本文關(guān)鍵詞：高場核磁共振波譜儀勻場系統(tǒng)的研究

  更多相關(guān)文章： 核磁共振波譜儀 勻場系統(tǒng) 勻場線圈 自動勻場 梯度勻場

【摘要】：均勻的靜磁場是核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)實驗獲得高分辨譜圖的必要條件。隨著現(xiàn)代核磁共振的重要發(fā)展—靜磁場強度的提高,勻場的難度也相應(yīng)變大,因此,如何快速、有效地提高靜磁場均勻性對于高場NMR譜儀技術(shù)來說具有十分重要的意義。本論文圍繞自主研發(fā)的高場核磁共振波譜儀勻場系統(tǒng)開展如下研究工作：(1)實現(xiàn)高場NMR譜儀關(guān)鍵部件—室溫勻場線圈的自主設(shè)計及研制；(2)從實驗方法和數(shù)據(jù)(圖像)處理等方面入手,針對現(xiàn)有的自動勻場算法進行優(yōu)化和改進。具體如下：首先,本文采用分離導(dǎo)線法結(jié)合OQNLP多點搜索的全局優(yōu)化算法設(shè)計并實現(xiàn)了適用于高場核磁共振波譜儀的室溫勻場線圈。設(shè)計指標如下：(1)線圈的外徑和內(nèi)徑分別為54mm和45 mm；(2)包括軸向至7階線圈、徑向至5階線圈在內(nèi)的共28組勻場線圈；(3)優(yōu)化樣品有效區(qū)域的線性誤差1%。該室溫勻場線圈在500 MHz超導(dǎo)磁體上測試的’H線形指標(50%/0.55%/0.11%譜峰高度對應(yīng)的線寬)為0.48/5.42/7.99 Hz,達到了國際商用譜儀規(guī)定的分辨率指標(0.5/6.0/12.0 Hz),說明了線圈的設(shè)計及制造工藝具備高場核磁共振波譜儀的產(chǎn)業(yè)化所要求的水平。同時,與自主研發(fā)的自動勻場技術(shù)有效結(jié)合,能更高效地完成譜儀的自動勻場。針對現(xiàn)有的自動搜索勻場方法參數(shù)設(shè)置復(fù)雜、勻場效率低等問題,本文提出了一種基于線形優(yōu)化的自動搜索勻場方法。該方法的改進包括：(1)利用實際測量譜圖吸收線形二次矩與勻場線圈的電流增量的二次函數(shù)關(guān)系來擬合搜索迭代的步徑和收斂條件,這樣無需根據(jù)不同的樣品進行手動調(diào)試,實現(xiàn)了自動化設(shè)置的同時也提高了參數(shù)的準確性；(2)通過測量譜圖吸收線形的相關(guān)性質(zhì)作為搜索算法的評價指標,使得優(yōu)化過程充分考慮線形和對稱性等直接與譜圖質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)。通過勻場實驗的驗證,與常規(guī)采用氘鎖電平或FID面積進行搜索勻場相比,本方法減輕了對于實驗條件的依賴、同時使得勻場更為準確。另外,現(xiàn)有的自動梯度勻場方法忽視了噪聲和T2的影響,導(dǎo)致出現(xiàn)場圖信噪比低甚至圖像畸變的情況,并最終影響勻場的結(jié)果。針對這一問題,我們提出了一種基于正則化場圖重建的梯度勻場方法。與常規(guī)的相位差成像的方式不同,本方法構(gòu)建了一個正則化的圖像優(yōu)化模型。模型采用符合高斯噪聲的最大似然估計函數(shù)和“平滑”、“先驗”等信息組成罰似然估計函數(shù),其基于以下三個事實：(1)MR測量中的噪聲滿足高斯分布；(2)靜磁場的空間分布滿足連續(xù)性；(3)勻場線圈產(chǎn)生的空間磁場分布符合靜磁場的球諧分量。我們從仿真和實驗上分析并驗證了正則化場圖重建技術(shù)在噪聲干擾以及靜磁場均勻性差等情況下仍能獲得穩(wěn)定而可靠的圖像形狀。針對“冷場”和信噪比差等儀器條件,本方法被證明能明顯提高迭代勻場的質(zhì)量和效率。
【關(guān)鍵詞】：核磁共振波譜儀 勻場系統(tǒng) 勻場線圈 自動勻場 梯度勻場
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(武漢物理與數(shù)學研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH841
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-23
• 1.1 PFT-NMR波譜儀的工作原理13-20
• 1.1.1 宏觀磁化矢量的形成13-14
• 1.1.2 射頻激發(fā)與磁化強度的運動14-16
• 1.1.3 信號檢測與傅里葉變換頻率響應(yīng)16-18
• 1.1.4 PFT-NMR波譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18-20
• 1.2 勻場技術(shù)的發(fā)展20-21
• 1.3 本文研究內(nèi)容和意義21-23
• 2 電磁場理論及分析23-33
• 2.1 麥克斯韋方程組23-24
• 2.2 無源靜磁場24
• 2.3 靜磁場的分解24-31
• 2.4 畢奧-薩伐爾定律31-33
• 3 高場NMR波譜儀室溫勻場線圈的設(shè)計與實現(xiàn)33-55
• 3.1 引言33-35
• 3.2 理論建模與線圈優(yōu)化設(shè)計35-44
• 3.2.1 磁場模型建立35-38
• 3.2.2 軸向勻場線圈的設(shè)計38-41
• 3.2.3 徑向勻場線圈的設(shè)計41-43
• 3.2.4 優(yōu)化計算43-44
• 3.3 仿真結(jié)果44-48
• 3.4 線圈加工與裝配48-49
• 3.5 勻場實驗測試49-53
• 3.5.1 實驗?zāi)康募皟?nèi)容49-50
• 3.5.2 線圈電氣性能及磁場形狀測試50-51
• 3.5.3 勻場實驗及結(jié)果51-53
• 3.6 小結(jié)53-55
• 4 有源勻場方法55-81
• 4.1 勻場基本原理55-63
• 4.1.1 有源勻場的困難55-57
• 4.1.2 勻場的評價指標57-60
• 4.1.3 手動勻場的步驟60-63
• 4.2 與勻場相關(guān)的其他影響因素63-69
• 4.2.1 磁體的影響64-65
• 4.2.2 探頭的影響65-68
• 4.2.3 樣品的影響68-69
• 4.3 自動勻場方法69-81
• 4.3.1 自動搜索勻場方法70-73
• 4.3.2 自動梯度勻場方法73-80
• 4.3.3 自動勻場方法的探討80-81
• 5 基于線形優(yōu)化的自動搜索勻場方法81-99
• 5.1 引言81-82
• 5.2 原理與方法82-90
• 5.2.1 搜索步徑和收斂條件83-85
• 5.2.2 搜索的評價標準85-87
• 5.2.3 搜索算法87-90
• 5.3 實驗與討論90-98
• 5.3.1 實驗與參數(shù)設(shè)置90-93
• 5.3.2 更換探頭的勻場實驗比較93-95
• 5.3.3 常規(guī)樣品的勻場實驗比較95-98
• 5.4 小結(jié)98-99
• 6 基于正則化場圖重建的自動梯度勻場方法99-127
• 6.1 引言99-100
• 6.2 原理與方法100-110
• 6.2.1 靜磁場場圖的正則化重建101-104
• 6.2.2 勻場線圈場圖的正則化重建104-108
• 6.2.3 正則化參數(shù)的計算108-110
• 6.3 實驗與討論110-126
• 6.3.1 實驗與參數(shù)設(shè)置110-112
• 6.3.2 勻場線圈場圖重建的仿真分析112-114
• 6.3.3 勻場線圈場圖重建的實驗分析114-118
• 6.3.4 梯度勻場實驗的結(jié)果比較118-123
• 6.3.5 快速實驗的信噪比魯棒性實驗分析123-126
• 6.4 小結(jié)126-127
• 7 總結(jié)與展望127-129
• 7.1 總結(jié)127
• 7.2 展望127-129
• 參考文獻129-138
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文138-139

