本发明涉及核磁共振技术，尤其涉及一种快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法与装置。
背景技术
孔隙介质广泛存在于生活以及工业界中，如石油勘探中所涉及的地层，文物保护中的壁画以及化学反应中的催化剂承载器，孔隙介质的内部信息对研究这些介质至关重要。
现有技术中采用核磁共振或多维拉普拉斯核磁谱获取介质样品内部的微观信息。但是，核磁共振的测量方法分辨率较低，导致根据核磁共振得到的图形无法准确的得到介质内部信息。而现有技术中获取多维拉普拉斯核磁谱获取的孔隙或孔内流体信息均是平均化的值，造成测量结果不准确的问题。
因此，准确获取孔隙介质内部的信息是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法与装置，以解决现有技术中确定样品内部结构信息不准确的的技术问题。
本发明的第一个方面是提供一种快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法，包括：向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列；
采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号；
根据所述回波信号采用投影重建方法确定所述样品的成像信息，并且根据所述回波信号采用反演算法确定所述样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
可选的，所述脉冲序列包括第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列；其中，第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列在时序上相连；
所述第一子脉冲序列包括：第一射频脉冲、z方向上的梯度磁场；
所述第二子脉冲序列包括：第二射频脉冲；
所述第三子脉冲序列包括：第三射频脉冲、x、y方向上的梯度磁场。
可选的，所述第一射频脉冲包括至少一组第一90度脉冲、第一180度脉冲、第二90度脉冲的序列组合；
所述z方向上的梯度磁场包括至少一组方向相反的第一z方向梯度磁场、第二z方向上的梯度磁场；
所述第一z方向梯度磁场位于所述第一90度脉冲、所述180度脉冲之间；所述第二z方向上的梯度磁场位于所述180度脉冲、所述第二90度脉冲之间。
可选的，所述第二射频脉冲包括第一数量的第二180度脉冲。
可选的，所述第三射频脉冲包括：第二数量的第三180度脉冲；
在每两个所述第三180度脉冲之间设置所述x、y方向上的梯度磁场；
相应的，所述采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号包括：
在每两个所述第三180度脉冲之间采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号。
可选的，所述根据所述回波信号采用投影重建方法确定所述样品的成像信息包括：
根据radon算法对所述回波信号进行处理，确定所述样品的初始成像信息；
将所述成像信息中对比度相同的区域进行叠加，确定所述样品的最终成像信息。
本发明的另一个方面是提供一种快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置，包括：
脉冲施加模块，用于向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列；
采集模块，采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号；
确定模块，用于根据所述回波信号采用投影重建方法确定所述样品的成像信息，并且根据所述回波信号采用反演算法确定所述样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
所述脉冲序列包括第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列；其中，第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列在时序上相连；
所述第一子脉冲序列包括：第一射频脉冲、z方向上的梯度磁场；
所述第二子脉冲序列包括：第二射频脉冲；
所述第三子脉冲序列包括：第三射频脉冲、x、y方向上的梯度磁场。
可选的，所述第三射频脉冲包括：第二数量的第三180度脉冲；
在每两个所述第三180度脉冲之间设置所述x、y方向上的梯度磁场；
相应的，所述采集模块具体用于在每两个所述第三180度脉冲之间采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号。
可选的，所述确定模块包括：
处理单元，用于根据radon算法对所述回波信号进行处理，确定所述样品的初始成像信息；
叠加单元，用于将所述成像信息中对比度相同的区域进行叠加，确定所述样品的最终成像信息。
本发明提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法与装置的技术效果是：
