автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Разработка и создание измерительной системы на основе импульсной ЯМР-установки

00461548

Разработка и создание измерительной системы на основе импульсной ЯМР-установки

05.11.01 «Приборы и методы измерений (по видам измерений)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- - ДЕК 2010

Санкт-Петербург - 2010

004615488

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Неронов Юрий Ильич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жерновой Александр Иванович доктор физико-математических наук, профессор Мамыкин Александр Иванович

Ведущая организация Физико-технический институт РАН им. А.Ф. Иоффе.

Защита состоится_

на заседании Диссертационного совета Д 212.227.04 Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 197101, Санкт-Петербург, пр. Кронверкский, д.49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики

Автореферат разослан ^ 2. . 11 . Г Ученый секретарь

Диссертационного совета Киселев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Важность точности определения любых фундаментальных констант сложно переоценить, поскольку вся теоретическая физика построена ка вычислениях с использованием последних. С каждым годом требования к их точности возрастают в связи с общим развитием науки и техники. Исследования значений частот резонансов легчайших ядер (протона, гелия и лития) проводились лишь три раза, последний раз - в 1989г. В это время уровень технологий, в частности электроники и микропроцессорной техники, был заметно ниже современных. Благодаря использованию последних удалось добиться низкого отношения сигнал/шум, а также получить высокую точность для сравнительно небольшого магнитного поля в 2 Тл.

Гиромагнитное отношение протонов в воде ур(Н20)=42.576 388(1) МГц/Тл входит в основной список фундаментальных физических констант и используется для определения величины индукции магнитного поля. Для калибровки высоких полей удобнее использовать ядра, имеющие низкие гиромагнитные отношения. Так, в магнетометрах, как правило, используют ампулы с Н20 и ампулы с 020. Частота резонанса ядер дейтерия меньше, чем частота резонанса протонов в 6.5 раза. Поэтому при замене ампулы равных рабочих частотах магнетометр позволяет определять поля в 6.5 раза более высокие. В этой связи представляют интерес прецизионные определения отношения магнитных моментов ядер и использование этих отношений для калибровки шкал высокоточных магнетометров.

Цель работы - создание измерительной системы на основе импульсной ЯМР-установки для решения различных исследовательских задач, в том числе, для прецизионного определения отношения резонансных частот ядер водорода, дейтерия, гелия к лития-7.

В диссертации решались следующие основные задачи:

- разработка мяяошумящего приемопередающего устройства для работы с магнитной системой;

- считывание сигнала одновременно с двух ядер для последующего расчета отношения резонансных частот;

- разработка подсистемы коррекции поля, ориентированная по третьему ядру;

- уменьшение помех за счет перехода от смесителей частоты к синтезаторам частоты прямого синтеза;

- разработка универсального приемника, способного настраиваться на частоту любого ядра (в предыдущих работах под каждое ядро создавался свой отдельный модуль);

- разработка переносимого программного обеспечения, не привязанного к определенному персональному компьютеру и не требующего дополнительных аппаратных решений;

- возможность изменять максимально возможное число переменных параметров системы из программного обеспечения;

- вынесение аналитической и расчетной частей в отдельное приложение для возможности работать с результатами исследований вне лаборатории.

Объект исследования. В процессе работы было проведено два исследования. В качестве объекта первого исследования использованы пробирки с раствором изотопной смеси Н20+Ц20. Для калибровки был использован раствор с узкой спектральной линией: (СНз^СО-^СО^СО. В качестве ядра коррекции ноля использовалось ядро лития-7 в виде раствора ГлС1 в воде. Объектом второго исследования были выбраны участки мягких тканей человека.

Практическая венлость. Разработанная установка может быть использована не только для проведения исследований по гранту РФФИ № 08-02-13562, но и для получения точных спектров для исследований и различных экспериментов, вне зависимости от исследуемого ядра. Эксперименты также доказали возможность использования установки в медицинских исследованиях. Разработка также может применяться с целью обновления устаревших ЯМР-спсктромстров.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации доложены на XXXIX научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО в 2010 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 6 публикаций, 3 из которых в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена ка 98 стр. машинописного текста, содержит 5 таблиц, 16 рисунков, 4 приложения, 52 формулы, библиография включает 51 наименование.

На защиту выносятся:

- итоги работы по созданию прецизионной измерительной системы;

- описание принципов работы аппаратной части;

- описание принципов работы программного обеспечения;

- обзор полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе описываются осповные физические положения и законы, из которых следуют принципы построения измерительной системы, а также проведения экспериментов. Определены понятия магнитного момента и ориентации его проекций, введены понятия магнитной спиновой восприимчивости и магнитной проницаемости вещества. Далее подробно описаны процессы переориентации магнитных моментов в магнитном поле, а также явление ядерного магнитного резонанса. Делается это при помощи вывода уравнений, описывающих движения вектора макроскопической намагниченности в магнитном поле,

предложенных Ф. Блохом. С этими уравнениями неразрывно связано еще одно очень важное для данной работы понятие, являющееся индикатором атомной структуры вещества - ядерная магнитная релаксация.

В заключительном параграфе первой главы приводится описание метода, позволяющего проводить оценку величины ЯМР-сигнала за счет наведения напряжения на резонансную индуктивность вращением вектора макроскопической намагниченности. Таким образом, объяснены схемотехнические решения, лежащие в основе разработки, описываемой в диссертационной работе.

Во второй главе описывается схемотехника измерительной системы, разработанной на основе импульсной ЯМР-установки, а именно - приемники и передатчики сигналов с катушек, расположенных в рабочей области магнита.

Основой блока приема-передачи является согласующее устройство (СУ), которое представляет с собой одну или несколько катушек индуктивности, внутрь которых помещаются объекты исследования (рис. 1). Аппаратная часть блока может быть адаптирована под резонансную частоту практически любого вещества, помещенного в пробирку, путем изменения рабочих частот всех узлов блока. Для формирования всевозможных частот в системе используется один генератор опорной частоты на 10 МГц. Для синтеза всех опорных частот в блоке используются синтезаторы прямого цифрового синтеза DDS (Direct Digital Synthesis) фирмы Analog Devices. Для генерации сигнала в диапазоне от десятых долей герца до 100 МГц и более синтезатору DDS необходим только источник тактовой частоты, стабильность которого определяет стабильность всех генерируемых синтезатором частот.

