一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法技术

本发明专利技术提出了一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法，所述方法包括数据采集步骤，数据提取步骤和数据反演步骤。该方法首次将同一弛豫类型的不同本征模态关联在二维技术中，实现了孔隙介质中核磁共振信号的单一弛豫低模态与高模态的耦合关系，该方法适用于不同场强下的核磁共振检测仪器，因此该方法在孔隙介质不同本征模态探测中具有广泛应用性。

【技术实现步骤摘要】
一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法
本专利技术涉及核磁共振领域，特别涉及一套核磁共振弛豫高低本征模态耦合新方法的原理和实际实现过程。技术背景目前各种物理方法上的多维实验，如光学，中子散射，超声波及核磁共振等领域，通过在不同维度上将对应的物理量进行耦合关联，可以得到对检测样品更为详细的信息。核磁共振技术本身与分子位移密切相关。因而对于孔隙介质来说，通过分析不同时域阶段核磁共振多维信号，可以得到孔隙介质的孔隙结构等重要信息。尽管如此，多维技术通常会遇到特殊的技术问题而导致得到的图谱的幅度为负数。这样的技术问题主要是由于不同时域间非正交特征解造成的。核磁共振技术已经演化为一种重要的研究分子动力学手段。核磁共振技术与分子热运动扩散本身关系密切，因此当用这样的一种技术来研究孔隙介质中饱含流体分子的扩散特性，进而反推出孔隙介质的孔隙特性成为一种趋势。另外，在求解过程中也可以采用特殊的边界条件来描述流体分子与固体孔隙骨架间的相互碰撞关系。尽管如此，如果多维核磁共振技术中不同时域阶段对应的本征函数为非正交函数时，整体核磁共振响应会变得极为复杂，有可能在最终的响应图谱中造成负值。
技术实现思路
为了解决这一问题，在本专利技术中提出一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合新方法。所述方法包括，数据采集步骤，数据提取步骤和数据反演步骤。优选的所述数据采集步骤，具体包括，步骤1.1、在TRS通道中向被测样品施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转90°；所述被测样品内的孔隙空间内饱含流体分子；步骤1.2、等待时间te后，在TRS通道中向被测样品施加第二个90°射频脉冲，将恢复一定量的所述磁化强度矢量M0再次扳转90°；步骤1.3、等待时间tdiff，所述流体分子在所述孔隙空间内发生热力学扩散和/或在所述孔隙空间表面发生碰撞；步骤1.4、之后在TRS通道中向所述被测样品施加第三个90°射频脉冲，将所述流体分子扩散后演化的所述磁化强度矢量M0再次扳转90°至横向磁化矢量平面上；步骤1.5、继续等待时间te后，在TRS通道中系统向所述被测样品施加第四个90°射频脉冲，将恢复一定量的所述磁化强度矢量M0再次扳转90°至纵向磁化矢量方向上；步骤1.6、随后在TRS通道施加小角度α射频脉冲，开始操作扳转纵向方向上的磁化强度矢量M0，在ACQ通道采集自由衰减信号；步骤1.7、在GRD通道上施加一个梯度脉冲，所述梯度脉冲用于加速消除残留于横向磁化矢量平面上的磁化强度矢量；从所述步骤1.6中在TRS通道施加小角度α射频脉冲始至在GRD通道上施加梯度脉冲止，整个时序片段持续时间为ta；步骤1.8、重复所述时序片段N次，共采集得到N个自由衰减信号；步骤1.9、按照对数布点规律，系统性延长步骤1.3中的等待时间tdiffL次并重复所述步骤1.8，共采集得到L*N个自由衰减信号，得到自由衰减串信号E(tdiff,Nta)。