本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法与装置，包括向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列；采集样品对脉冲序列响应的回波信号；根据回波信号采用投影重建方法确定样品的成像信息，并且根据回波信号采用反演算法确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。本实施例提供的方法与装置，通过采用投影重建法根据样品对脉冲序列的回波信号进行成像，使得能够在成像的同时确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱，进而使用户能够根据确定的成像信息以及各个局部的多维拉普拉斯核磁谱确定样品的内部结构。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法的流程图；
图2为本发明另一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法的流程图；
图2a为本发明一示例性实施例示出的脉冲序列的示意图；
图3为本发明一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置的结构图；
图4为本发明另一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置的结构图。
具体实施方式
图1为本发明一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法的流程图。在实施本实施例提供的方法之前，先要向本实施例所述的样品施加磁场。例如，可以将样品放入核磁共振仪器的探头内，探头磁体产生磁场，此时探头内的页岩样品中的氢核的自旋取向由放入磁场之前的杂乱状态向有序状态过渡，产生能级跃迁，当氢核完全极化时，则形成与磁场方向相同的宏观磁化矢量。进一步的再执行本实施例中的方法。
如图1所示，本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法包括：
步骤101，向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列。
其中，预先编辑好脉冲序列，并通过执行本实施例提供的方法的装置向样品施加该脉冲序列，例如，可以采用核磁共振仪施加脉冲序列。
具体的，可以向样品施加多个上述脉冲序列，此时，多个脉冲序列在时序上是依次连接的。
进一步的，脉冲序列中包括射频脉冲以及梯度磁场，射频脉冲能够激发样品，再根据射频脉冲消失后，样品对该脉冲的响应信号确定多维拉普拉斯核磁谱。梯度磁场是位于磁体腔内的几组线圈通过电流而产生，附加在主磁场上，可以增加或减弱主磁场强度，使沿梯度方向的自旋质子具有不同的磁场强度，再根据样品对该梯度磁场的相应信号对样品进行成像。
实际应用时，先将样品置于外磁场中，再用射频脉冲激发样品内的质子，引起质子共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，质子按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，由样品外部的设备接收该质子释放的电信号。同时，在停止施加射频脉冲时，可以施加梯度磁场，并通过调整梯度磁场的强度及方向，得到样品的图像信息。
步骤102，采集样品对脉冲序列响应的回波信号。
其中，可以在脉冲序列的最后一个时间窗口采集样品的回波信号。
具体的，可以在向样品施加射频脉冲的间隙，向样品施加脉冲梯度磁场，并在该间隙内获取样品的回波信号。从而能够在获取样品的横向弛豫时间的同时，对样品进行成像。即本实施例提供的方法中，在施加射频脉冲的间隙内向样品施加梯度磁场，能够同时获得成像及弛豫两个方面的信息。
进一步的，在成像过程中可以采用投影成像法，从而大大缩短测量时间。
弛豫是指质子在射频脉冲的作用下发生共振且处在高能状态时，射频脉冲停止后，将迅速恢复到原来低能状态的现象。在射频脉冲的作用下，所有质子的相位都相同，它们都沿相同的方向排列，以相同的角速度(或角频率)绕外磁场进动。当射频脉冲停止后，同相位的质子彼此之间将逐渐出现相位差，即失相位。质子由同相位逐渐分散最终均匀分布，宏观表现为其横向磁化强度矢量从最大逐渐衰减为0的过程称为横向弛豫过程，这个过程所需要的时间即为横向弛豫时间。
步骤103，根据回波信号采用投影重建方法确定样品的成像信息，并且根据回波信号采用反演算法确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
实际应用时，在采集到回波信号后，可以根据该回波信号得到样品的成像信息以及多维拉普拉斯核磁谱。
具体的，可以通过投影重建法确定成像信息。投影重建法采用纯频率编码，故可以获得较短的回波间隔，从而能够在成像的同时，获取准确的弛豫信息。因此，本实施例提供的方法通过采用投影重建法，能够在对样品进行成像的同时，确定样品的多维拉普拉斯核磁谱。
通过调整梯度磁场对样品的作用，改变样品内部质子自旋的进动频率或相位，进而对样品的层面进行选择。