В синтезаторах предусмотрена возможность синхронной работы нескольких микросхем DDS от одного источника тактовых импульсов, что является основным требованием для работы с ЯМР-сигналами.

Величина синтезируемых частот задается с центрального процессора системы. Передающая часть устройства, помимо синтезатора прямого цифрового синтеза содержит ключ, формирующий короткий импульс, заполаенный частотой синтезатора, и широкополосный усилитель короткого импульсного сигнала (ШПУ). Задача ШПУ - усилить сигнач синтезатора передатчика DDS1 не искажая импульс в широком диапазоне частот от единиц до 100 МГц. Длительность передающего импульса, его фронт и спад, управляются с центрального процессора.

Работа трех синтезаторов частоты синхронизируется между собой с точностью до фазы, что позволяет избавиться ог комбинационных помех.

Рис.1. Блок-схема блока приема-передачи

Приемник сделан по схеме супергетеродина с одним преобразованием частоты.

Нагрузкой первого смесителя служит фильгр промежуточной частоты (ФПЧ). Он представляет собой фильтр четвертого порядка, основная задача которого - выделение полезного сигнала промежуточной частоты (ПЧ) из помех и продуктов преобразования смесителя.

После ФПЧ находится ключ, аналогичный ключу в тракте передачи, но выполняющий противоположное действие: когда ключ передатчика открыт, ключ приемника закрыт и не пропускает мощный импульс передатчика на вход усилителя. После окончания импульса передатчика ключ открывается, и весь сигнал «эха» от исследуемого вещества поступает на дальнейшую обработку.

Далее выделенный полезный сигнал усиливается в усилителе промежуточной частоты (УПЧ). Благодаря кварцевому фильтру ФПЧ удалось избавиться от контурных катушек в каскадах УПЧ и применить для усилителя микросхему ШПУ с цифровой регулировкой усиления, что позволило получить на выходе усилителя промежуточной частоты неискаженный импульс «зха» ЯМР-сигнала.

Для формирования спектра при помощи фурье-преобразования необходимы действительная и мнимая части сигнала. Для их выделения используется фазовый детектор (ФД) с опорной частотой, вчетверо большей, чем ПЧ. Обе часта сигнала с фазового детектора преходят через фильтр нижних частот (ФНЧ) с регулируемой полосой пропускания и считываются при помощи 16-разрядного АЦП последовательного приближения на центральный процессор,

который посылает оцифрованный двухканальный сигнал на персональный компьютер с установленным программным обеспечением.

Структура блока стабилизации поля идентична структуре блока приема-передачи, за исключением того, что с фазового детектора сигнал поступает на устройство управления магнитным полем спектрометра.

Архитектура универсального приемопередающего блока позволяет управлять с центрального процессора большим количеством устройств, поддерживающих двухпроводной интерфейс 1гС. В каждом блоке приема-передачи используются несколько микроконтроллеров. Еще один контроллер используется для управления АЦП и получения с него оцифрованных данных.

Связь с персональным компьютером через USB осуществляется при помощи специальной микросхемы-переходника USB-UART компании FTDI. Эта микросхема является высокоинтегрцрованным переходником USB-COM позволяющим, используя минимум внешних компонентов (разъем и пассивные компоненты), организовать последовательный обмен данными между внешним устройством на микроконтроллере и компьютером через шину USB.

В третьей главе описана логика работы программного обеспечения, а также описан набор возможностей, которые оно предоставляет пользователю.

При помощи программного обеспечения пользователь упрааляет ширииой запускающего импульса, а также всеми частотами для синтезаторов DDS и коэффициента усиления для усилителей посредством графического шгтерфейса (UI). Программу условно можно разделить на 3 части: графический интерфейс, блок связи с внешним устройством, блок обработки данных.

При построении архитектуры приложения использован паттерн «Модель-Вид-Контроллер». Это позволяет изменять метод передачи данных между программной и электрической частями системы, графический интерфейс и физическую модель, не переписывая программу полностью.

При запуске программы, происходит создание экземпляров классов «Модель», «Вид» и «Контроллер», которые включают в себя заполнение всех внутренних объектов и переменных либо значениями по умолчанию, либо взятыми из ранее сохраненного конфигурационного файла.

Блок связи с внешним устройством представляет собой отдельный программный поток, опрашивающий USB-порт о наличии переданных данных.

В связи с тем что пользователь может управлять целым набором частот, был разработал специальный протокол связи между приложением и приборной частью. В протокол помимо значений частот для синтезаторов включены данные о длительности запускающего импульса, также есть возможность расширить этот протокол любой другой информацией, которая может понадобиться исследователю в приборной части.

Спектр мощности рассчитывается при помощи одномерного фурье-

преобразования с использованием сигнала из правого и левого канала как мнимой и действительной части функции. При этом расчет ведется по области сигнала, где располагается полезный сигнал со спектрометра.

После начала каждого исследования по умолчанию включается функция сохранения каждого полученного ответа от запускающего импульса в виде файла с расширением «.сЫ». Там сохраняются мнимые и действительные части сигналов от обоих исследуемых ядер, а также порядковый номер исследования.

Для предоставления возможности пользователю работать с полученными данными, на привязываясь к спектрометру, было написано дополнительное приложение - ВаМеугег, позволяющее открывать сохраненные йаьфайлы, строить графики сигнала и спектра, а также рассчитывать необходимые величивы -частоты резонансов от обоих ядер, их отношение, а также погрешность. ОаМеууег строит наложенные друг на друга теоретический и практический спектры, а также разностный график, на котором можно наглядно определить качество исследования.

В четвертой главе описывается схема проведения двух экспериментов с применением разработанной установки, также проведен анализ полученных результатов. Первый эксперимент является основным и имеет своей целью прецизионное определение отношения резонансных частот легчайиих ядер. Второй эксперимент был проведен для апробации установки и использования ее в качестве основы ЯМР-томографа.

