[發明專利]多維核磁共振測量方法

有效

• 申請號: 201710186246.6
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107102020B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 劉化冰;孫哲;汪正垛;陳偉梁;宗芳榮
• 申請（專利權）人: 北京青檬艾柯科技有限公司
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 高新升

1.一種多維核磁共振測量方法，所述方法用于分析材料孔隙結構和內部填充流體特性，其特征在于，所述方法包括：

(1)多維核磁共振脈沖序列的設計及多維核磁共振數據采集；

(2)對多維核磁共振數據進行反演和解釋；

其中，所述步驟(1)包括如下步驟：

1.1向被測樣品施加90°射頻脈沖將宏觀磁化強度矢量M₀扳轉90°；

1.2等待時間τ過后，向被測樣品施加第二個90°脈沖，將恢復一定量的磁化矢量從沿著靜磁場B₀相同的方向再次扳轉90°；

1.3等待T_E/2的時間之后，其中，T_E為回波間隔，向被測樣品施加180°射頻脈沖，等待時間T_E/2過后，會在ACQ通道采集產生自旋回波信號，其中，ACQ通道代表信號接受通道；

1.4重復施加多個180°射頻脈沖，會在ACQ通道采集產生重復多個自旋回波信號，得到回波串信號；

1.5改變所述等待時間τ，重復所述步驟1.2-1.4以分別采集數個不同等待時間τ下產生的回波串信號；所述步驟1.5所產生的回波串信號磁化矢量矩陣為：

M(τ,nT_E,mt_s)＝∫∫∫K₁K₂K₃F(T₁,T₂,Δχ)dT₁·dT₂·dΔχ

其中，τ為等待時間，n為180°脈沖個數，m為FID采集點數，t_s為FID采集點時間間隔，F(T₁,T₂,Δχ)為被測樣品的三維T₁–T₂-Δχ特性矩陣，T₁為縱向弛豫時間，T₂為橫向弛豫時間，Δχ為被測樣品與內部填充流體的磁化系數差異，K₁，K₂，K₃為三個核函數，其具體形式為：

K₁＝1-exp(-τ/T₁)

K₂＝exp(-nT_E/T₂)

K₃＝exp(-γ·Δχ·B₀·mt_s)

其中，γ為質子的旋磁比，B₀為靜磁場強度。

2.根據權利要求1所述的多維核磁共振測量方法，其特征在于，所述步驟(2)采用快速三維數據處理算法對多維核磁共振數據進行反演。

3.根據權利要求1所述的多維核磁共振測量方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為：

2.1采用數學張量乘積將前兩個核矩陣函數K₁和K₂耦合為一個新的核函數矩陣K₁₂：

2.2將測量得到的回波串信號磁化矢量矩陣重新表達為：

M＝K₁₂FK₃

2.3對上述核函數矩陣K₁₂和K₃進行SVD分解及奇異值截取，進而對采集數據進行壓縮處理，對核函數矩陣進行奇異值分解可得：

K₁₂＝U₁₂·S₁₂·V′₁₂

K₃＝U₃·S₃·V′₃

其中S₁₂和S₃對角線元素值從大到小排列，且為對角矩陣，大小分別為s₁₂×s₁₂和s₃×s₃，其中s₁₂為K₁₂非零奇異值個數，s₃為K₃非零奇異值個數；U₁₂、V₁₂和U₃、V₃為正交單位陣；對對角矩陣S₁₂和S₃進行截取，使得核函數矩陣的條件數滿足設定值C，即：

假設C為1000；和分別對應K₁₂和K₃最大的奇異值，即對角矩陣S₁₂和S₃的第一個對角線元素，表示K₁₂的第i個奇異值，表示K₃的第j個奇異值；

2.4用截取之后的奇異值分解的單位矩陣對回波串信號磁化矢量矩陣M進行壓縮，降低數據內存，壓縮后的磁化矢量為：

其中，為壓縮后的磁化矢量矩陣，為兩個核函數K₁₂和K₃經過SVD分解和奇異值截取后的殘余矩陣，U′₁₂、V′₁₂分別為K₁₂經過SVD分解和奇異值截取后的矩陣U₁₂、V₁的轉置，V′₃為K₃經過SVD分解和奇異值截取后的矩陣V₃的轉置；

2.5數據壓縮完成之后，采用Tikhonov正則化方法對數據矩陣進行反演，其中，正則化項為：

其中，α是正則化因子，與采集數據的信噪比相關，K為反演過程中的核矩陣的一般形式，||·||項代表矩陣的Frobenius范數；

2.6通過選取最優的正則化因子α，得到最終解f_r，求解公式如下：

其中，為壓縮截取后殘余矩陣的張量積矩陣，為的轉置矩陣，α_opt為最優正則化因子，I是單元矩陣，為壓縮后的磁化矢量矩陣的一維矩陣形式，