专利名称：核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法
技术领域：
本发明涉及一种核磁共振波谱仪，尤其是涉及一种核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法。
背景技术：
在核磁共振的测量中，必须具备高度均匀的磁场才能获得核磁共振的精细分裂谱图。核磁共振谱仪上往往配备 为数众多的匀场线圈。核磁共振谱仪上，匀场线圈的名称一般以Χ、γ、ζ的阶数来命名。Ζ1、Ζ2、Ζ3、Ζ4、Ζ5、Ζ6、Ζ7是Z方向匀场线圈的名称，从Z的I阶次到 7 阶。XI、Yl、ΧΖ、TL、XY、ΧΖ2、ΥΖ2、ZXY、Ζ3Χ、Ζ3Υ、Ζ2ΧΥ、Ζ4Χ、Ζ4Υ、12X2、ΖΧ2Υ2、Ζ2Χ2Υ2、Χ3、Υ3、ΖΧ3、ΖΥ3是一系列非Z方向的匀场线圈的名称。其中X或Y的阶数大于或等于2阶的匀场线圈称为Χ、Υ方向的高阶匀场线圈，包括Χ2Υ2、ΖΧ2Υ2、Ζ2Χ2Υ2、Χ3、Υ3、ΖΧ3、ΖΥ3这些匀场线圈。每个样品放入谱仪进行测试前，这些匀场线圈的电流都要经过精细地调节，以便得到高度均匀的磁场。若依靠人工方式调节，则需要花费大量的时间，效率很低。目前，核磁共振技术上最有效的自动匀场方式是梯度匀场，梯度匀场先是出现在磁共振成像仪上。1994年，美国霍普金斯大学的P. C. M Van Ziil首先把梯度匀场应用在核磁共振波谱仪上(P. Van Zi jl, S. Sukumar, Μ. O' Neil Johnson, P. Webb, R. Hurd, Optimized shimming forhigh-resolution NMR using three-dimensional image-based feld mapping, Journal ofmagnetic resonance. Series Alll, 1994, 203-207)。梯度勻场包括一维梯度勻场和三维梯度匀场。一维梯度匀场自动调节Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7等Z轴各阶匀场线圈的电流。三维梯度匀场除了自动调节一维梯度匀场中的Z轴各阶匀场线圈的电流外，还能调节X1、Y1、ΧΖ、ΥΖ、ΧΥ、Χ2Υ2、Χ3、Υ3、ΧΖ2、ΥΖ2、ΖΧΥ、ΖΧ2Υ2等匀场线圈的电流。梯度匀场是利用磁共振成像的脉冲序列，测量磁场不均匀的三维空间分布，计算匀场线圈的补偿电流，来得到较为均匀的磁场。由于普通核磁共振波谱仪不用于磁共振成像，因此多数没有配备X、Y方向脉冲梯度磁场设备。为了达到梯度匀场的目的，就要利用X、Y方向的一阶匀场线圈一XI、Yl匀场线圈来代替梯度线圈，产生Χ、γ方向的梯度磁场。在脉冲序列中控制匀场线圈，要经过一个通信过程，导致一个不精确的10 20ms的延时。因此，在普通核磁共振波谱仪上，即没有X、Y脉冲梯度设备的波谱仪上，匀场线圈产生的X、Y方向梯度不能实时变化，需要克服不精确的通信延时。这导致绝大部分的快速成像的脉冲序列都无法使用，也就限制了普通谱仪上的三维梯度匀场的速度。传统三维梯度匀场的观念追求较高的分辨率，相位编码数常常达到32 X 32，速度较慢。2004年,美国曼切斯特大学的V. V. Korostelev给出了一种改进的三维梯度勻场方法。该方法使用PFGSTE脉冲序列，把相位编码缩减到8 X 8、6 X 6、4 X 4。发现4 X 4相位编码的匀场效果和6 X 6、8 X 8的匀场效果相差不大，而4 X 4相位编码的速度比6 X 6、8 X 8快了很多。继续把相位编码减少到3X3时，匀场效果变很差。使用这个方法中最快的4X4相位编码，在没有X、Y脉冲梯度设备的核磁共振波谱仪上，对于重水、氘代二甲基亚砜样品，每次迭代一般要I. 5min。如果遇上氘代丙酮等样品Tl恢复时间较长，每次迭代就长达5分钟。由于匀场要多次迭代，再加上匀场前参数调节花费一些时间，匀场的速度依然不够快。核磁共振中，氣核的信号强度不足氢核的百分之一，然而梯度勻场往往氣核信号，少用氢核信号。因此，以往三维梯度匀场方法的推广应用容易受信噪比制约。特别是核磁实验中常用的氘代氯仿样品，其氘核浓度仅仅是重水的1/9，这使得原本信噪比较低的氘核的三维梯度匀场面临更严重的应用限制。本专利的大幅缩减相位编码数方法恰恰能够提高每个像素的信噪比，为三维梯度匀场在核磁共振谱仪上的广泛应用铺平道路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法。使得核磁共振波谱仪的三维梯度匀场达到更快的速度和具有更广泛的适用性。