模式和经验。
关键词：核磁共振谱仪,管理,开放
核磁共振波谱实验教学探讨 篇2
关键词：实验教学,核磁共振波谱,计算机辅助教学
基础实验课的教学内容和教学方式的改革是教育、教学改革的重要内容[1]。仪器分析课程长期以来对一些价格昂贵的先进仪器仅在理论课堂上进行介绍,学生较难掌握。基于这个问题,我们针对性的调整仪器分析实验内容,将新技术、先进仪器引入教学,加大综合性和设计性实验的比例。
核磁共振波谱分析作为现代仪器分析手段,由于其具有迅速、准确、分辨率高、不破坏样品等优点而得以迅速发展,已经成为有机合成物、天然药物分析鉴定等强有力的工具,在科学研究得到普遍的应用。但是由于其大型仪器台数有限,学生自己动手操作机会少,教师和学生都感到仪器分析理论课程内容略显单薄,与现代仪器分析技术的发展和实际应用不相适应,这直接影响到了学生科研能力的培养。仪器分析课程的实践性决定了实验教学是整个教学过程的重要组成部分[2],因此需要思考和探索核磁共振波谱教学的新方式、新内容,针对仪器分析课程进行改革。把核磁共振等大型仪器融入到仪器分析教学中,这样不仅增加了综合性实验的内容,而且提高了学生的动手能力和分析、解决问题的能力。本文就以仪器分析中核磁共振实验的教学实践为例进行探讨。
1 综合实验开设实例
综合性、设计性实验是本科基础化学实验的重要的教学内容[3] 。实验尽可能涵盖分析的全过程,即将样品的制备、处理、测试相结合,在此基础上设计实验,为学生提供一个独立操作平台,体现学生为主体的实验空间。在教学方式上采用让学生自行设计实验,并用核磁共振等大型仪器对实验结果进行表征,使教学更接近科学研究和生产实际,进一步提高学生的科研能力和综合素质,提高教学质量。
实验选择合成及测试乙酸乙酯为例,乙酸乙酯在核磁共振氢谱中谱峰均为一级谱,结构简单清晰容易解析,可以解除学生的畏难情绪,实现设计合成、测试和图谱分析的有机结合。不但帮助学生了解进行科学研究的步骤,而且掌握了基本操作,学会了识谱的方法。实验开设具体步骤如下:
1.1 合成乙酸乙酯
学生以有机化学实验课本[4]为基础,参考各类文献,自行设计实验以冰乙酸、乙醇为原料合成乙酸乙酯,经分离提纯得到纯的乙酸乙酯,最后测定产品的沸点和折射率。在此环节中,通过合成实验,学会一些重要有机物的制备、分离和提纯方法,掌握一些传统的分析方法,加深对典型有机反应的认识,增强运用所学的方法及理论解决实际问题的能力。
1.2 运用核磁共振仪进行测试
教师通过电子课件和演示实验详细的讲解核磁共振实验的原理、基本结构、操作步骤和解析NMR谱图的一般方法,教会学生核磁管的清洗方法、选择溶剂、配置样品,并通过计算机模拟出一些常见官能团,以便于熟记这些官能团化学位移值的大致范围和峰型,为解析图谱提供模拟数据。在保证科学性的同时遵循简单、易懂原则,把对现代仪器实验原理理解的难度降到最低。然后在专职实验员的指导下学生根据超导核磁共振仪的操作步骤,自己动手配置、测试自己的产品,体验现代分析仪器的灵敏、准确、快速。
1.3 计算机辅助教学及核磁共振氢谱解析
教师可根据化学位移、峰裂分情况以及吸收峰的面积(即积分曲线高度与对应的H数目成正比)对所测得的核磁共振氢谱中的各种吸收峰进行归属,把应用ACD/HNMR软件[5]模拟的HNMR图谱(图1)和学生测试结果(图2)相对比进行讲解。
谱图数据如下:1HNMR(CDCl3,500 MHz)δ:1.27(t,3H),2.06(s,3H),4.11~4.15(m,2H)。
分析结果:在图2中有三种峰分别代表三种化学环境不同的质子,其积分值为2:3:3, 即质子数比为2:3:3;化学位移为1.27,积分值为3的三重峰可推断有甲基存在,化学位移为2.06,积分值为3的单峰可推断为与羰基直接相连的碳上的质子峰,化学位移为4.11~4.15,积分值为2的四重峰可推断有乙基存在,结合传统的分析方法测试的结果,分析确定合成产品的为乙酸乙酯。