В первом эксперименте, путем подбора частоты резонанса ядер лития-7 (что обеспечивалось изменением кода цифровых синтезаторов АЕ19953) была выбрана такая величина магнитного поля, при которой сигналы от прогонов и дейтронов оказываются в удобном для регистрации диапазопе частот.

Причем, поскольку частоты 91.2 и 14 МГц для протона и дейтерия соответсвенпо, формируются от одной опорной частоты, а положения ЯМР-сигналов <1Рр и йРа определяются в шкале, прока;шброванной на основе той же опорной частоты высокосгабильногс кварцевого генератора, то не возникает дополнительных систематических погрешностей, связанных со шкалой частот.

Таблица I. Результаты обработки спектров смеси ацетона и дейтроацетона

№ <//> Гц Гц

1 709.264 354.559 6.514400034

2 694.046 352.145 6.514399998

3 694.151 352.196 6.514400014

4 707.750 354.328 6.514400035

5 694.750 352.330 6.514400033

6 693.600 352.139 6.514400027

7 694.120 352.226 6.514400030

8 693.872 352.181 6.514400027

9 693.980 352.133 6.514399997

10 693.706 352.166 6.514400032

11 693.944 352.188 6.514400025

12 709.933 354.638 6.514400023

13 710.221 354.629 6.514399998

14 709.919 354.648 6.514400029

15 707.662 354.254 6.514400007

16 709.939 354.669 6.514400037

17 711.116 354.819 6.514400022

18 710.648 354.721 6.514400010

19 707.289 354.255 6.514400034

20 710.088 354.680 6.514400031

21 709.334 354.505 6.514400004

22 709.849 354.628 6.514400024

23 709.701 354.636 6.514400039

Р'р/Рй среднее 6.514400022(2)

В табл. 1 представлены данные с1Рр, йР^ и Рр'Ра для серий, которые были отобраны с учетом признаков минимума возможных систематических погрешностей. Как видим, для смеси ацетона и дейтероацетона была достигнута следующая погрешность:

= 2/6 514 400 02.2 ~ З-Ю'10 (1)

Были выполнены многокрашые контрольные эксперименты. Регистрация новых серий показала, что собранный спектрометр позволяет получать для отношения погрешность » 3-10"10, однако для понижения этого значения

необходимо улучшать схемотехнические решения спектрометра. В частности, трудносги понижения уровня систематических отклонений, связанных с наличием квадратичных градиентов по вертикальной оси, обусловлены тем, что использовалась внешняя ампула с ядрами лития-7 для стабилизации магнитного поля. Из-за температурных дрейфов регистрируется изменение частот резонансов для протонов и дейтронов основного образца, расположенного в центре магнитной системы (см. вариации с1Рр и ¿Р^ табл. 1).

Аналогичный дрейф имеет место и для квадратичных градиентов. Вероятно, уменьшение погрешности возможно, если сигнал для стабилизации так же регистрировать из центра магнитной системы. При этом придется использовать составной образец и настраивать приёмную индуктивность на резонанс трех ядер, что, к сожалению, будет связано со снижением эффективности регистрации основных частот. Последнее крайне нежелательно, поскольку планируется

использовать данный спектрометр для регистрации слабых сигналов от газообразного образца с дейтероводородом.

Таблица 2. Результаты ранних исследований по измерению отношения частот резонансов протонов и дейтронов

В, т К I ^(ЛН6)/Р(Л06) Год

1.53 10 | 65144000.40(20) 1974

4.70 20 65144000.28(5) 1989

6.34 9 65144000.23(2) 1985

В табл. 2 сопоставляются результаты испытаний, где К - число измерений. На основании новых более точных результатов можно отметить, что в данных 1974 г. присутствует систематическая погрешность: завышение отношения /у/-^. Однако это завышение находится в пределах достигнутой в те годы погрешности.

Как видим из сопоставления, для смеси легкой и тяжелой воды впервые для Г//^ была достигнута наиболее низкая погрешность. Полученное значение отношения Г/Н20//^/1)207 можно использовать для прецизионных калибровок высоких магнитных полей по ЯМР-сигналу от ампул с тяжелой водой.

Для калибровки шкалы спектрометра использовались импульсы возбуждения сигналов ядер лития-7, частота 546.875 Гц. Серия числовых массивов с записью сигналов этой частоты регистрировалась и обрабатывалась так же, как и основные сигналы. После преобразования Фурье сигнал на спектрах с частотой 546.875 Гц обеспечивал частотную калибровку шкалы спектрометра. Причем после повторных калибровок вьиснилось, что возможная систематическая погрешность от неточностей калибровки не превышает ±0.001 Гц. Поскольку частота резонанса дейтронов была равна 14 МГц, то неточность в ±0.001 Гц может привести к погрешности:

5= 0.001/14 000 000 = 7 10 й. (2)

Для опенки предельных точностных возможностей спектрометра (рис. 1) были изготовлены ампулы, которые содержали равноценные по объёму смеси: Н20 Ш20 - для первой ампулы и (СН3)2СО + (СВ3)2СО - для второй. Сигналы от этих растворов имеют высокую интенсивность, и их накопление не требуется. Ширина спектральных линий на половине высоты имеет порядок ~ 1 Гц.

Ниже представлены аналитические выражения, которые были использованы для описания спектра. Причем вычисления показали, что с приемлемой точностью реальную часть сигнала (четную функцию) достаточно описать контуром лоренцевой формы, а для описания мнимой части (нечетной функции) к контуру лоренцовой формы требуется добавить относительную разность частот как сомножитель:

*-Не(„() = £4, /{! + [(„, - е,.),^]2} , (3)

Параметры контуров Лоренца и параметры фазовых соотношений определялись в единой итерационной процедуре при минимизации квадратичных отклонений между экспериментальными данными и соответствующим аналитическим выражением:

где .,¥- число точек использованного массива чисел; Л^ и Л/ - начальная и конечная точка спектра Лу- М, = Лг, /4R.eC 'V и - элементы вектора экспериментальных

данных; П{е( и Лгг/>*) - элементы вектора.

