一种基于不均匀磁场拟合线形的自动搜索匀场方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不均匀磁场拟合线形的自动搜索匀场方法，采用梯度回波脉冲序列测量空间磁场的不均匀像，并以此拟合表征当前磁场均匀性的虚拟谱图线形及其相关性能指标；根据匀场线圈所构建的多维空间向量，将虚拟谱图线形的相关性能指标作为得到的磁场均匀性好坏的评价标准，依据此评价标准进行多维下降单纯形法迭代搜索，并最终返回最优匀场电流。本发明专利技术在匀场过程中能充分考虑频谱的半高宽和对称性等性能指标；同时，和常规的采用梯度回波成像技术的梯度匀场相比，本匀场技术不必考虑匀场线圈场图的测量和拟合，降低了通过梯度成像来匀场的难度和限定要求；自动拟合搜索步径和收敛条件摆脱了繁琐的手动设置、提高了匀场的速度和效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，采用梯度回波脉冲序列测量空间磁场的不均匀像，并以此拟合表征当前磁场均匀性的虚拟谱图线形及其相关性能指标；根据匀场线圈所构建的多维空间向量，将虚拟谱图线形的相关性能指标作为得到的磁场均匀性好坏的评价标准，依据此评价标准进行多维下降单纯形法迭代搜索，并最终返回最优匀场电流。本专利技术在匀场过程中能充分考虑频谱的半高宽和对称性等性能指标；同时，和常规的采用梯度回波成像技术的梯度匀场相比，本匀场技术不必考虑匀场线圈场图的测量和拟合，降低了通过梯度成像来匀场的难度和限定要求；自动拟合搜索步径和收敛条件摆脱了繁琐的手动设置、提高了匀场的速度和效率。【专利说明】
本专利技术涉及核磁共振谱仪的匀场技术，更具体涉及。适用于高分辨的核磁共振实验匀场。
技术介绍
对于现代液体核磁共振(NMR)谱仪来说，分辨率是一个重要的指标，而影响谱图分辨率的主要因素之一就是磁场空间均匀性。由于静磁场的不均匀性引起的核磁共振信号展宽必定导致实验结果的重大误差，因此从核磁共振现象被发现以来，如何提高静磁场的均匀性(匀场)一直是一项非常重要的研究工作。随着谱仪技术近几十年的发展，现阶段的自动匀场技术主要分为两类:自动搜索匀场技术和梯度匀场技术。自动搜索匀场方法最早出现于1968年(R.R.Ernst.Measurement and control of magnetic field homogeneity, The review of scientificinstruments.39, 1968, 998-1012),其基本思路是利用单纯形(Simplex)搜索等算法来优化氘(D，或2H)锁电平值或FID面积大小等评价标准从而补偿磁场。这就引入了两个问题:1)锁电平或是FID面积作为方便、直观的人为判断磁场好坏的依据，并不一定能达到良好的匀场效果(频谱线形标准)。事实证明，较高的氘锁电平和较大的FID面积都不一定对应于较窄的谱图峰宽；2)匀场搜索迭代的范围和收敛条件必须依靠人为设置。由于不同样品对补偿电流的敏感性不同，不合适的迭代步径和收敛条件都会使得搜索时间过长或是过短，均不利于获得好的匀场结果，因此繁琐的手动设置既增加了操作的难度也浪费了时间。1994年Zijl基于核磁共振成像(MRI)技术的原理提出了梯度匀场方法(P.C.M.Van Zijlj S.Sukumarj M.Neil Johnson,at al.0ptimized shimming forhigh—resolution NMR using three-dimensional image-based field mapping, Journalof magnetic resonance A.1ll, 1994，203-207),梯度勻场的最大优点就是可以通过梯度回波脉冲序列测量出磁场不均匀性的空间分布，然后基于这种空间分布进行匀场。2006年，Weiger在传统梯度匀场的基础上又更进了一步，提出采用梯度匀场后的剩磁场(Residual Field)的像拟合虚拟频谱图，通过模拟的线形指标衡量并优化当前磁场(Markus ffeiger, Thomas Speck, Michael Fey.Gradient shimming with spectrumoptimisation, Journal of magnetic resonance.182，2006，38-48)。通常情况，梯度勻场必须同时获得磁场不均匀性的像和所用匀场线圈的单位电流作用的磁场影响(匀场线圈场图)。匀场线圈场图的制作过程稍显复杂且耗费较多时间。同时，对匀场线圈的空间影响进行成像必须在一个较均匀的磁场环境，均匀性较差的磁场容易使得匀场线圈场图测量数据的畸变从而影响拟合。本专利采用，该技术能自动拟合搜索迭代的步径和收敛条件，无需调试和校验，节省了手动设置的时间；另一方面由于通过测量空间磁场的像来拟合谱图线形，使得优化过程充分考虑频谱的半高宽和对称性等性能指标。