进一步的，可以根据拉普拉斯逆变换、radon逆变换、傅里叶逆变换得到多维拉普拉斯核磁谱。由于施加的脉冲序列中包括梯度磁场，能够进行空间定位，且回波信号中包括样品各个位置的信息，因此能够得到样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
本实施例提供的方法用于获取样品的图像信息以及多维拉普拉斯核磁谱，由能够施加脉冲序列的设备以及接收、处理回波信号的设备执行，其中，这两个设备可以集成为一个装置，也可以独立设置，该装置通常以硬件和/或软件的方式来实现。
本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法，包括向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列；采集样品对脉冲序列响应的回波信号；根据回波信号采用投影重建方法确定样品的成像信息，并且根据回波信号采用反演算法确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。本实施例提供的方法，通过采用投影重建法根据样品对脉冲序列的回波信号进行成像，使得能够在成像的同时确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱，进而使用户能够根据确定的成像信息以及各个局部的多维拉普拉斯核磁谱确定样品的内部结构。
图2为本发明另一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法的流程图。
如图2所示，本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振方法，包括：
步骤201，向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列。
其中，步骤201与步骤101的具体原理和实现方式类似，此处不再赘述。
图2a为本发明一示例性实施例示出的脉冲序列的示意图。
如图2a所示，脉冲序列在时序上可以分为第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列，第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列在时序上依次相连。其中，图2a中第1时间窗口所示的脉冲序列为第一子脉冲序列，第2时间窗口所示的脉冲序列为第二子脉冲序列，第3时间窗口所示的脉冲序列为第三子脉冲序列。
第一子脉冲序列包括：第一射频脉冲211、z方向上的梯度磁场212。
第一射频脉冲211包括至少一组第一90度脉冲、第一180度脉冲、第二90度脉冲的序列组合，可以设置多个该序列组合作为第一射频脉冲序列。
z方向上的梯度磁场212包括至少一组方向相反的第一z方向梯度磁场、第二z方向上的梯度磁场，具体组数与第一射频脉冲211中包括的序列组合数量相同。其中，在第一子脉冲序列中，向样品施加z方向上的梯度磁场，且该梯度磁场为第一z方向梯度磁场与第二z方向上的梯度磁场交替设置，即垂直于xoy平面向上(向下)与垂直于xoy平面向下(向上)交替设置的梯度磁场。
具体的，第一z方向梯度磁场位于第一90度脉冲、180度脉冲之间；第二z方向上的梯度磁场位于180度脉冲、第二90度脉冲之间。
实际应用时，在每个序列组合中，都包括第一90度脉冲、第一180度脉冲、第二90度脉冲，因此第一90度脉冲与第一180度脉冲、第一180度脉冲与第二90度脉冲之间存在间隙，可以将第一z方向梯度磁场设置在第一个间隙中，第二z方向梯度磁场设置在第二个间隙中。此时，第一子脉冲序列为至少一个第一90度脉冲、第一z方向梯度磁场、第一180度脉冲、第二z方向梯度磁场、第二90度脉冲的序列组合。
进一步的，可以通过调整梯度磁场的强度测量样品的扩散信息。δ为样品扩散时间，te1为第一子脉冲序列的回波间隔时间，δ/2为z方向上的梯度磁场212施加时间。
其中，第二子脉冲序列包括：第二射频脉冲221。
具体的，第二射频脉冲包括第一数量的第二180度脉冲，可以表示为m个第二180度脉冲。t0为施加第二子脉冲序列所持续的时间，te2为连续两个第二180度脉冲之间的时间间隔。可以使t0保持不变，通过改变m和te2的方式，测量样品内部梯度磁场。
进一步的，第三子脉冲序列包括：第三射频脉冲231、x方向上的梯度磁场232、y方向上的梯度磁场233。
第三射频脉冲231包括：第二数量的第三180度脉冲，可以表示为n个第三180度脉冲。
在每两个第三180度脉冲之间设置x方向上的梯度磁场232、y方向上的梯度磁场233。
实际应用时，第三射频脉冲231中包括多个第三180度脉冲，在每两个第三180度脉冲之间存在间隙，可以在这个间隙内同时向样品施加x、y方向上的梯度磁场。
可以通过向样品施加第三射频脉冲231，测量样品的横向弛豫。还可以同时改变施加在样品上的x、y方向的梯度磁场强度，并接收样品对该磁场的响应信息，从而根据该响应信息对样品进行成像。
步骤202，在第三180度脉冲之间采集样品对脉冲序列响应的回波信号。
其中，由于在第三180度脉冲之间施加x、y方向的梯度磁场，因此，还可以在施加梯度磁场的同时采集样品的回波信号，从而根据该回波信号确定样品的成像信息。
具体的，还可以在第二180度脉冲与第三180度脉冲之间也采集样品对脉冲序列响应的回波信号。如图2a中的波形图24，即为采集到的三个回波信号。