При многократных повторных расчетах варьировались Л^ и Л'}, путем изменения шага выборки Д.У (Л^Ч+гЛ'У)- Соответственно изменялся итоговый результат. По разбросу результатов оценивалась погрешность, связанная с влиянием случайного элеетромагнитного шума и отклонением экспериментальной формы линий от аналитической формы (3), (4).

Из сопоставления данных для различных серий, полученных в разное время, выяснилось, что существует инструментальная погрешность, которая вызывает систематические отклонения результатов на уровне до и 10 8. Причем очень похожие по интенсивности сигналы для серий (в 30-40 парных спектров) имели, как правило, погрешность к Ю-9. Но данные для разных серий могли отличаться по результату для отношения частот до 10~8, что указывает на наличие инструментальной погрешности.

В результате обработки спектров при помощи дополнительного программного обеспечения были отбракованы те серии, в которых контур спектральных линий не соответствовал контуру Лоренца (рис. 2).

Однако по признаку соответствия формы сигнала контуру Лоренца удаюсь отбраковать лишь некоторую часть сомнительных серий. Остаточный фон электромагнитных помех создавал коридор разброса точек на спектре, в пределах которого, как правило, контур Лоренца достаточно хорошо соответствовал форме ЯМР-сигнада.

(1 / Л0 £ [А Яе(к,.) - Г Щу, )]2 + (11Л0 Щу,) - Р )]2

-> шш ,

(5)

.V,

Рис. 2. Вид типичного Я MP сигнала при оптимальной настройке спектрометра и контроль его соответствия форме контура Лоренца. При повторных опытах было установлено, что систематические погрешности являются следствием как наличия градиентов магнитного поля dB/dy в образце, так и отличия гиромагнитных отношений. Используемый способ прецизионного определения FJFj верен лишь в том случае, если оба ЯМР-сигнала излучаются из одной и той же области образца (т.е. из области, в которой среднее поле одно и то же как для исследуемого ядра, так и для ядра сравнения). Для этого используется одна резонансная индуктивность, настроенная на резонанс двух ядер. Однако, как правило, в образце имеются неоднородности магнитного поля и эффективная область, из которой формируется сигнал от протонов, как выяснилось — меньше эффективной области, из которой формируется сигнал от ядер дейтерия.

Если в центре магнитной системы поле равно В0 (частота резонанса протонов и дейтронов: vy, = vjo = 7АХ а в другой точке в пределах образца (например, в точке >>,• на вертикальной оси и на полувысоте солиноидальной резонансной индуктивности^,- = А/2) поле равно В, = В,: - АВ„ тогда разность частот резонансов для ядер в этих точках будет равна:

Av„- = vp0 -vpi = уP[(dB/dy)yi + [0/dhyfl2], (6)

Av,« = vd0 -vj, = у¿(dB/dy)y, + {dBW)y>i2]. (7)

Разность частот для протонов оказывается в yf/Yj и 6.5 раза больше, чем для дейтронов. Следовательно, скорость затухания сигнала от протонов оказывается в такое же число раз выше. При расходимости локальных векторов протонной намагниченности Mpi в 130е (относительно локального вектора в центре Мг<1), соответствующая расходимость для компонент векторов намагниченности от ядер дейтронов будет равна 130/6.5 = 20°.

Суммарный вектор спиновой намагниченности протонов в 6.5 раза быстрее «рассыпается в веер». Когда локальные векторы протонной намагниченности в среднем приобретают фазовые различия в 180°, то векторы взаимно гасят друг друга и сигнал не излучается. При этом ЯМР-сигналы от дейтронов продолжают излучаться. Устранить такую систематическую погрешность возможно, если использовать сферический образец, который можно полностью погрузить в

еслиноидальную резонансную индуктивность. Однако изготозить правильный сферический образец - достаточно сложная задача.

Поскольку используется вращение ампул, градиенты поля в плоскости вращения усредняются. Эффективными оказываются градиенты по оси вращения: АВ/АУ. Причем можно показать, что линейные градиенты сШ/ЛУ вызывают лишь уширение, а не сдвиг спектральной линии. Однако наличие квадратичных градиентов поля по вертикальной оси является причиной сдвига сигнала и соответственно систематических ошибок.

Обозначим эффективную область ампулы с высотой //„• и область с высотой Нр, из которых фактически формируются сигналы от дейтронов и протонов (А# = Нл-Н,> 0). Соответственно контур ЯМР-сигнала дейтронов на частотной шкале отражает не только резонанс в центральной области, но и в прилегающих областях выше и ниже, где магнитное поле другое при наличии его градиентов.

Представим оценку для относительной разности высот с учетом того, что область радиочастотного облучения соизмерима с высотой резонансной индуктивности (#£ я 10 мм):

(ДЯ/Я„)(1 - уД.) « 0.3 мм . (8)

Знак систематической погрешности зависит от знака квадратичного градиента.

Как правило, максимальное поле находится в центре электромагнита. По мере отклонения от центра, поле уменьшается из-за «бочкообразного» взаимного расталкивания магнитных силовых линий: (1В/<1у2 < 0. В пределах резонансной индуктивности поле уменьшается от центра по квадратичной зависимости. Тогда, сигнал от дейтронов формируется в среднем в более низком поле и отношение Р/Ра оказывается завышенным. Для оценки систематической погрешности сверху можно использовать выражение:

При этом ширина спектральных линий определялась неоднородностью магнитного поля, собственная ширина линии считалась существенно меньшей. Как отмечалось, для исследованных изотопных растворов экспериментальная ширина линий была следующей: Ду^ « 1 Гц.

Для достижения погрешности 8 к 10~9 от оператора спектрометра требуется тщательный подбор токов, компенсирующих квадратичные неоднородности магнитного поля. Далее оказалось, что наличие систематической погрешности можно выявить при изменении процедуры обработки спектров.

Для отбраковки серий, содержащих систематические погрешности, была использована следующая методика. Каждый парный спектр, регистрируемый на спектрометре, содержал 8000 чисел для Яе и Ьп векторов прогонов и дейтронов.

