이 論文에서는 NMR 吸收線과 FID 曲線의 모양을 硏究함에 있어서의 projection operation의 應用法을 探索하였다. 이 projection operator法은 NMR 吸收線과 FID 函數를 硏究하는데에 基礎가 되는 한 벌의 hierarchy equation들을 誘導하는데에 便利한 手段이 됨을 밝혔다. 逐次近似法이나 적당한 decoupling 近似를 쓰면 이들 方程式은 NMR 吸收線이나 FID 函數를 理論的으로 計算하는데에 좋은 出發點이 될 수 있을 것이다. NMR 吸收線에 對한 간단한 linear response theory의 考察과 吸收線과 FID 函數間의 關係도 記述하였다.
Ten MHz pulsed NMR spectrometer was used to measure the magnetic resonance characteristics of Korean red ginseng. The difference in the internal structures of good and bad red ginsengs was examined by their NMR characteristics. Average values of $T_1$ and free induction decay(FID) ratios of under grade Korean red ginseng were the highest among the three groups categorized as normal, medium and under grades Korean red ginseng and average values of $T_2$ and $T_2$$^{*}$ of them were the lowest among the three groups. Principal component analysis(PCA) was used to observe the contribution of measured NMR values to the grade of Korean red ginseng. The measured $T_1$, $T_2$, $T_2$$^{*}$ and FID ratio of 79 Korean red ginsengs classified as normal grade, medium grade and under grade were examined using PCA analysis. Cumulative variance of PC1 through PC3 occupied more than 90% of total variance at first and second NMR measurement. Plots of PC scores for the most important PCs showed that normal red ginseng samples were distributed around the left region of PC1 axis and most of the undergrade red ginseng samples were scattered around the right region of PC1 axis.
원자가 전자기파와 상호작용할 때 원자 전이의 결맞음 여기 (coherent excitation of atomic transitions)는 일반적인 현상이다. 이 상호작용은 라비 진동 (Rabi oscillation), 자유 유도 감쇠 (free induction decay), 단열 밀도 이송 (adiabatic population transfer), 결맞음 과도 (coherent transients; CT) 등 다양한 결과를 가져온다. 특히, 전자기파의 주파수가 원자의 공진주파수를 중심으로 스윕될 때 결맞음 과도 현상 (coherent transient phenomenon)은 밀도 반전 (population reversal)을 유도하기도 한다. (중략)
We analyze the transverse nuclear magnetizations of 129Xe and 131Xe in a vapor cell containing natural Xe, 87Rb, and buffer gases. Th e Xe atoms are polarized th rough spin-exch ange optical pumping (SEOP) with Rb atoms under low-magnetic-field conditions. From the free-induction-decay (FID) signal, we measure the nuclear magnetization of the Xe atoms in the Xe-Rb vapor cell. Furthermore, we measure the dependence of the gyromagnetic ratio on the magnetization of 129Xe and 131Xe by examining the amplitude of the FID signal of each isotope, and we evaluate the relationship between the magnetic field gradient and transverse relaxation rate for both of the 129Xe and 131Xe isotopes.