但是图2中有一个化学位移为1.68的单峰,与计算机模拟的结果(图1)不符,这是为什么?学生面对实际问题,积极主动地查阅文献,从多方面分析得出结果这个峰为样品中残留的水峰。学生根据谱图结果来判断合成路线的是否合理,克服盲目性,节省能源和时间,在实验中培养学生严谨的科学态度,逐步提高学生的动手能力和分析解决问题的能力。很多学生都表示希望在有机化学实验中能更多的利用现代分析仪器进行分析,学生为自己设计方案合成的产品,用现代仪器分析确定为目标产物而感到高兴。这样的实验,不仅培养了学生的创造力,而且提高了仪器分析的教学质量。
2 结 语
自从本科有机化学实验教学增设核磁共振实验以来,综合、设计性实验的开设为学生提供了理论和实践相结合的学习平台,让学生充分受到了科学思维的训练和创造性的培养,给学生营造一个良好的科研背景。让学生充分了解核磁共振的原理,熟悉使用工作站软件,学会测绘谱图,运用软件模拟的图谱。改变了以前只能在理论课上认识核磁共振谱,却不知道核磁共振谱的绘制过程,真正确立学生在教学活动中的主体地位,提高学生的动手能力和分析、解决问题的能力,为学生走向工作岗位打下坚实的基础。
参考文献
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核磁共振波谱仪 篇3
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2007年2月至2009年1月间我科收住院的75例首发脑梗死患者,男45例,女30例,年龄45~81岁(平均53.67岁)。同期正常体检者为对照组(normal control,NC):15例,其中男9例,女6例,年龄43~79岁(平均52.43岁)。2组均为右利手。
1.2 诊断标准
75例患者均符合2007年饶明俐主编《中国脑血管病防治指南》制定的脑梗死的诊断标准,并经头颅CT或MRI证实。在脑卒中12w后,采用24项汉密顿抑郁量表(Hamiltion Depression Scale,HAMD)进行抑郁障碍的评定和诊断。根据是否符合《美国精神障碍诊断与统计手册第4版》(DSM~Ⅳ)进行诊断。排除标准:脑梗死病情严重或伴有意识障碍不能配合者;伴明显失语、失用,不能配合检查者;严重认知功能障碍不能配合检查者。
1.3 临床分组
PSD组:48例符合脑梗死及DSM~Ⅳ抑郁症状,HAMD总评分24~36分,平均(28.4±3.9);无抑郁障碍(no~post stroke depression,no~PSD)组:符合脑卒中诊断,而不符合DSM~Ⅳ抑郁症状,HAMD总评分7~12分,平均(10.4±1.7)分,共27例。同期正常体检者为对照组,无神经系统病史,临床无认知功能障碍和记忆减退的表现,神经系统查体无阳性体征,脑CT或MRI检查脑内未见异常病灶。3组年龄、性别无显著差异P>0.05。
1.4 检查方法及监测指标
采用AVANTO 1.5T MRI磁共振扫描仪(德国Siemens公司),采用标准发射/接收头线圈。所有被检查者进行常规MRI平扫。MRS采用定点分辨选择波谱序列(point resolved selecetive spectroscopy,PRESS)进行多体素采集,在轴位T2WI定位,采用多体素波谱技术。感兴趣区(region of interest ROI)取双侧额叶,颞叶,基底节等,范围大小包括所要测量的区域,并尽量避免来自头皮、颅底骨骼、脂肪和脑脊液的干扰,各采集1次。主要观察代谢物为N-乙酰天门冬氨酸盐(N-acety aspartate,NAA)、胆碱复合物(Choline,Cho)、肌酸复合物(Creatine,Cr)的信号强度,其化学位移分别是NAA 2.02ppm,Cho 3.22ppm,Cr 3.03ppm。
1.3统计学方法
应用SPSS 11软件包对数据进行处理,对各组ROI的NAA/Cr及Cho/Cr的比值采用(±s)表示,分别采用配对检验分析统计实验结果,以P<0.05为有统计学意义。
2 结果