优选的，所述数据提取步骤，具体包括，步骤2.1、绘制所述自由衰减串信号E(tdiff,Nta)的首行一维数据和首列一维数据；步骤2.2、在对数坐标轴下，将所述首行一维数据和所述首列一维数据的收敛值进行做差运算，得到比例因子I0,0；步骤2.3、将所述首行一维数据进行拉普拉斯逆变换得到特征值分布函数，通过上述分布函数对首列一维数据进行重构得到新的向量，利用所述比例因子I0,0，将所述新的向量乘以所述比例因子I0,0后与所述首列一维数据进行做差，得到新的首列一维数据；步骤2.4、重复上述步骤2.3，将每行一维数据经处理后乘以比例因子I0,0与每列一维数据进行做差，得到的各列一维数据组合构成新的矩阵，所述新的矩阵即为最低本征模态与一阶高模态的耦合信号M(tdiff,Nta)。优选的，所述数据反演步骤，具体包括，步骤3.1、将所述耦合信号M(tdiff,Nta)重新表达为：M＝K1FK2其中，K1,K2为核函数，具体为：其中，和为最低T1本征模态和一阶T1高本征模态下特征函数对应的特征值；步骤3.2、对得到的所述核函数K1,K2进行SVD分解及奇异值截取，对核函数矩阵进行奇异值分解可得：K1＝U1·S1·V′1K2＝U2·S2·V′2其中，S1和S2对角线元素值从大到小排列，且为对角矩阵，大小分别为s1×s1和s2×s2；其中s1为K1非零奇异值个数，s2为K2非零奇异值个数；U1，V1和U2，V2为正交单位矩阵，V′1为V1的转置矩阵，V′2为V2的转置矩阵；对对角矩阵S1和S2进行截取，使得核函数矩阵K1,K2的条件数满足设定值C，即：假设C为1000，σ1max和σ2max分别对应K1和K2的最大奇异值，即对角矩阵S1和S2的第一个对角线元素，σ1(i)表示K1的第i个奇异值，σ2(j)表示K2的第j个奇异值；步骤3.3、用截取之后的奇异值分解的正交单位矩阵U1，V1和U2，V2对所述耦合信号M(tdiff,Nta)进行压缩，降低数据内存；由于采用的是单位矩阵，因此压缩之后的数据与原始数据比对，没有丢失信息；压缩后的耦合信号为步骤3.4、数据压缩完成之后，采用Tikhonov正则化方法对数据矩阵进行反演，引入正则化项来求解，所述正则化项为：其中，p是正则化因子，与采集数据的信噪比相关，||·||项代表矩阵的Frobenius范数；步骤3.5、获取Tikhonov正则化方法对应的最优正则化因子，包括：通过非负约束步骤可以得到正则化因子p下的非负约束解f，所述非负约束解f通过以下公式得到其与测量结果M的残差分布：χ(p)＝‖M-Kf(p)‖2最优的平滑因子p的选取标准公式为:不断更新迭代正则化因子p，直至满足上述选取标准公式，此时的正则化因子p即为最优正则化因子popt；步骤3.6、通过得到的最优正则化因子popt，得到最终解fr，求解公式如下所示：其中，表示压缩截取后残余矩阵的张量积矩阵。该方法首次将同一弛豫类型的不同本征模态关联在二维技术中。由于同一弛豫类型的不同本征函数在天然上为正交关系，因此可避免在二维数据采集及数据处理中负图谱幅度的出现，为后期在孔隙介质应用中获取孔隙特性信息提供更为准确的途径。通过在求解过程中引入正则化项，对反演过程进行稳定处理。并通过对核函数分别压缩后进行张量积，对得到的新的核函数进行奇异值分解，截取满足设定条件数的奇异值，同时采用截取后的正交单位矩阵对多维数据进行压缩，加快反演速度。附图说明图1为本专利技术核磁共振方法的数据采集脉冲序列图；图2为本专利技术核磁共振方法的数据提取处理流程图；图3为本专利技术核磁共振方法的数据反演算法处理流程图；其中，TRS代表核磁共振系统的脉冲发射通道，GRD代表梯度脉冲发射通道，ACQ代表核磁共振系统的信号接受通道。具体实施方式结合说明书附图说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术涉及的一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合新方法均以核磁共振理论为基础。因此，下面首先对核磁共振的基本原理进行介绍。静磁场B0。静磁场由磁体提供，决定核磁共振信号的信噪比。被测样品置于静磁场中，自旋系统内发生能级分裂，沿着静磁场方向会产生一个宏观磁化矢量M0。M0由静磁场强度B0，温度等参数决定。射频磁场B1与射频脉冲。射频脉冲为电磁信号，通常由线圈产生。射频脉冲产生的磁场为射频磁场。射频磁场的方向与静磁场方向垂直，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法，其特征在于，所述方法包括，数据采集步骤，数据提取步骤和数据反演步骤。

