核磁共振谱自动基线校正新方法.pdf

波 谱 学 杂 志 第 31 卷第4 期 Vol. 31 No. 4 2014 年 12 月 Chinese Journal of Magnetic Resonance Dec. 2014 文章编号：1000-4556(2014)04-523-12 核磁共振谱自动基线校正新方法  钟彩娇，陈志伟 ，陈 忠 （厦门大学电子科学系，福建省等离子体与磁共振研究重点实验室，福建 厦门 361005 ） 摘 要：该文提出一种新的核磁共振谱自动基线校正方法，该方法基于迭代移动平均值算 法，改进了峰区域的基线识别，然后使用迭代方法进行基线建模．为了改进峰区域的基线 建模结果，该方法结合了两种基线校正方法的优点，在基线识别过程选择了一系列位于峰 区域的“基线定位点”，然后和除了峰区域以外的基线点一起参与基线建模．该基线校正 方法适用于 NMR 谱，即使在基线严重非线性失真的情况下也能得到理想的基线校正结果． 关键词：核磁共振(NMR) ；自动基线校正；迭代方法；数据处理 中图分类号：O482.53 文献标识码：A 引言 在核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)研究中，谱图基线失真的原因有很 多，往往来源于硬件、处理过程或其他复杂原因[1,2]，包括仪器不稳定性、滤波器相位 非线性响应和 FID 数据前几个点的损坏等[2,3] ．基线失真会直接影响 NMR 谱的定量分 析以及谱峰分配的准确性和精确度[4–6] ．为了获得平坦的基线，现代谱仪一般采用过采 样和数字信号处理，但仍无法处理所有的基线失真[7,8] ．同时，随着对二维谱和多维谱 研究的深入，人工基线校正方法将十分费时且不易达到最佳效果，自动基线校正方法显 然更有效率及实用性． 自动基线校正方法可以笼统地分为含参数方法和无参数方法．目前，一些常用的含 参数方法很多都是基于 Whittaker 滤波器实现的[9] ．该滤波器的使用大大提高了基线校 收稿日期: 2014-03-01; 收修改稿日期: 2014-10-29 基金项目: 国家自然科学基金资助项目. 作者简介: 钟彩娇(1988-)，女，福建厦门人，硕士研究生，研究方向为核磁共振新技术及应用. *通讯联系人：陈志 伟，电话 E-mail: chenzhiwei@xmu.edu.cn. 524 波 谱 学 杂 志 第 31 卷 正算法的速度和灵活性，并且在 MATLAB 编程中其基础算法仅用几行代码就能实现． 2006 年，Cobas 等人提出的全自动基线校正方法[10]，使用连续小波变换结合 Whittaker 滤波器，解决了低信噪比谱的基线校正难题，然而该方法无法很好地识别宽峰；2012 年，鲍庆嘉等人在该基础上提出了一种基于迭代的自动基线校正方法[11] ，其自动基线 识别方法(Baseline Recognition with Combination and Improvement, BRCI)结合 3 种算法 的优点，能良好地识别包括宽峰在内的所有谱峰，在基线建模过程采用基于 Whittaker 滤波器的迭代方法，并引入“准基线点”消除负区域，但该算法在基线非线性失真时可 能导致峰区域基线偏低．理论上，最佳的基线拟合方法应该不含参数或参数尽量少，然 而实践中，无参数的基线校正方法一般比较难达到理想效果．大部分无参数方法基于多 项式拟合，在低信噪比和基线复杂的情况下，多项式拟合方法无法拟合出最佳的基线模 型[12] ．最近的研究中，自动迭代移动平均值方法(Automated Iterative Moving Average, AIMA) 的基线校正效果比较理想[13]，然而仍有不足之处，AIMA 方法在峰区域容易将基 线估计的过高[14]，导致谱峰