Поскольку сигналы от растворов (СН3)2СО + (CD3)2CO и H20+D20 имеют высокую интенсивность, то в процессе обработке пары спектров есть возможность уменьшить число входных чисел и сохранил, при этом достаточно малую погрешность. Тогда можно разбить входной числовой массив на части и проверить результат для серии на устойчивость по этому параметру.

Второй способ контроля числовых массивов на наличие систематических отклонений заключался в умножении элементов вектора экспериментальных данных ^Re(vj) и ^lm(vj) на экспоненту: ехр[-(2У/у)/8000] до выполнения фурье-преобразования. При этом, если Z/¡ > 3, то фактически отбрасывается вторая половина исходного числового массива.

В результате применения описанных выше методик были отобраны серии, которые показывали устойчивость результата (F/F¿)¡ как при удалении начальных элементов вектора данных, так и при их фактическом уменьшении за счет конечных элементов при увеличении показателя экспоненты.

Для проведения второго эксперимента был разработан специальный датчик ЯМР-сигналов, в котором индуктивность резонансного контура защищена от исследуемого образца электростатическим экраном. Экраном является изогнутая плоскость, содержащая набор тонких проводников, заземленных с одного конца. Такой экран не уменьшает добротности приемного резонансного контура, но сохраняет стабильные условия радиочастотного резонанса при смене различных объектов исследования. С таким экраном датчик позволяет в оптимальных условиях накапливать ЯМР-сигналы от любых диамагнитных объектов.

В связи с тем, что целью данного эксперимента являлось измерение ЯМР-сигнала in vivo, в качестве испытуемых была использована на группа здоровых людей, собранная из различных возрастных групп.

С целью оценки точностных возможностей разработанной измерительной системы в программное обеспечение былп внесены небольшие изменения с целью сформировать импульсные последовательности для регистрации времен релаксаций 77 и Т2.

Выяснилось, что константы Т2 более чувствительны к биохимическим вариациям состава живых тканей, чем 77, поэтому далее обсуждаются данные для 72. Для примера на рис. 3 представлен способ регистрации и контроля процедуры определения Т2. В левой части экрана монитора периодически отображаются ЯМР-сигналы в шкале времени при изменении интервала между импульсами возбуждения. При подборе оптимальной длительности импульсов возбуждения отношение сигнал/шум эхо сигналов оказывается максимальным.

В правой части представлены три последовательности амплитуд ЯМР эхо сигналов от живых тканей после импульсов 90° и 180°. Первый импульс 90° позволяет минимизировать намагниченность в направлении магнитного поля, а последующий импульс 180°, подаваемый через изменяемый интервал времени,

позволяет формировать ЯМР-эхосишал. Интервал времешт между повторной подачей пары импульсов 4 с. За это время протонная намагниченность тканей переходит в равновесное состояние.

Измерительный цикл определения Т2 составляет 160 с. При этом последовательно возбуждается 39 ЯМР-сигналов с циклическим увеличением интервала между импульсами 90° и 180°. При 40-м интервале возбуждающие импульсы на образец не подаются, в регистрируется уровень электромагнитных шумов, используемый далее для оценки шумового фона нулевой линии.

эхосигналы; 1Ь, 2Ь, ЗЬ — соответствующие спектры эхоеигналов; 4 -последовательность амплитуд 39 эхоеигналов.

В правой верхней части монитора (рис. 3) отображается последовательность амплитуд 39 ЯМР-сигналов, характеризующая падение протонной намагниченности при циклическом увеличении расстояния между импульсами возбуждения (вертикальные линии). Далее методом минимизации квадратических отклонений вычисляется значение Т2. Для визуального контроля степени соответствия расчетных и экспериментальных данных строятся дошшнпельные вертикальные линии. Вычисляется средняя квадратическая погрешность (сЩ для отклонений экспериментальных амплитуд спектра ЯМР-сигнала от экспоненциальной зависимости. После 10 циклов регистрации 72( вычисляется среднее значение Т2, определяется погрешность результата и формируется итоговая таблица данных.

Математическая обработка последовательности 39 амплитуд сигналов выполнялась с использованием двух функциональных зависимостей. На первом этапе экспериментальные данные описывались с помощью одной нормированной экспоненты. В этом случае хорошо видны систематические отклонения экспериментальных данных от расчетных значений. Однако параметр 72$ представляет определенный интерес как усредненный результат оценки спин-спиновой релаксации для сравнительных сопоставлений.

Затем используется описание падепкя амплитуд эхосигналов с помощью двух экспонент:

А(0 = С„схр(-(/П0) + (1 - С,)ехр(-//Гад. (10)

В табл. 3 представлены типичные результаты регистрации времени релаксаций Т20, Т2„, Т2ъ ряда испытуемых. Последовательность данных соответствует увеличению возраста участников эксперимента. Были выполнены повторные измерения с изменением интервалов между импульсами.

Таблица 3. Результаты исследования уменьшения ЯМР сигналов от живых

тканей.

№ А{1) = ехр(Ч/Т20) А(0 = С0ехр(-//П„) + (1-Са)ехр(-//Т2ь)

Т20, мс <¿4,, % Т2„, мс Т2Ь, мс С„, % м„ %

1 50.78 6.62 25.2 115.4 59 1.21

2 56.27 6.34 29.3 132.3 61 1.03

3 56.91 5.79 30.1 133.4 62 0.90

4 57.06 5.35 31.2 126.3 61 1.00

5 61.38 6.09 32.1 149.3 61 1.23

6 62.28 6.18 32.2 153.3 61 1.23

7 60.01 4.22 35.2 122.3 61 0.84

8 58.12 5.25 32.2 128.2 61 0.90

Данные табл. 3 отражают следующее: в зоне регистрации мини-ЯМР-томографа находится примерно « 61 % протонов воды (в основном, внутриклеточной) и « 39 % прогонов, связанных с атомами углерода: в основном в липидных соединениях (протоны -СНг- групп).