75例脑梗死患者中48例发生卒中后抑郁(PSD),发生率64%,其中额叶18例、颞叶8例、基底节22例;未发生抑郁患者27例,其中额叶6例、颞叶12例、基底节9例。
3 组额叶、颞叶、基底节ROI区NAA/Cr及Cho/Cr的比值比较见,PSD组双侧额叶、基底节区ROI的NAA/Cr比值低于no-PSD、NC组;Cho/Cr的比值高于no-PSD、NC组(P<0.05),PSD组双侧颞叶ROI的比值低于NC组,Cho/Cr的比值高于no-PSD、NC组(P<0.05),而双侧颞叶ROI的NAA/Cr比值与no-PSD组比较差异无统计学意义;PSD组、no~PSD组的NAA/Cr比值左侧较右侧高(P>0.05),Cho/Cr比值的无明显差异,见表1。
额叶梗死PSD发生率是75%(18/24)、颞叶梗死PSD发生率是40%(8/20)、基底节发生PSD是71%(22/31)。
3 讨论
国内外文献报道脑卒中患者抑郁障碍的发病率为20%~79%,在脑卒中后3~6个月时达高峰[1];严重影响患者的预后,增加脑卒中患者的死亡率[2~3]。本组患者卒中后抑郁发病率为64%,与文献报道一致。
我们采用的MRS技术,是目前唯一可以直接测定局部脑组织在活体状态下显示生物化学物质含量的技术,即从生化角度了解脑代谢物NAA、Cr、Cho的改变。研究认为在脑内不同代谢条件下,Cr+PCr的总量是恒定的。因此,可将Cr作为参照的波峰,得出其他代谢物质与Cr的相对比值,从而进行比较。N-乙酰天门冬氨酸盐(NAA)在MRS中为最高峰,主要存在于神经元及轴索内,NAA含量多少被认为检测神经元密度及功能状态的标志物。胆碱复合物Cho是神经递质乙酰胆碱的前体,也是神经细胞膜的2种基本磷质的组成部分。本研究结果显示:PSD组双侧额叶、基底节区ROI的NAA/Cr比值、Cho/Cr的比值与no-PSD、NC组比较差异有统计学意义,说明额叶、基底节区梗死与PSD的发生相关。PSD组NAA/Cr比值左侧高于右侧,但无统计学意义,考虑可能与实验例数少,有待进一步大样本研究证实。Tang等[4]的研究表明,皮质下和大脑前动脉供血区域损害是PSD的独立危险因素。周宏辉认为额叶损伤可导致注意力不集中,记忆力减退,心境低落,或思维阻滞抑郁状态。基底节区又是皮质下情感联络的重要部位,参与边缘系统的情感环路。这些都可能构成PSD形成的重要解剖学基础。颞叶与认知、情感反应和学习功能有关。本研究结果显示颞叶ROI的NAA/Cr比值、Cho/Cr的比值与no-PSD、NC组比较差异无统计学意义,有待进一步大样本研究证实。
综上所述,脑血管病使一些情绪中枢或情绪的传导通路受损害,导致抑郁状态或抑郁症,表现脑内结构的改变。MRS从宏观上支持疗脑卒中后脑的细微结构的改变。为临床改善抑郁状态,治疗抑郁症提供了新的思路。
参考文献
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核磁共振波谱仪 篇4
磁共振成像(magretic resonance imaging,MRI) 已经逐渐在我国普及,其广泛的临床应用明显地提高了医疗诊治水平。磁共振成像具有无创、良好的软组织对比能力,对解剖结构的清楚显示能力奠定了在现代医学中的重要作用。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)能够在活体上选择性地、无创地定量测量组织内化学成分与结构、化学环境变化、分子的存在状态,这是其他成像技术无法实现的,使人类的视野向人体功能代谢变化的更深层次拓展。磁共振波谱是目前唯一能够无创性研究人体内部器官及组织代谢、生理生化改变的定量分析方法,是一种十分有潜力的活体生化分析方法,其应用完全有可能使影像学医生把对组织结构改变的观察和机体代谢功能的研究结合起来。从临床角度上看,磁共振成像主要显示组织器官的影像改变,磁共振波谱主要提供生化代谢分析[1,2,3]。