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法，其特征在于，所述方法包括，数据采集步骤，数据提取步骤和数据反演步骤。2.根据权利要求1所述的一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法，其特征在于，所述数据采集步骤，具体包括，步骤1.1、在TRS通道中向被测样品施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转90°；所述被测样品内的孔隙空间内饱含流体分子；步骤1.2、等待时间te后，在TRS通道中向被测样品施加第二个90°射频脉冲，将恢复一定量的所述磁化强度矢量M0再次扳转90°；步骤1.3、等待时间tdiff，所述流体分子在所述孔隙空间内发生热力学扩散和/或在所述孔隙空间表面发生碰撞；步骤1.4、之后在TRS通道中向所述被测样品施加第三个90°射频脉冲，将所述流体分子扩散后演化的所述磁化强度矢量M0再次扳转90°至横向磁化矢量平面上；步骤1.5、继续等待时间te后，在TRS通道中系统向所述被测样品施加第四个90°射频脉冲，将恢复一定量的所述磁化强度矢量M0再次扳转90°至纵向磁化矢量方向上；步骤1.6、随后在TRS通道施加小角度α射频脉冲，将被测样品纵向方向上的磁化强度矢量M0扳转α度，随后在ACQ通道采集自由衰减信号；步骤1.7、在GRD通道上施加一个梯度脉冲，所述梯度脉冲用于加速消除残留于横向磁化矢量平面上的磁化强度矢量；从所述步骤1.6中在TRS通道施加小角度α射频脉冲始至在GRD通道上施加梯度脉冲止，整个时序片段持续时间为ta；步骤1.8、重复所述时序片段N次，共采集得到N个自由衰减信号；步骤1.9、按照对数布点规律，系统性延长步骤1.3中的等待时间tdiffL次并重复所述步骤1.8，共采集得到L*N个自由衰减信号，得到自由衰减串信号E(tdiff,Nta)。3.根据权利要求2所述的一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法，其特征在于，所述数据提取步骤，具体包括，步骤2.1、绘制所述自由衰减串信号E(tdiff,Nta)的首行一维数据和首列一维数据；步骤2.2、在对数坐标轴下，将所述首行一维数据和所述首列一维数据的收敛值进行做差运算，得到比例因子I0,0；步骤2.3、将所述首行一维数据进行拉普拉斯逆变换得到特征值分布函数，通过上述分布函数对首列一维数据进行重构得到新的向量，利用所述比例因子I0,0，将所述新的向量乘以所述比例因子I0,0后与所述首列一维数据进行做差，得到新的首列一维数据；步骤2.4、重复上述步骤2.3，将每行一维数据经处理后乘以比例因子I0,0与每列一维数据进行做差，得到的各列一维数据组合构成新的矩阵，所述新的矩阵即为最低本征模态与一阶高模态的耦合信号M(tdiff,Nta)。4.根据权利要求3所述的一种核磁共振弛豫高低本征模态耦合方法，其特征在于，所述数据反演步骤，具体包括，步骤3.1、将所述耦合信号M(tdiff,...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘化冰，宗芳荣，汪正垛，陈伟梁，杨光，孙哲，
申请(专利权)人：北京青檬艾柯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11