Purpose: To investigate the exchange and redistribution of hyperpolarized $^{13}C$ metabolites between different pools by temporally analyzing the relative fraction of dual $T_2{^*}$ components of hyperpolarized $^{13}C$ metabolites. Materials and Methods: A dual exponential decay analysis of $T_2{^*}$ is performed for [1-$^{13}C$] pyruvate and [1-$^{13}C$] lactate using nonspatially resolved dynamic $^{13}C$ MR spectroscopy from mice brains with tumors (n = 3) and without (n = 4) tumors. The values of shorter and longer $T_2{^*}$ components are explored when fitted from averaged spectrum and temporal variations of their fractions. Results: The $T_2{^*}$ values were not significantly different between the tumor and control groups, but the fraction of longer $T_2{^*}$ [1-$^{13}C$] lactate components was more than 10% in the tumor group over that of the controls (P < 0.1). The fraction of shorter $T_2{^*}$ components of [1-$^{13}C$] pyruvate showed an increasing tendency while that of the [1-$^{13}C$] lactate was decreasing over time. The slopes of the changing fraction were steeper for the tumor group than the controls, especially for lactate (P < 0.01). In both pyruvate and lactate, the fraction of the shorter $T_2{^*}$ component was always greater than the longer $T_2{^*}$ component over time. Conclusion: The exchange and redistribution of pyruvate and lactate between different pools was investigated by dual component analysis of the free induction decay signal from hyperpolarized $^{13}C$ experiments. Tumor and control groups showed differences in their fractions rather than the values of longer and shorter $T_2{^*}$ components. Fraction changing dynamics may provide an aspect for extravasation and membrane transport of pyruvate and lactate, and will be useful to determine the appropriate time window for acquisition of hyperpolarized $^{13}C$ images.
Purpose: To develop a technique for quantifying the $^{13}C$-metabolites by performing frequency-selective hyperpolarized $^{13}C$ magnetic resonance spectroscopy (MRS) in vitro which combines simple spectrally-selective excitation with spectrally interleaved acquisition. Methods: Numerical simulations were performed with varying noise level and $K_p$ values to compare the quantification accuracies of the proposed and the conventional methods. For in vitro experiments, a spectrally-selective excitation scheme was enabled by narrow-band radiofrequency (RF) excitation pulse implemented into a free-induction decay chemical shift imaging (FIDCSI) sequence. Experiments with LDH / NADH enzyme mixture were performed to validate the effectiveness of the proposed acquisition method. Also, a modified two-site exchange model was formulated for metabolism kinetics quantification with the proposed method. Results: From the simulation results, significant increase of the lactate peak signal to noise ratio (PSNR) was observed. Also, the quantified $K_p$ value from the dynamic curves were more accurate in the case of the proposed acquisition method compared to the conventional non-selective excitation scheme. In vitro experiment results were in good agreement with the simulation results, also displaying increased PSNR for lactate. Fitting results using the modified two-site exchange model also showed expected results in agreement with the simulations. Conclusion: A method for accurate quantification of hyperpolarized pyruvate and the downstream product focused on in vitro experiment was described. By using a narrow-band RF excitation pulse with alternating acquisition, different resonances were selectively excited with a different flip angle for increased PSNR while the hyperpolarized magnetization of the substrate can be minimally perturbed with a low flip angle. Baseline signals from neighboring resonances can be effectively suppressed to accurately quantify the metabolism kinetics.
Mohammad Saleh Sharifi;Ho Seung Song;Hossein Afarideh;Mitra Ghergherehchi;Mehdi Simiari
Nuclear Engineering and Technology
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제55권12호
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pp.4570-4575
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2023
Noise and Radio-frequency interference or RFI causes a significant restriction on the Free induction Decay or FID signal detection of the Nuclear Quadrupole Resonance procedure. Therefore, using this method in non-isolated environments such as industry and ports requires extraordinary measures. For this purpose, noise reduction algorithms and increasing signal-to-noise-and-interference ratio or SNIR have been used. In this research, sodium nitrite has been used as a sample and algorithms have been tested in a non-isolated environment. The resonant frequencies for the 150 g of test sample were measured at 303 K at about 1 MHz and 3.4 MHz. The main novelty in this study was, (1) using two types of antennas in the receiver to improve adaptive noise and interference cancellation, (2) using a separate helical antenna in the transmitter to eliminate the duplexer, (3) estimating the noise before sending the pulse to calculate the weighting factors and reduce the noise by adaptive noise cancellation, (3) reject the interference by blanking algorithm, (4) pulse integration in the frequency domain to increase the SNR, and (5) increasing the detection speed by new pulse integration technique. By interference rejection and noise cancellation, the SNIR is improved to 9.24 dB at 1 MHz and to 7.28 dB at 3.4 MHz, and by pulse integration 44.8 dB FID signal amplification is achieved, and the FID signals are detected at 1.057 MHz and 3.402 MHz at room temperature.
