隨著磁共振技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)展了各種射頻脈沖技術(shù)，用于增加核磁共振檢測(cè)的信息量，提高檢測(cè)的靈敏度。基于數(shù)值計(jì)算的優(yōu)化控制方法近年來在液體、固體核磁共振、核磁共振成像及動(dòng)力學(xué)核極化等領(lǐng)域均得到了有效應(yīng)用。液體核磁中，優(yōu)化控制理論已被應(yīng)用于考慮弛豫的極化轉(zhuǎn)移脈沖序列、異核去偶等實(shí)驗(yàn)；固體核磁中，優(yōu)化控制理論已被用于簡(jiǎn)單分子體系中核N與核C間的相干極化轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)、同核偶極重偶、四極核的多量子譜等實(shí)驗(yàn)。

近期，中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所磁共振課題組與慕尼黑工業(yè)大學(xué)化學(xué)系Glaser小組及上海磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室磁共振方法研究組在《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Letters）上發(fā)表了題為Cooperative pulses for pseudo-pure state preparation 的研究論文，首次提出了一種基于優(yōu)化控制的協(xié)作脈沖產(chǎn)生方法。該協(xié)作脈沖由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的脈沖組成，巧妙實(shí)現(xiàn)了脈沖之間的缺陷補(bǔ)償或抵消，此外，協(xié)作脈沖的數(shù)量和持續(xù)時(shí)間能夠根據(jù)樣本的耦合自旋網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)調(diào)整，無需反復(fù)為每次掃描選擇其特定的期望態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)利用獲得的協(xié)作脈沖分別實(shí)現(xiàn)了三自旋、四自旋體系中特定量子狀態(tài)的態(tài)轉(zhuǎn)移，該理論在Bruker 500 MHz核磁共振波譜儀上得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

此項(xiàng)工作中，蘇州醫(yī)工所常嚴(yán)為共同第一作者，楊曉冬研究員為通訊作者。該研究課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（11105096）、江蘇省自然科學(xué)基金（BK20131171）和蘇州市國(guó)際合作項(xiàng)目（SH201207）資助。

圖1 三自旋體系中態(tài)轉(zhuǎn)移的效率分布

圖2 三自旋體系中態(tài)轉(zhuǎn)移的各分量權(quán)重軌跡

圖3 協(xié)作脈沖實(shí)現(xiàn)三自旋體系態(tài)轉(zhuǎn)移的仿真和實(shí)驗(yàn)譜圖