Время спин-спиновой релаксации протонов дистиллированной воды равно примерно Т2 « 500 мс и зависит от степени глубокой очистки воды (в частности, Т2 зависит от концентрации растворенного кислорода). В живых тканях оно уменьшено более чем на порядок. Наиболее типичными для студентов являются данные: Т2„ « 31 мс, Т2Ь « 130 мс. Однако индивидуальные отклонения иногда могут достигать 24 % для Т2а и 13 % для Т2ь (см. табл. 3). Очевидно, что данный разброс связан с разной динамической концентрацией парамагнитных центров. Причина таких больших отклонений связана с биохимическими особенностями

участников эксперимента и указывает на перспективность изучения таких индивидуальных характеристик.

Значение времени спин-спиновой релаксации (и, в частности, Т2„ и Т2Ь) весьма чувствительны к среднестатистической концентрации парамагнитных центров, к которым, в частности, относятся: свободные радикалы; ферменты биохимических реакций, имеющие не спаренный электрон; молекулы кислорода; атомы металлов, обладающие парамагнитными свойствами, такие как у атомов меди и др.

Если ткани in vivo насыщаются кислородом воздуха, то из-за парамагнетизма молекулярного кислорода можно было предполагать о понижении при этом параметров Т2„ и Т2Ь, и наоборот. Для проверки такого предположения были проведены следующие эксперименты: регистрировались данные для Т2а и Т2Ь в нормальных условиях, а затем при частичной гипоксии живых тканей. Во втором случае регистрировалось увеличение Т2„ в среднем на 14 %, а для T2¡, в среднем на 3 %.

Оценивалось влияние умеренных физических нагрузок на руку участника эксперимента перед регистрацией Т2а, Т2Ь. Оказалось, что у ряда испытуемых физическая нагрузка слабо отражается на результатах. Так, для первого испытуемого данные для Т2„ менялись следующим образом: 24 мс в состоянии покоя; 25 мс а первые 1-2 мин посте физической нагрузки и 23 мс в последующие 3-4 мин. Для другого участника эксперимента влияние физической нагрузки было более существенным: 31 мс - в состоянии покоя; 35 мс - в первые 1-2 мин после физической нагрузки и 25 мс - в последующие 3-4 мин.

Такие изменения отражают эффективность биохимической системы авторегулирования, характерной для организма участника эксперимента. Совершенствование подобной аппаратуры и программного обеспечения позволяет повысить точность регистрируемых данных и скорость их получения. Будущее практическое использование явления ядерного магнитного резонанса, по всей вероятности, окажется востребованным в медицинской практике не только при получении анатомических изображений, ко и для численной оценки времени спиновой релаксации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана и создана измерительная система на основе импульсной ЯМР установки, отвечающая всем необходимым требованиям для проведения исследовательских работ по гранту РФФИ.

2. Достигнута точность измерения, сопоставимая с точностью аналогичных исследований на более мощных магнитах.

3. Общая структура системы позволяет ей работать с любым магнитом, не требуя каких-либо аппаратных доработок.

4. Система может быть программно настроена на работу на любой резонансной частоте в пределах от 0 до 200 МГц с шагом до 0.1 Гц.

5. Управление большинством внутренних настроек измерительной системы производится при помощи программного обеспечения.

6. Программное обеспечение может работать на любом персональном компьютере под оболочкой Windows ХР, Vista, Windows 7 с установленными драйверами.

7. Обработка и просмотр спектров возможны вне лаборатории, благодаря дополнительному программному обеспечению.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Серегин А.Н. Система управления учебным ЯМР-томографом. // Научно-технический вестник ИТМО, 2006. Вып. 26. С. 49-51.

2. Серегин А.Н. Система управления учебным ЯМР-томографом. // Научно-технический всстиик ИТМО, 2007. Вып. 37. С. 246-249.

3. Неронов Ю.И., Серегин А.Н. Разработка ЯМР спектрометра для прецизиошюго определения отношения частот резонанса ядер. «Измерительные технологии», 2010. т.8. С. 65-70.

4. Серегин AJI. Серегин H.H. Система управления ЯМР-спеггрометром // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. С. 80-82.

5. Серегин А.Н. Система управления исследовательской установкой «мини-ЯМР томограф» // Материалы 5-й зимней молодежной школы-конферении «Магнитный резонанс и его приложения». СПб: СПбГУ, 2008. С. 74-76.

6. Серегин А.Н., Неронов Ю.И., Серегин H.H. Система управления ЯМР-спектрометром. // Материалы 6-й зимней молодежной школы-конферении "Магнитный резонанс и его приложения". СПб: СПбГУ, 2009. С. 110-112.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел.(812)233 46 69. Объем 1,0 у.п.л. Корректор: Позднякова Л.Г. Тираж 100 экз.

Оглавление.

Обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Теоретические основы эксперимента.

1.1 Ядерный магнетизм.

1.2. Ядерная магнитная восприимчивость.

1.3. Переориентация ядер в поле и магнитный резонанс.

1.4. Блоховское описание магнитного резонанса.

1.5 Оценка величины ЯМР-сигнала.

1.6 Выводы по главе 1.

Глава 2. Схемотехнические решения.

2.1. Общие сведения.

2.1.1 Прямой цифровой синтез.

2.2. Работа приемника.

2.3. Работа передатчика.

2.4. Блок стабилизации.

2.5. Связь с персональным компьютером.

2.6 Выводы по главе 2.

Глава 3. Программные решения.

3.1 Управляющее программное обеспечение.

3.1.1 Обзор архитектурного решения.

3.1.2 Класс «Model».

3.1.3 Класс «Volume».

3.1.4 Класс «Sygnal».

3.1.5 Класс «View».

3.1.6 Класс «Controller».

3.1.7 Описание алгоритма работы приложения.

3.2 Программное обеспечение анализа результатов.

3.3 Выводы по главе 3.

Глава 4. Подготовка и содержание экспериментов.

4.1 Прецизионное определение отношения резонансных частот легчайших ядер.

4.1.1 Описание эксперимента.

4.1.2 Оценка погрешности результатов.

4.1.3 Полученные результаты.

4.2 Исследование спиновой релаксации воды и липидных соединений в живых тканях.

4.2.1 Описание эксперимента.

4.2.2 Определение времени релаксации.