随着高场强磁共振的普及,磁共振波谱的优势逐渐凸显出来,在临床的应用也越来越广泛。近年来在神经系统测定能量代谢的神经元标记物、基因表达物、脑代谢物等相关测定技术方面,磁共振波谱显示出越来越多的优势。同时磁共振波谱在脑部肿瘤、 癫痫、Alzheimer症、前列腺等疾病中的检查研究中显示出巨大的潜力。
1磁共振波谱质量控制现状
磁共振成像方面的质量控制在我国开展的较晚,即使在一些大中型医院对于磁共振的质量控制体系也不是很健全。磁共振波谱对于设备的要求比常规磁共振成像更加苛刻,尤其是磁共振设备的磁场均匀性、抑水和抑脂水平如果达不到要求,就可能得不到可用于诊断的波谱。国外磁共振的质量控制发展较早,磁共振系统的质控体系已基本完善,但专门对磁共振波谱的质量控制相对较少。我国磁共振的研究和临床应用虽然与国外相差不大,但由于缺乏质量控制的理念与制度,所以磁共振的质量控制相对来说起步较晚。这些年由于军队对于磁共振的质量控制逐渐重视,国内磁共振的质控也不断走向规范化和标准化。国内利用ACR(American College Radiology,美国放射学会)体模逐步完善磁共振质量检测体制,检测的主要技术指标是信噪比、空间分辨力、密度分辨力、层厚、几何线性、图像均匀性等[4,5,6]。 磁共振波谱检查有其特殊性,是作为一个独立的磁共振检查项目存在,所以我们不能利用常规的磁共振质量检测标准来评价磁共振波谱系统。国内一些学者对于磁共振波谱质量控制方面有过一些研究, 却没有系统的操作说明和完整的流程规范,相关的文献报道也很难检索到。本研究旨在利用专用波谱水模开展质量检测项目,使我们对磁共振波谱系统进行科学、合理的质量控制,可以更加敏感地检测到影响磁共振波谱质量的各种因素,客观地评价磁共振波谱系统的稳定性,从而指导临床工作者及时对不良事件做出处理,使磁共振系统得以高效运行,保证所产生的影像数据真实、准确、可靠,这对临床和科研来说具有重要意义[7]。
2影响磁共振波谱质量的因素
在实际的临床波谱检查中,会出现各种因素影响磁共振波谱的质量。而且用磁共振波谱水模进行质量检测的过程中也会出现各种参数影响检测的结果。采用何种参数来评价磁共振波谱系统的优劣是我们需要考虑的问题,在研究过程中可以模拟实际情况中出现的干扰环境来评估外部条件的干扰。质量检测的参数选择中我们通过设置不同参数来优化检测参数,现介绍如下。
2.1系统性能
磁共振系统本身结构复杂,任何一处异常都可能造成磁共振检查结果不准确。磁共振波谱对磁场均匀性要求更加苛刻,根据拉莫尔方程,当静磁场强度B0发生改变时,磁共振的共振频率就会发生变化。这就提醒我们当检测到中心频率漂移时,应及时对系统进行质量检测。对于超导磁共振,确保冷头、 氦压机、水冷机组成的制冷系统正常运转,是保证强磁体的超导状态以及磁共振波谱质量的一个重要因素。同时射频线圈接口的接触问题、梯度线圈稳定性等都是保证磁共振波谱质量可靠的重要因素。
2.2磁场均匀性
磁共振增强成像和磁共振动态检查中,大部分注射的造影剂为Gd-DTPA。Gd-DTPA作为一种顺磁性对比剂,会影响磁场的均匀性。在给患者注射造影剂时,经常会出现打爆针的情况,使造影剂滴漏到检查床,如果污染情况严重,不仅会影响磁共振的波谱质量,而且会使常规磁共振图像中出现严重伪影。 通过定期的质量检测可以提醒操作人员对检查床、 线圈、地面进行清洁保养,排除造影剂对磁共振波谱质量的干扰[8]。
在磁共振波谱检查中,患者身上的磁性物品对磁共振图像也会造成很大影响,所以在检查前影像科技师都会要求患者取掉金属品。尽管如此,在实际操作中,还是会有个别患者身上会有一些金属制品, 如衣服上的纽扣、拉链、硬币等。在对磁共振进行日常维护检查时,有时会发现在磁共振设备机壳上吸附有硬币等铁磁性物品。这些铁磁性物品直接影响了磁场的均匀性。对波谱质量的影响可以利用水模进行测量,即在水模不同距离放置硬币然后进行波谱采集,排除了患者个体差异的影响,可以直观地反映这些金属制品对于波谱质量的影响。这就可以帮助操作人员及时发现问题,对设备进行检查。