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 唐甫南;;高分辨率核磁共振波譜儀自動勻場電路[J];分析儀器;1993年01期

2 武海澄;周荷琴;劉正敏;;有源勻場電流優(yōu)化算法研究[J];北京生物醫(yī)學工程;2007年05期

3 李謁冰,許小平;Z-80微處理機組成的自動勻場裝置[J];波譜學雜志;1985年04期

4 蔣曉華;韓朔;;超導(dǎo)核磁共振成像主磁體無源數(shù)值勻場技術(shù)的研究[J];電工技術(shù)學報;1991年02期

5 包尚聯(lián);尤劍穎;何群;史凱寧;周X;張宏杰;;0.5T永磁MRI系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的研究進展[J];儀器儀表學報;2010年03期

6 儲岳森;有源勻場的優(yōu)化算法[J];高電壓技術(shù);1996年02期

7 陳歷明,彭承琳,朱學武;0.2T開放式永磁型醫(yī)用核磁共振成像儀有源勻場系統(tǒng)的研制[J];生物醫(yī)學工程學雜志;2004年02期

8 儲岳森;;核磁共振成像磁體的有源勻場技術(shù)[J];電工技術(shù)學報;1996年05期

9 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 陳恒;許勤;楊光;;計算機模擬勻場軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[A];第十一屆全國波譜學學術(shù)會議論文摘要集[C];2000年

2 肖策;陳志偉;王東;蔡聰波;陳忠;;一維梯度勻場方法的實現(xiàn)與改進[A];第十五屆全國波譜學學術(shù)會議論文摘要集[C];2008年

3 李會香;謝德馨;任自艷;;基于整數(shù)規(guī)劃與中心磁場的MRI永磁主磁體的勻場方法研究[A];中國生物醫(yī)學工程學會成立30周年紀念大會暨2010中國生物醫(yī)學工程學會學術(shù)大會青年優(yōu)秀論文[C];2010年

4 吳仁華;郭崗;Tran H;terBrugge KG;Mikulis DJ;;是否可利用~1H-MRS勻場值獲得~(31)P-MRS頻譜[A];第十四屆全國波譜學學術(shù)會議論文摘要集[C];2006年

5 陳潔;殷焱;路青;華佳;許建榮;;勻場技術(shù)在心臟磁共振電影成像序列中的應(yīng)用研究[A];中華醫(yī)學會第16次全國放射學學術(shù)大會論文匯編[C];2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 宋侃;高場核磁共振波譜儀勻場系統(tǒng)的研究[D];中國科學院研究生院(武漢物理與數(shù)學研究所);2016年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 周澤暢;基于DSP的動態(tài)勻場放大器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

2 馮彥;醫(yī)用磁共振成像設(shè)備永磁體勻場設(shè)計及檢測研究[D];南方醫(yī)科大學;2008年

3 王勐;勻場環(huán)絕緣支撐技術(shù)研究[D];中國工程物理研究院;2001年

4 任自艷;基于中心磁場參照的MRI永磁主磁體勻場方法研究[D];沈陽工業(yè)大學;2009年

5 王恩龍;一種特殊永磁型磁體的勻場技術(shù)研究[D];沈陽工業(yè)大學;2007年

，

本文編號：714899