4.2.3 Полученные результаты.

4.3 Выводы по главе 4.

Важность точности любых фундаментальных констант сложно переоценить, т.к. вся теоретическая физика построена на вычислениях с участием последних. С каждым годом требования к их точности возрастает в связи с общим развитием науки и техники. Уточнения частот резонансов легчайших ядер (протона, гелия и лития) проводились в истории лишь три раза. Последний раз - в 1989 году, когда уровень технологий был заметно ниже сегодняшнего. Тогда использовался сверхпроводящий ЯМР-спектрометр с полем 6 Тл. В частности, на невысоком уровне было развитие электроники и микропроцессорной техники, благодаря использованию которых в наше время, удалось добиться высокого отношения сигнал/шум, и получить отличную точность для сравнительно небольшого магнитного поля в 2 Тл. Уточнение частот резонансов необходимо, прежде всего, для более точной настройки ЯМР-сканеров, используемых в химии, фармацевтике, биологии, промышленности и медицине. Оба этих направления получили в последние 10 лет очень широкое применение, благодаря возросшей точности и скорости работы.

Актуальность данной работы подтверждается фактом получения гранта Российского Фонда Фундаментальных Исследований (№08-02-13562).

Целью диссертационной работы является разработка ЯМР-спектрометра для решения различных исследовательских задач, в том числе, для прецизионного определения отношения резонансных частот ядер водорода, дейтерия, гелия и лития-7 в рамках исследовательской работы по гранту РФФИ.

Для поставленной цели в диссертации решались следующие основные задачи:

• Разработка малошумящего приемо-передающего устройства для работы с магнитом компании Вгикег.

• Считывание сигнала одновременно с двух ядер для последующего расчета отношения резонансных частот.

• Разработка подсистемы коррекции поля, ориентированной по третьему ядру.

• Уменьшение помех за счет, перехода от смесителей частоты к синтезаторам частоты прямого синтеза (ООБ).

• Разработка универсального приемника, способного настраиваться на частоту любого ядра. Раньше под каждое ядро создавался свой отдельный модуль.

• Разработка переносимого программного обеспечения, не привязанного к определенному персональному компьютеру и не требующее дополнительных аппаратных решений.

• Возможность изменять максимально возможное число переменных параметров системы из программного обеспечения

• Вынесение аналитической и расчетной функциональности в отдельное приложение для возможности работать с результатами исследований вне лаборатории.

В качестве объекта исследования, использованы пробирки с раствором изотопной смеси Н20+020. Для калибровки был использован раствор с узкой спектральной линией: (СНЗ)2СО+(СОЗ)2СО. Поле корректируется по ядрам лития-7, содержащимся в растворе соли 1лС1 в воде.

Разработанная установка может быть использована не только для проведения исследований про гранту РФФИ №08-02-13562, но и для получения точных спектров для исследований и экспериментов разного рода, вне зависимости от исследуемого ядра. Также разработка может применяться в качестве обновления устаревших ЯМР-спектрометров, которых осталось еще не мало как по городу, так и по стране в целом.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации доложены на XXXIX научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО, VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых[1] и 6-ой молодежной школе-конференции «Магнитный резонанс и его приложения» [2].

Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 6 публикации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 102 стр. машинописного текста, содержит 5 таблиц, 16 рисунков, 4 приложения, 52 формулы, библиография включает 51 наименование.

Результаты работы сводятся к следующему:

1. Проведен анализ современных технологий

2. Разработано схемотехническое решение, позволяющее принимать сигнал с магнитной системы, а также подавать на нее сигналы для управления

3. Достигнута точность измерения, сопоставимая с точностью аналогичных исследований на более точных магнитах. Систематическая погрешность измерений составляет 10"8.

4. Общая структура системы позволяет ей работать с любым магнитом, не требуя каких-либо аппаратных доработок.

5. Система может быть программно настроена на работу на любой резонансной частоте в пределах от 0 до 200 МГц с шагом до 0.1 Гц.

6. Управление большинством внутренних настроек измерительной системы производится при помощи программного обеспечения.

7. Программное обеспечение может работать на любом персональном компьютере под оболочкой Windows ХР, Vista, Windows 7 с установленными драйверами.

8. Обработка и просмотр спектров возможны вне лаборатории, благодаря дополнительному программному обеспечению.

Материалы работы докладывались на конференциях:

1. III межвузовская конференция молодых ученых, 10-13 апреля 2006 г.

2. IV межвузовская конференция молодых ученых, 10-13 апреля 2007 г.

3. V Всероссийская конференция молодых ученых, 15-18 апреля 2008 г.

4. 5-я Зимняя молодежная школа-конференция Санкт-Петербургского государственного университета с международным участием «Магнитный резонанс и его приложения», 1-5 декабря 2008г.

5. VI Всероссийская конференция молодых ученых, 14-17 апреля 2009 г.

6. 6-я Зимняя молодежная школа-конференция Санкт-Петербургского государственного университета с международным участием «Магнитный резонанс и его приложения», 30 ноября - 4 декабря 2008г.

7. XXXIX научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, посвященная 110-й годовщине со дня основания Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2-5 февраля 2010 г.

8. VII Всероссийская конференция молодых ученых, 20-23 апреля 2010 г.

Заключение

1. Серегин А.Н. Серегин H.H. Система управления ЯМР-спектрометром // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых / СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. С. 80-82.

2. Серегин А.Н., Неронов Ю.И., Серегин H.H. Система управления ЯМР-спектрометром. // Материалы 6-ой зимней молодежной школы-конферении "Магнитный резонанс и его приложения" / СПб.: СПбГУ, 2009. С. 110-112.

3. Веселов М.Г. Элементарная квантовая теория атомов и молекул. М., 1955. С. 184.

4. Бородин П.М. (ред.). Ядерный магнитный резонанс. JL: Изд-во ЛГУ, 1982. С. 42.

5. Сликтер Ч. Основы теории магнитного резонанса / 2-е изд., дополн. и исправл.-М., 1981. С. 448.

6. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Краткий курс теоретической физики. Кн. 2: Квантовая механика. М., 1972. С. 368.

