专利名称：用于核磁共振磁路的温度伺服系统及共振频率搜索方法
技术领域：
本发明涉及一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统及共振频率搜索方法，具体涉及一种搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率，从而达到提高核磁共振检测效果的一种伺服系统。
背景技术：
目前，稀土永磁材料广泛应用于核磁共振检测系统的磁路。由于稀土永磁材料的性能具有较高的温度系数，因此永磁型核磁共振系统一般包括一个恒温控制系统，并且在磁路的周围包裹一层保温材料，控制磁路的温度环境处于设置的固定值，从而达到控制磁路性能的目的。但是恒温系统大大增加了永磁型核磁共振检测系统的体积，特别是应用于便携式核磁共振检测系统时，将带来极大的不便。
发明内容
技术问题本发明的目的提供一种用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，它可以提高核磁共振检测系统的效果。技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统，该系统用于核磁共振芯片，其包括芯片磁体，与该芯片磁体相匹配的核磁共振探头，该系统包括温度测量系统，用于测量芯片磁体或者外界环境的温度；核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率f，调节核磁共振探头振荡电路的频率和控制射频脉冲序列发射频率等于最优核磁共振频率f ；核磁共振控制系统，用于发射频率为f的射频脉冲序列给核磁共振探头从而激发样本检测区域的被检测样本处于核磁共振状态，核磁共振探头接收样本检测区域被检测样本的核磁共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共振检测信号进行处理，并计算当前核磁共振频率f的核磁共振信号的强度。优选的，所述温度测量系统测量的温度信号通过有线或者无线的方式传输给核磁共振频率调节系统，核磁共振频率调节系统根据此温度信号搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率。优选的，温度测量系统为与芯片磁体或者核磁共振探头相连接的温度应变片，或为与芯片磁体或者核磁共振探头相连接的温度传感器或者其它温度测量装置。优选的，核磁共振频率调节系统根据输入的温度信号，基于核磁共振磁体磁场强度与温度之间的关系模型，确定输入温度条件下的磁场强度初值Btl及对应的核磁共振频率初值&，利用核磁共振频率调节系统在&邻域内进行搜索，确定输入温度条件下的最优核磁共振频率。
优选的，调节核磁共振探头振荡电路频率可以通过自动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现，也可以通过手动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现。本发明还提供一种共振频率搜索方法，该方法包括如下步骤步骤1 调节核磁共振探头振荡电路频率为&，并给核磁共振探头输入频率为&脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度S0 ；步骤2 前向初始搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为/。+=/。+ΔΧ，并给核磁共振探头输入频率为/。+=/。+△/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度4= +- ；/。+是前向初始搜索后当前振荡电路频率；Δ f0是频率搜索步长是核磁共振信号初始强度内+是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之差；步骤3 逆向初始搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为/。—=/。-ΔΛ，并给核磁共振射频探头输入频率为/。—=/。-Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度4 As·。— = ^0- ；/。—是逆向初始搜索后当前振荡电路频率；Δ f0是频率搜索步长；^是核磁共振信号初始强度是逆向初始搜索后核磁共振信号当前强度；&。—是逆向初始搜索后当前核磁共振信号强度与初始强度之差；步骤4 如果< 0且As0- < 0，则核磁共振频率为f = L并停止搜索；如果A^ > 0， 则i = 1，执行步骤5;否则，i = 1，执行步骤6 ;i为自然数；步骤5 前向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为_/；+ =A +Af，并给核磁共振射频探头输入频率为_/；+ =_/；—+, +Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度<，&「= < ，如果< 0，搜索停止，核磁共振频率/ = ，否则i = i+Ι，继续执行步骤5 ;_/；+是前向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；/—+,是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ f是频率迭代步长；是前向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差是前向搜索频率迭代后核磁共振信号强度^二是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；步骤6 逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为_/；— -Af，并给核磁共振射频探头输入频率为/—=_/；——, -Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度=(-C1，如果⑶，搜索停止，核磁共振频率/ = _/；—，否则i = i+Ι，继续执行步骤6 ;_/；—是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；/——,是逆向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ f是是频率迭代步长；是逆向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；(是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度；C1 是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。有益效果本发明的用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，根据当前温度条件，搜索当前温度环境下的最优核磁共振频率f，并调节核磁共振射频探头振荡电路频率为 f，调节核磁共振控制系统发射的射频脉冲发射频率为f，修正了环境温度变化对永磁型磁体性能的影响，从而提高了核磁共振检测系统的效果。该系统适用于传统的永磁型核磁共振检测系统，特别适用于便携式永磁型核磁共振检测系统及核磁共振检测芯片。