2.3采集方法
磁共振波谱检查常见的有单体素波谱(singlevoxel spectroscopy,SVS)和化学位移成像(chemi cal shift imaging,CSI),即多体素波谱2种技术,它们的定位特征不同。使用SVS测量,可以采集到小的感兴趣容积(volume of interest,VOI)的磁共振波谱;使用CSI测量,可以在VOI矩阵中采集若干波谱。2种方法应用于不同的临床实践,各有优劣。SVS能够提供比CSI更准确的定位,并且可以得到更高质量的波谱,也可以产生更好的匀场效果;而CSI比SVS检查的区域更大,多用于多病灶的检查。另外,CSI技术可以检查VOI中的代谢物的分布。尽管一些学者认为磁共振波谱检测中使用SVS测量结果评价磁共振系统更加准确,但对于波谱的质量控制方面究竟用何种方法对磁共振系统进行质量检测还没有明确的依据,这也是磁共振波谱质量控制研究接下来需要探讨的问题[9]。
2.4序列参数
SVS技术和CSI技术是基于自旋回波序列(echo time,SE)或激励回波脉冲序列(stimulated echo acquisition mode,STEAM)的序列,这就又需要我们在磁共振波谱的质量控制中考虑究竟是采用哪一种序列进行测量。相对于STEAM序列,SE序列信噪比更高,但对于弥散不敏感;而STEAM序列对于射频系统要求较低,可以使用较短的回波时间测量。在2种序列中,参数设置不同又会产生不同的波谱结果。 例如回波时间(echo time,TE)的长短直接影响代谢物信号的强度,从而影响评价的结果。这就需要在磁共振波谱质量控制序列上考虑不同参数对于测试结果的影响。
3讨论
磁共振波谱作为磁共振的一个重要检查项目, 其质量控制也非常重要。通过对磁共振波谱质量控制的研究,我们也发现了很多问题,虽然磁共振机器中带有磁共振波谱的专用检测水模,但没有相应的操作流程,这就需要根据临床实践发现问题,并制定与之对应的质控流程和标准。
同时在利用磁共振波谱水模进行磁共振波谱质量检测的过程中也有一些事项需要我们注意。首先, 应避免开机后马上进行质量控制检测,在利用水模进行检测时按照水模上十字进行定位,整个检测过程中避免水模晃动,保持水模的稳定。其次,在使用水模进行质控检测时,要将系统默认的温度改为水模的温度(GE1.5T磁共振波谱水模上自带有温度试纸),因为不同温度下代谢物的共振频率不同,避免水模从温度不同的房间拿到磁共振检查室直接进行质量检测。最后,每次进行磁共振波谱检测选择感兴趣区域时不要移动默认位置,这样可以保证每次检测的位置相同。
预饱和带是否会影响检测结果的准确性和客观性也是后续研究的问题。同时,操作中是否使用自动匀场和手动匀场等条件也是需要考虑的问题,因为这些条件有可能会引入人为主观因素的干扰,从而会影响评价磁共振系统的客观准确性[10]。
对于究竟利用检测结果的哪些数据来评价系统才能更加准确、全面也是摆在研究者面前的问题。除了记录发射增益、中心频率这些常规的参数外,对于磁共振波谱还有半高宽、水抑制百分比等参数。评价谱线质量有些文献利用Cr SNR(Cr信号强度与噪声标准差之比),比值过低则影响临床诊断质量,应重新调整系统。
进行磁共振波谱质量控制必须有一整套完善的流程来规范我们的操作,这需要国内研究者不断摸索并填补磁共振波谱质量控制这部分的空白。
4结语
随着磁共振研究的不断深入、质量控制的标准不断完善,我们可以预见在不远的将来磁共振波谱的质量控制作为磁共振质控的一个重要组成部分也将被不断完善。
摘要：目的:了解磁共振波谱质量控制的现状,分析不同因素对磁共振波谱质量控制的影响。方法:总结国内外磁共振波谱质量控制研究情况,从系统性能、磁场均匀性、采集方法和序列参数4个方面探讨了不同因素对磁共振波谱质量的影响。结果:根据研究过程中出现的各种问题,给出了相应的解决方法。结论:该方法为磁共振波谱质量控制的研究提供了思路,并为接下来的研究提供参考。