步骤203，根据radon算法对回波信号进行处理，确定样品的初始成像信息。
在成像时，具体可以采用radon算法对图像进行投影重建，得到初始图像信息。同时，由于该算法在k空间中采样不均匀，重建时还可以加入hamming滤波函数。k空间是寻常空间在傅利叶转换下的对偶空间，主要应用在磁振造影的成像分析。
步骤204，将成像信息中对比度相同的区域进行叠加，确定样品的最终成像信息。
为了使得到的成像信息更准确，还可以将成像信息中对比度相同的区域进行叠加，以获得高信噪比的数据，从而得到更准确的最终成像信息。
步骤205，根据回波信号采用反演算法确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
进一步的，可以根据拉普拉斯逆变换、radon逆变换、傅里叶逆变换得到多维拉普拉斯核磁谱。由于施加的脉冲序列中包括梯度磁场，能够进行空间定位，且回波信号中包括样品各个位置的信息，因此能够得到样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
实际应用时，多维拉普拉斯核磁谱包括以下至少一种：
弛豫-弛豫关联谱、弛豫-弛豫交换谱、弛豫-扩散关联谱、弛豫-内部梯度场关联谱以及弛豫-扩散-弛豫关联谱。
在确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱后，用户可以结合成像信息确定样品各个局部的孔隙结构、流体流通、组成组分等信息，从而更加准确的了解样品的内部信息。
图3为本发明一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置的结构图。
如图3所示，本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置，包括：
脉冲施加模块31，用于向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列；
采集模块32，采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号；
确定模块33，用于根据所述回波信号采用投影重建方法确定所述样品的成像信息，并且根据所述回波信号采用反演算法确定所述样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。
本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置，包括向样品施加包括射频脉冲、脉冲梯度磁场的至少一个脉冲序列；采集样品对脉冲序列响应的回波信号；根据回波信号采用投影重建方法确定样品的成像信息，并且根据回波信号采用反演算法确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱。本实施例提供的装置，通过采用投影重建法根据样品对脉冲序列的回波信号进行成像，使得能够在成像的同时确定样品各个局部的多维拉普拉斯核磁谱，进而使用户能够根据确定的成像信息以及各个局部的多维拉普拉斯核磁谱确定样品的内部结构。
本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置的具体原理和实现方式均与图1所示的实施例类似，此处不再赘述。
图4为本发明另一示例性实施例示出的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置的结构图。
如图4所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置，所述脉冲序列包括第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列；其中，第一子脉冲序列、第二子脉冲序列、第三子脉冲序列在时序上相连；
所述第一子脉冲序列包括：第一射频脉冲、z方向上的梯度磁场；
所述第二子脉冲序列包括：第二射频脉冲；
所述第三子脉冲序列包括：第三射频脉冲、x、y方向上的梯度磁场。
可选的，所述第一射频脉冲包括至少一组第一90度脉冲、第一180度脉冲、第二90度脉冲的序列组合；
所述z方向上的梯度磁场包括至少一组方向相反的第一z方向梯度磁场、第二z方向上的梯度磁场；
所述第一z方向梯度磁场位于所述第一90度脉冲、所述180度脉冲之间；所述第二z方向上的梯度磁场位于所述180度脉冲、所述第二90度脉冲之间。
可选的，所述第二射频脉冲包括第一数量的第二180度脉冲。
可选的，所述第三射频脉冲包括：第二数量的第三180度脉冲；
在每两个所述第三180度脉冲之间设置所述x、y方向上的梯度磁场；
相应的，所述采集模块32具体用于在每两个所述第三180度脉冲之间采集所述样品对所述脉冲序列响应的回波信号。
可选的，所述确定模块33包括：
处理单元331，用于根据radon算法对所述回波信号进行处理，确定所述样品的初始成像信息；
叠加单元332，用于将所述成像信息中对比度相同的区域进行叠加，确定所述样品的最终成像信息。
本实施例提供的快速定域多维拉普拉斯核磁共振装置的具体原理和实现方式均与图2所示的实施例类似，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。