图1为本发明一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统及频率搜索方法结构图；图2为本发明核磁共振频率调节系统搜索当前温度条件下最优核磁共振频率的流程图；核磁共振显微检测芯片101，芯片磁体201，核磁共振探头202，核磁共振检测区域 203。
具体实施例方式下面将参照附图对本发明进行说明。本发明提供的用于核磁共振磁路的温度伺服系统，该系统用于核磁共振芯片101， 其包括芯片磁体201，与该芯片磁体201相匹配的核磁共振探头202，该系统包括温度测量系统，用于测量芯片磁体201或者外界环境的温度；核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率f，调节核磁共振探头202振荡电路的频率和控制射频脉冲序列发射频率等于最优核磁共振频率f ；核磁共振控制系统，用于发射频率为f的射频脉冲序列给核磁共振探头202从而激发样本检测区域203的被检测样本处于核磁共振状态，核磁共振探头202接收样本检测区域203被检测样本的核磁共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共振检测信号进行处理，并计算当前核磁共振频率f的核磁共振信号的强度。所述温度测量系统测量的温度信号通过有线或者无线的方式传输给核磁共振频率调节系统，核磁共振频率调节系统根据此温度信号搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率。温度测量系统为与芯片磁体201或者核磁共振探头202相连接的温度应变片，或为与芯片磁体201或者核磁共振探头202相连接的温度传感器或者其它温度测量装置。核磁共振频率调节系统根据输入的温度信号，基于核磁共振磁体磁场强度与温度之间的关系模型，确定输入温度条件下的磁场强度初值~及对应的核磁共振频率初值fo， 利用核磁共振频率调节系统在fo邻域内进行搜索，确定输入温度条件下的最优核磁共振频率。调节核磁共振探头202振荡电路频率可以通过自动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现，也可以通过手动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现。本发明提供的共振频率搜索方法，该方法包括如下步骤步骤1 调节核磁共振探头202振荡电路频率为f^，并给核磁共振探头202输入频率为&脉冲序列，利用核磁共振探头202检测样本检测区域203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度步骤2 前向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为/。+ = /ο+Δ/0，并给核磁共振探头202输入频率为=Λ+Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度< As0+ = s:-s0 ；/。+是前向初始搜索后当前振荡电路频率；是频率搜索步长是核磁共振信号初始强度；4是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度；As0+是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之差；步骤3 逆向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为/。—=/。-Δ/。，并给核磁共振射频探头输入频率为/。—=/。-Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度4,As0- = s0--s0 ；/。—是逆向初始搜索后当前振荡电路频率；是频率搜索步长；^是核磁共振信号初始强度是逆向初始搜索后核磁共振信号当前强度；&。—是逆向初始搜索后当前核磁共振信号强度与初始强度之差；步骤4:如果且A^-<0，则核磁共振频率为f = &并停止搜索；如果 Δ^>0，贝IJi = 1，执行步骤5;否则，i = 1，执行步骤6 ;i为自然数；步骤5 前向搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为_/；+ = fU +Af，并给核磁共振射频探头输入频率为_/；+ =_/；—+, +Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度< A^ = < - A，如果< 0，搜索停止，核磁共振频率/ = _/；—，否则i = i+Ι，继续执行步骤5 ；_/；+是前向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ ·是频率迭代步长；是前向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差是前向搜索频率迭代后核磁共振信号强度；‘ 是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；步骤6 逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为_/；— =_/；:, -Δ/，并给核磁共振射频探头输入频率为/—=_/；——, -Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度=(-C1，如果<0，搜索停止，核磁共振频率/ = _/；—，否则i = i+Ι，继续执行步骤6 ；_/；—是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；/——,是逆向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ f是是频率迭代步长；是逆向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；(是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度； ^是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。