7. Абрагам А. Ядерный магнетизм. М., 1963. С. 551.

8. Bloch F., Hansen W.W., Packard M. Nuclear induction // Phys. Rev. 1946. Vol. 69, N P. 127

9. Purcell E.M., Torrey N.C., Pound R.V. Resonance absorption by nuclear magnetic moments in a solid //Phys. Rev. 1946. Vol. 69. N '/2. P. 37-38

10. Ю.Уэбб С. (ред.). Физика визуализации изображений в медицине, т. 2 М.: Мир, 1991. С. 131.

11. П.Квантовая радиофизика: Учеб. Пособие / Под ред. В.И. Чижика. СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2004. С. 29-33.

12. Фаррар Т., Беккер X. Импульсная и фурье-спектроскопия ЯМР. М., 1973. С. 164.

13. Фролов В.В., Данилов B.JI. Методы получения спиновых изображений // Ядерный магнитный резонанс. Вып. 6. 1981. С. 6-34.

14. Вашман A.A., Пронин И.С. Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия. М., 1986. С. 231.

15. Туманов B.C. Введение в теорию спектров ЯМР. -М., 1988. С. 231.

16. Жерновой А.И., Латышев Г.Д. Ядерный магнитный резонанс в протонной жидкости. -М., 1964. С. 270.

17. Чижик В.И. Ядерная магнитная релаксация: Учеб. Пособие. 3-е изд. -СПб: Изд-во С.-Петербургского университета, 2004. С. 55-91.

18. Лундин А.Г., Федин Э.И. ЯМР-спектроскопия. -М.,1986. С. 168.

19. Леше А. Ядерная индукция. М.,1963. С. 684.

20. Федотов М.А. Ядерный магнитный резонанс в растворах неорганических веществ. Новосибирск, 1986. С. 198.

21. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. M., Т. 1: Основные принципы и классические методы. 1983. С. 311.

22. Сизиков B.C. Математические методы обработки результатов измерений: Учебник для вузов. СПб.: Политехника, 2001. С. 38-40.

23. Неронов Ю.И., Гарайбех 3. Ядерный магнитный резонанс в томографии и в спектральных исследованиях тканей головного мозга: Учебное пособие. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2003.

24. Е. Richard Cohen, Barry N.Taylor. The 1986 adjustment of the Fundamental Physical Constants. Codata Bulletin, N. 63, November 1986.

25. Неронов Ю.И., Серегин A.H. Разработка ЯМР спектрометра для прецизионного определения отношения частот резонанса ядер. «Измерительная техника», т.8, 2010. С. 65-70.

26. Серегин А.Н. Серегин H.H. Система управления ЯМР-спектрометром // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. С. 80-82.

27. Серегин А.Н. Система управления исследовательской установкой «мини-ЯМР томограф» // Материалы 5-й зимней молодежной школы-конферении «Магнитный резонанс и его приложения». СПб: СПбГУ, 2008. С. 74-76.

28. Ридико Jl. DDS: прямой цифровой синтез частоты // Компоненты и технологии, 2001. С. 40-45.

29. Схемотехника: электронный справочник // "Руссобит Паблишинг", 2005.

30. Бейкер Бонни. Что нужно знать цифровому инженеру об аналоговой электронике; пер. с англ. Ю.С. Магды. М.: Додэка-ХХ1, 2010. С. 55-63.

31. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя // Издательский дом "Додэка-ХХГ, 2007.

32. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы «ALMEL». -М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2002. С. 147-172.

33. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «ATMEL» М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2004. С. 114-117.

34. Баранов В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. -М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2004. С. 157-206.

35. Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR: простого к сложному. М.: СОЛОН-Пресс, 2003. С. 41-52

36. С. Лазарев, Е. Рогожкин, Ф. Захарук. «Быстрое преобразование Фурье для обработки сигналов в устройствах автоматизации», ж. Современные технологии автоматизации. Выпуск 1/1999. с. 64-66.

37. Архангельский А.Я. Функции С++, С++ Builder 5, API Windows (справочное пособие) M.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. С. 71-93

38. Архангельский А.Я. Язык С++, С++ Builder 5 (справочное пособие) М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. С. 147-171

39. Dino Esposito. Programming Microsoft ASP.NET МУС // Microsoft Press. 2010. P. 50- 123.

40. Архангельский А.Я. Библиотека С++ Builder 5: 60 управляющих компонентов -М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000.

41. Архангельский А.Я. Библиотека С++ Builder 5: 70 компонентов ввода/вывода -М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000.

42. Несвежский В. Программирование аппаратных средств в Windows. -СПб.: БХВ-Петербург, 2004. С. 568-572.

43. Солдатов В.П. Программирование драйверов Windows. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: ООО «Бином-Пресс», 2004.

44. Telles M. Borland C++Builder. High performance // an International Thompson Publishing company, 1997. P. 249-269.

45. Агуров П.В. Интерфейсы USB. Практика использования и программирования. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. С. 11-20.

46. Reisdorph К., Henderson К. Borland C++Builder. Teach yourself // Sams Publishing, 1997. P. 103-133.

47. Ю.И. Неронов, Д.М. Каминкер, X. Мухамадиев. «Исследование влияния изотопного замещения на константу экранирования методом дейтрон-протонной спектроскопии ЯМР», ж. Теоретическая и экспериментальная Химия. Т. 10, в. 2. 1974. С. 215-222.

48. Серегин А.Н. Система управления учебным ЯМР-томографом. // Научно-технический вестник ИТМО. Выпуск 26, 2006. С. 49-51.

49. Серегин А.Н. Система управления учебным ЯМР-томографом. // Научно-технический вестник ИТМО. Выпуск 37, 2007. С. 246-249.

50. Ю.И. Неронов, В. К. Иванов. «Разработка мини ЯМР томографа для учебных и научно-исследовательских целей». Журнал «Научное Приборостроение». 2006, том 16, № 2. С. 51-56.

51. Ю.И. Неронов. Магнитный резонанс в томографии и в спектральных исследованиях тканей живого организма. Учебное пособие. Изд. СПбГУ ИТМО, 2007.