本发明包括以下步骤I)制作匀场线圈场图，具体步骤如下(I)当三维梯度匀场制作匀场线圈场图流程开始时，通过手工匀场，或者一维梯度匀场的方法配合手工匀场的方法，得到均匀磁场；(2)使用三维梯度匀场的脉冲序列，同时读入这些脉冲序列的默认参数；(3)调节参数依次调节射频脉冲的中心频率对准一维核磁共振波谱的主峰位置、调节射频脉冲产生的翻转角、调节接收机的增益，确保信号强度不溢出；借助一维梯度回波重复激发，调节脉冲激发的重复间隔时间(TR)或等待时间(dl)，使得一维梯度回波的信号幅度没有下降，也没有震荡信号；(4)选择相位编码数和匀场线圈在2X2至8X8相位编码数中，选择一种相位编码数，再根据相位编码数确定三维梯度匀场调节的匀场线圈，三维梯度匀场调节的匀场线圈的X或Y的阶数，必须低于X、Y方向相位编码数；(5)以当前的基础磁场进行两次成像采样，保存采样数据；依次改变选用的每个匀场线圈的电流，并分别进行两次成像采样，保存采样数据；(6)所有采样数据进行三维傅里叶变换，获得包含相位信息的一系列图像，图像X、Y中心校正，计算每个匀场线圈图像上有效区域内各点的两次成像相位差Δφ、(Γ>再扣除基础磁场的相位差Δφο(Γ)，然后进行相位解缠，除以时间差Ap(r)=A^)s(r)-A^%(r)，相位解缠 Δ识(r)
权利要求
1.核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于包括以下步骤 1)制作匀场线圈场图，具体步骤如下 (1)当三维梯度匀场制作匀场线圈场图流程开始时，通过手工匀场，或者一维梯度匀场的方法配合手工匀场的方法，得到均匀磁场； (2)使用三维梯度匀场的脉冲序列，同时读入这些脉冲序列的默认参数； (3)调节参数依次调节射频脉冲的中心频率对准一维核磁共振波谱的主峰位置、调节射频脉冲产生的翻转角、调节接收机的增益，确保信号强度不溢出；借助一维梯度回波重复激发，调节脉冲激发的重复间隔时间或等待时间，使得一维梯度回波的信号幅度没有下降，也没有震荡信号； (4)选择相位编码数和匀场线圈在2X 2至8 X 8相位编码数中，选择一种相位编码数，再根据相位编码数确定三维梯度匀场调节的匀场线圈，三维梯度匀场调节的匀场线圈的X或Y的阶数，必须低于X、Y方向相位编码数； (5)以当前的基础磁场进行两次成像采样，保存采样数据；依次改变选用的每个匀场线圈的电流，并分别进行两次成像采样，保存采样数据； (6)所有采样数据进行三维傅里叶变换，获得包含相位信息的一系列图像，图像X、Y中心校正，计算每个匀场线圈图像上有效区域内各点的两次成像相位差Δφ8(φ再扣除基础磁场的相位差Δφ(,(Γ)，然后进行相位解缠，除以时间差
2.如权利要求I所述的核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于在步骤I)第(2)部分中，所述脉冲序列选自三维梯度回波脉冲序列、倾斜三维梯度回波脉冲序列、脉冲梯度场激发回波脉冲序列中的一种。
3.如权利要求I所述的核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于在步骤I)第(2)部分中，所述默认参数选自脉冲激励时长、梯度的大小、相位编码时间、采样读取信号时间、信号增益中的至少一种。
4.如权利要求I所述的核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于在步骤I)第(4)部分中，所述相位编码数为3X3相位编码时，剔除X或Y的阶数在3以上的匀场线圈，即X3、Y3、ZX3、ZY3匀场线圈；所述相位编码数为2X2相位编码时，要剔除X或Y的阶数在2以上的匀场线圈，即X2Y2、ZX2Y2、Z2X2Y2、X3、Y3、ZX3、ZY3匀场线圈。
5.如权利要求I所述的核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于在步骤2)第(2)部分中，所述匀场线圈为Z方向最高阶的匀场线圈。
6.如权利要求I所述的核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于在步骤2)第(6)部分中，所述计算的过程中加入正则化修正。
7.如权利要求6所述的核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，其特征在于所述正则化修正采用Tikhonov正则化。
全文摘要
核磁共振波谱仪上缩减相位编码数快速三维梯度匀场方法，涉及一种核磁共振波谱仪。提出根据相位编码数选用匀场线圈的方法，扣除X、Y的高阶匀场线圈，以此为基础在计算中可加入适当的正则化修正的方法，相位编码数缩减到3×3、2×2时仍然能够达到良好的匀场效果。这种极少的2×2、3×3相位编码，广泛适用于核磁共振谱仪的各种三维梯度匀场的脉冲序列，例如三维梯度回波脉冲序列、倾斜三维梯度回波脉冲序列、脉冲梯度场激发回波脉冲序列。克服化学位移较远的多个谱峰在相位测量时的互相干扰。氢核选择性激发的三维梯度匀场，使得匀场方法摆脱对氘代试剂的依赖，再配合极少的相位编码数和小角度激发带来速度的提高，具有广泛的适用范围。
文档编号G01R33/38GK102768347SQ201210282508
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者刘光曹, 陈志伟, 陈忠 申请人:厦门大学