목적 : 본 연구에서는 인체 뇌 대사물질에 대하여 2D MR 기술인 correlation spectroscopy (COSY) 와 nuclear Overhauser effect/enhancement spectroscopy (NOESY)를 직접 적용하고, 데이터를 획득하여 인체 뇌대사물질들간의 스칼라 짝지움 (coupling)과 쌍극자 (dipolar) 상호작용- NOE에 대한 분석을 통하여 결합연결관계 및 공간연결관계에 대한 정보를 획득하고자 하였다. 대상 및 방법 : 모든 2-D (dimensional) MR 실험 (즉, COSY와 NOESY)은 z축 능동차폐 펄스경사자장, 삼중공명 동결탐침기가 장착된 Bruker Avance 500 (11.8 T) 장비에서 298 K에 수행되었다. MRS상에서 뇌 대사물질과 유사하도록만든 희석액을 만들었고, 최종 MRS 샘플은 10% $D_2O$를 이용하였다. 2-D 스펙트라는 2048 복합 (complex) 데이터 포인트로서 총 320개 의 free induction decay (FID)를 평균화 (averaging)하였고, $H_2O$에서 얻어진 스펙트라는 8012 Hz 였다. 반복지연 (repetition delay) 시간은 2초, 각각의 FID는 4개의 평균화를 선택하였다. 얻어진 2D-COSY, 2D-NOESY 데이터는 Top Spin 2.0 소프트웨어에서 후 처리기법 (post-processing)에 의해 분석되었다. 분석 대상 대사물질은 N-acetyl aspartate (NAA), creatine (Cr), choline (Cho), glutamine (Gln), glutamate (Glu), myo-inositol (Ins), lactate (Lac)로서 총 7 가지 화학물로서 주요 목표 피크로 정했다. 결과 : 인체 뇌 대사물질에 대한 대칭형태의 2D-COSY와 2D-NOESY 스펙트럼을 획득하였고, COSY 스펙트럼상에서는 오직 1.0-4.5 ppm 사이에서만 교차피크들이 생성된 반면 NOESY 스펙트럼상에서는 1.0-4.5 ppm 외에도 7.9 ppm에서 공명 교차피크를 발견할 수 있었다. COSY 스펙트럼을 통하여 lactate에서 메틸 프로톤과 CH 프로톤의 COSY 크로스피크가 발견되었고, NAA에서 메틸렌 프로톤들간과 메틸렌 프로톤과 NH프로톤의 크로스피크가 발견되었고, Ins에서 CH 프로톤 들간의 크로스피크가 발견되었다. NOESY 스펙트럼을 통하여 NAA 분자내 NH 프로톤과 메틸 (-CH3) 프로톤과의 NOESY 크로스피크가 발견되었고, lactate에서 메틸 프로톤과 CH 프로톤과의 크로스피크가 발견되었고, Cr에서 메틸 프로톤과 메틸렌 프로톤과의 크로스피크가 발견되었고, Glu에서 메틸렌 프로톤 들간과 또한 메틸렌 프로톤과 CH 프로톤과의 크로스피크가 발견되었고, Gln에서 메틸렌 프로톤과 CH 프로톤과의 크로스피크가 발견되었고, Ins에서 CH 프로톤 들간의 크로스피크가 발견되었다. 결론 : 본 연구에서는 in vitro 상태의 인체 뇌 대사물질에 2D-COSY와 2D-NOESY 기술을 직접 적용하고, 결합연결관계 및 공간연결관계에 대한 정보를 성공적으로 획득하여 분석하여 보았다. 본 연구 결과물은 향후 인체 내 in vivo 2D-COSY를 이용한 뇌 대사물질 연구에 매우 유용하리라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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