再则，和常规的采用梯度回波成像技术的梯度匀场相比，此匀场方式可不必考虑匀场线圈场图的测量和拟合，加快了匀场速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了，为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:—种基于不均匀磁场拟合线形的自动搜索匀场方法，包括以下步骤:步骤1、选择匀场线圈组:选择需要进行室温匀场的匀场线圈组；步骤2、拟合匀场线圈的搜索步径和收敛条件:利用谱图吸收线形的二次矩大小I和匀场线圈的电流增量X的二次函数关系I = Ax2+Bx+C，其中A、B、C为二次函数系数，拟合各匀场线圈的搜索步径dj和收敛条件rj ；步骤3、拟合表征当前磁场不均匀性的频谱图及线形指标:利用梯度回波技术获得不均匀磁场的图像数据，根据该图像数据拟合出表征当前磁场不均匀性的吸收线形谱图F，即虚拟线形，并最终计算出该虚拟线形的相关性能指标Crit ；步骤4、采用多维下降单纯形法迭代搜索:利用N个匀场线圈构建N维空间，将谱图吸收线形的相关性能指标Crit作为得到的磁场均匀性好坏的评价标准Q，并利用Crit越小则磁场越均匀的性质进行空间点的多维下降单纯形法迭代搜索；步骤5、迭代 结束返回匀场电流:多维下降单纯形法迭代结束，最终得到最大评价值Q并返回最优匀场电流。 如上所述的步骤2包括以下步骤:步骤2.1、选定某一匀场线圈a,a=j, j e {I~N},设定其匀场电流增量Xa=O并直接采用单脉冲序列进行采样，从而得到原始数据；步骤2.2、利用傅里叶变换和相位校正处理采集到的原始数据，得到吸收线形的谱图数据；步骤2.3、计算当前谱图的吸收线形二次矩的大小Itl，依据公式:【权利要求】1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、选择匀场线圈组:选择需要进行室温匀场的匀场线圈组； 步骤2、拟合匀场线圈的搜索步径和收敛条件:利用谱图吸收线形的二次矩大小I和匀场线圈的电流增量X的二次函数关系I = Ax2+Bx+C，其中A、B、C为二次函数系数，拟合各匀场线圈的搜索步径dj和收敛条件rj ； 步骤3、拟合表征当前磁场不均匀性的频谱图及线形指标:利用梯度回波技术获得不均匀磁场的图像数据，根据该图像数据拟合出表征当前磁场不均匀性的吸收线形谱图F，即虚拟线形，并最终计算出该虚拟线形的相关性能指标Crit ；步骤4、采用多维下降单纯形法迭代搜索:利用N个匀场线圈构建N维空间，将谱图吸收线形的相关性能指标Crit作为得到的磁场均匀性好坏的评价标准Q，并利用Crit越小则磁场越均匀的性质进行空间点的多维下降单纯形法迭代搜索；步骤5、迭代结束返回匀场电流:多维下降单纯形法迭代结束，最终得到最大评价值Q并返回最优匀场电流。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的步骤2包括以下步骤: 步骤2.1、选定某一匀场线圈a, a=j, j e {I~N},设定其匀场电流增量Xa=O并直接采用单脉冲序列进行采样，从而得到原始数据； 步骤2.2、利用傅里叶变换和相位校正处理采集到的原始数据，得到吸收线形的谱图数据； 步骤2.3、计算当前谱图的吸收线形二次矩的大小Itl，依据公式: 3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的步骤3包括以下步骤:步骤3.1、根据步骤I所选的室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于不均匀磁场拟合线形的自动搜索匀场方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、选择匀场线圈组：选择需要进行室温匀场的匀场线圈组；步骤2、拟合匀场线圈的搜索步径和收敛条件：利用谱图吸收线形的二次矩大小I和匀场线圈的电流增量x的二次函数关系I＝Ax2+Bx+C，其中A、B、C为二次函数系数，拟合各匀场线圈的搜索步径dj和收敛条件rj；步骤3、拟合表征当前磁场不均匀性的频谱图及线形指标：利用梯度回波技术获得不均匀磁场的图像数据，根据该图像数据拟合出表征当前磁场不均匀性的吸收线形谱图F，即虚拟线形，并最终计算出该虚拟线形的相关性能指标Crit；步骤4、采用多维下降单纯形法迭代搜索：利用N个匀场线圈构建N维空间[X1,X2,...,XN]，将谱图吸收线形的相关性能指标Crit作为得到的磁场均匀性好坏的评价标准Q，并利用Crit越小则磁场越均匀的性质进行空间点的多维下降单纯形法迭代搜索；步骤5、迭代结束返回匀场电流：多维下降单纯形法迭代结束，最终得到最大评价值Q并返回最优匀场电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝阳，宋侃，鲍庆嘉，陈黎，刘造，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42