核磁共振数据处理中自动相位校正的研究与实现

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核磁共振(NMR)实验作为一种先进的物质结构研究手段,在化学、生物、医疗等领域发挥越来越重要的作用。由于仪器和实验条件的关系,核磁共振的FID信号经FFT变换后所得的谱线往往不是需要的纯吸收线形,NMR谱的相位校正也就成了NMR数据处理中的一个基本环节。手动相位校正虽然能达到很好的效果,但随着自动批量测试的和多维谱的处理都要求数据系统能够自动进行谱图的相位校正。 自动相位校正从NMR诞生初期就被人们关注。本文仔细研究了几乎所有已有的方法,并选择其中有代表性的积分法、熵最小化法、DISPA圆线型分析法等用C++实现,在自行研发的NMR数据处理软件ECNMR中进行测试验证,分析比较他们各自的优缺点。在此基础上,提出了拟合峰顶法、峰规则化法、基线震荡最小化法、等密度点连线法等一系列新方法。这些方法全部用C++实现,并做了详细的模拟谱、实验谱的研究,结果表明,新的方法各有专长,它们在自动相位校正的准确度、速度、可校正的相位范围、抗重叠峰、抗不完整峰、抗噪声能力、抗不对称、抗基线漂移等等性能方面都获得了提高。论文最后确定使用并重点讲述等密度点连线法(CLESP)。该方法利用谱峰两侧在复平面上数据疏密程度相等的点的连线的斜率,求出每个峰的相位角,继而利用多个峰的相角与频率的线性关系得出准确的全谱相位的零级和一级校正值。从适应性方面来看,CLESP不需要使用全部峰点,而且对于存在基线畸变和有重叠峰的谱图都能较好的处理。从运算速度方面看,该算法不需要迭代计算,实现简单,计算快速准确。我们已经将其运用于ECNMR中。 论文最后指出,在进一步提高自动相位校正的方法的准确度和适应能力方面,还有很多细致的工作要做,比如更细致的谱峰选择就可能会大大提高峰相位计算的准确度。另外考虑目前方法的多样性,可以把各种方法封装到软件包里,使用时可以根据谱的实际情况调用合适的方法。
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