如图1所示，本发明的核磁共振检测的频率伺服系统用于核磁共振显微检测芯片 101的示例，包括一个温度测量系统和一个核磁共振频率调节系统，温度测量系统可以为与芯片磁体201或者核磁共振探头202相连接的温度应变片或温度传感器，也可以为其它温度测量装置，核磁共振频率调节系统根据当前温度条件，基于温度与磁体性能之间的关系模型，确定当前温度条件下的核磁共振频率‘并通过自动控制或者手动调节核磁共振探头202振荡电路的频率等于&。核磁共振控制系统发射频率为&的射频脉冲序列给探头 202激发样本检测区域203被检测样本处于核磁共振状态，探头202接收样本检测区域203 被检测样本的核磁共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共振检测信号进行处理，并计算当前核磁共振频率fo的核磁共振信号的强度。如图2所示，基于温度与磁体性能之间的关系模型，确定当前温度条件下的核磁共振频率fo为一初始值，需要在其邻域范围内搜索当前温度条件下的最优核磁共振搜索流程如下步骤1 调节核磁共振探头202振荡电路频率为f^，并给核磁共振探头202输入频率为&脉冲序列，利用核磁共振探头202检测样本检测区域203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度步骤2 前向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为/。+ = /ο+Δ/0，并给核磁共振探头202输入频率为= Λ+Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度< As0+ = s:-s0 ；Λ+是前向初始搜索后当前振荡电路频率；Δ f0是频率搜索步长；^是核磁共振信号初始强度；是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之差；4是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度；步骤3 逆向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为/。—=/。- Δ/。，并给核磁共振射频探头输入频率为/。—=/。-Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度4,As0- = s0--s0 ；/。—是逆向初始搜索后当前振荡电路频率；Δ f0是频率搜索步长A—是是逆向初始搜索后核磁共振信号当前强度； As0—是逆向初始搜索后后当前核磁共振信号强度与初始强度之差；^是核磁共振信号初始强度；步骤4 如果< 0且As0- < 0，则核磁共振频率为f = &并停止搜索；如果As0+ > 0， 则i = 1，执行步骤(5):否则，i = 1，执行步骤6 ;i为自然数；步骤5 前向搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为_/；+ = /,I1 +Af，并给核磁共振射频探头输入频率为_/；+ =_/；—+, +Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度<，Δ^+ = < ，如果< 0，搜索停止，核磁共振频率/ = _/；—+,，否则i = i+Ι，继续执行步骤(5) ；_/；+是前向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；/—+,是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ f是频率迭代步长；是前向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差是前向搜索频率迭代后核磁共振信号强度；
是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；步骤6 逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为/—=_/；——j-Δ/，并给核磁共振射频探头输入频率为/—=_/；——, -Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域(203) 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度(M = ^r-C1，如果< 0，搜索停止，核磁共振频率/ = ，否则i = i+Ι，继续执行步骤6 ；_/；—是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；/——,是逆向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ f是是频率迭代步长；是逆向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；(是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度； ^是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求
1.一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统，该系统用于核磁共振芯片(101)，其包括芯片磁体001)，与该芯片磁体(201)相匹配的核磁共振探头002)，其特征在于该系统包括温度测量系统，用于测量芯片磁体O01)或者外界环境的温度；核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率f，调节核磁共振探头(20 振荡电路的频率和控制射频脉冲序列发射频率等于最优核磁共振频率f;核磁共振控制系统，用于发射频率为f的射频脉冲序列给核磁共振探头(20 从而激发样本检测区域O03)的被检测样本处于核磁共振状态，核磁共振探头(20 接收样本检测区域(20 被检测样本的核磁共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共振检测信号进行处理，并计算当前核磁共振频率f的核磁共振信号的强度。
2.根据权利要求1所述的用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，其特征在于所述温度测量系统测量的温度信号通过有线或者无线的方式传输给核磁共振频率调节系统， 核磁共振频率调节系统根据此温度信号搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率。
3.根据权利要求1所述的用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，其特征在于温度测量系统为与芯片磁体O01)或者核磁共振探头(202)相连接的温度应变片，或为与芯片磁体(201)或者核磁共振探头(20 相连接的温度传感器或者其它温度测量装置。
4.根据权利要求1所述的用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，其特征在于核磁共振频率调节系统根据输入的温度信号，基于核磁共振磁体磁场强度与温度之间的关系模型，确定输入温度条件下的磁场强度初值Btl及对应的核磁共振频率初值&，利用核磁共振频率调节系统在&邻域内进行搜索，确定输入温度条件下的最优核磁共振频率。
5.根据权利要求1所述的用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，其特征在于调节核磁共振探头(20 振荡电路频率通过自动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现或者通过手动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现。
6.一种如权利要求1所述的用于核磁共振磁路的共振频率搜索方法，其特征在于该方法包括如下步骤步骤1 调节核磁共振探头(20 振荡电路频率为fQ，并给核磁共振探头(20 输入频率为fQ脉冲序列，利用核磁共振探头(20 检测样本检测区域(20 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度^；步骤2 前向初始搜索，调节核磁共振探头(202)振荡电路频率为/。+=/。+ΔΧ，并给核磁共振探头(20 输入频率为Λ+=Λ+Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 (203)被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度< As0+ = +- ；Λ+是前向初始搜索后当前振荡电路频率；Δ f0是频率搜索步长是核磁共振信号初始强度；<是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度；As0+是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之差；步骤3:逆向初始搜索，调节核磁共振探头(202)振荡电路频率为/。—=/。_Δ/。，并给核磁共振射频探头输入频率为/。—=/。-Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 (203)被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度<,As·。—是逆向初始搜索后当前振荡电路频率；Δ f0是频率搜索步长；^是核磁共振信号初始强度是逆向初始搜索后核磁共振信号当前强度；&。—是逆向初始搜索后当前核磁共振信号强度与初始强度之差；步骤4 如果< 0且A^ < 0，则核磁共振频率为f = f0并停止搜索；如果As0+ > 0，则 i = 1，执行步骤5 ；否则，i = 1，执行步骤6 ;i为自然数；步骤5:前向搜索，调节核磁共振探头(20 振荡电路频率为/+=_/；—^+Δ/，并给核磁共振射频探头输入频率为_/；+ =_/；—+, +Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域(203) 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度OX，如果<< O，搜索停止，核磁共振频率/ = _/；—，否则i = i+Ι，继续执行步骤5 ；_/；+是前向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ ·是频率迭代步长；是前向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差是前向搜索频率迭代后核磁共振信号强度；‘ 是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；步骤6 逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为/—=_/；—；-Δ/，并给核磁共振射频探头输入频率为,-Δ/脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域(203)被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度(M =，如果< O，搜索停止，核磁共振频率/ = _/；—，否则i = i+Ι，继续执行步骤6 ；_/；—是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；/——,是逆向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δ f是是频率迭代步长；是逆向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；(是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度；C1 是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。
全文摘要
本发明涉及一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统及共振频率搜索方法，该系统用于核磁共振芯片(101)，其包括芯片磁体(201)，与该芯片磁体(201)相匹配的核磁共振探头(202)，其特征在于该系统包括温度测量系统，用于测量芯片磁体(201)或者外界环境的温度；核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率f，调节核磁共振探头(202)振荡电路的频率和控制射频脉冲序列发射频率等于最优核磁共振频率f；核磁共振控制系统，用于发射频率为f的射频脉冲序列给核磁共振探头(202)从而激发样本检测区域(203)的被检测样本处于核磁共振状态。该发明可以提高核磁共振检测系统的效果。
文档编号G01R33/31GK102435967SQ20111036454
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者倪中华, 易红, 陆荣生 申请人:东南大学