低场核磁共振信号反演算法研究
发布时间：2021-09-17 03:31
低场核磁共振技术是近年来迅猛发展起来的用于观察、分析样品物性参数的一种新技术,这标志着核磁共振从高端的分子化学结构研究和医疗检查服务走向了更为广泛的工农业领域,如食品业、农业、矿业、化工等,并且在相关领域的应用和科学研究中发挥着越来越大的作用。低场核磁共振技术重点关注油、水及高分子聚合物中的氢原子核:获取样品的氢核所产生的共振信号之后,经由信号处理对样品特性或分布进行分析测量,从而间接对其载体或环境（如孔隙大小）进行研究分析。该技术可深入观测、分析物质内部信息而不破坏样品,并具有快速、准确、一机多参数、无辐射、无环境污染等特点。核磁共振可以直接对样品进行测量,得到的弛豫时间信息能够反映出物质的物理性质。但是直接采集得到的原始信号往往非常复杂,因此,需要借助于反演技术将其转化为易于理解的时域谱。目前常用的时域谱主要有一维谱和二维谱,而本文讨论的反演算法涉及的正是其对应的一维反演与二维反演算法。传统的一维、二维反演算法存在不同程度的问题:一维反演算法主要存在反演谱不同组分谱峰交叠的现象和短弛豫组分处理难等问题;二维反演算法主要存在数据量大、病态程度高和邻近谱峰区分难等问题。本文针对这些问题...
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
D谱中峰的交叠现象（虚线为真实的谱分布情况，实线由数据反演得到）
第一章引言3油和水的弛豫速率会受所处的孔隙大小影响。因此，LF-NMR可用于油、水的区分和孔隙的分布测定。LF-NMR技术对食用油[21-29]、肉[30-32]和乳制品[33-36]等食品的分析检测中具有重要作用。虽然LF-NMR技术已被广泛使用，但目前使用的时域谱仍为1D谱（T1谱、T2谱、D谱）。随着LF-NMR技术的深入研究，专家学者们发现了1D谱存在局限性。当样品中两个峰的位置比较接近时，这两个峰会出现交叠的现象，并且距离越近交叠情况越严重，“定界”就变得非常困难[37]，如图1-1所示。2D检测技术可以很好地缓解这一问题，如图1-2所示，图中的三个组分无论是使用T1谱，还是使用T2谱，峰的交叠都会存在，但是在2DT1-T2谱中能够被清楚区分。与此同时，2D谱不仅包含1D实验中能够获取的所有信息，还成功引入了“第二依据”。2D谱将样品的成分界定和定量分析等操作变得更加直观可靠，并且显著提高了LF-NMR技术的准确性和鲁棒性[38]。图1-11D谱中峰的交叠现象（虚线为真实的谱分布情况，实线由数据反演得到）图1-22DT1-T2谱和对应的1D谱投影（左下为2D谱，右上为三维视图，左上、右下分别为对应的T2、T1谱）
第二章低场核磁及反演基本原理13（2.4）的数学模型即可拟合出T1，从而完成T1的测量。图2-8MZ与1关系图SR（SaturationRecovery）序列也是T1测量的常用序列。它通过一个90°RF脉冲将宏观磁化矢量0M从+Z轴翻转至XOY平面，90°射频脉冲结束后经过1时间，纵向磁化矢量强度1()ZM可表示为：1110()(1)TZMMe=(2.5)与IR序列类似，由于需要测量的还是纵向磁化矢量，所以后续也要施加90°RF脉冲。SR序列的组成只需将IR序列中的180°脉冲替换为一个90°脉冲，其时序图如图2-9所示。图2-9SR序列时序图（2）T2的测量静磁场B0并不是绝对均匀的，且容易受到外部电磁干扰，完全屏蔽电磁干扰在实际生活中很难达到，这样磁场本身的不均匀性和外部的干扰会导致不同位置的质子具有不同的拉莫尔频率，加剧了质子的散相，进而造成T2的衰减速度加快。通常将主磁场不均匀性考虑进去的小于T2的时间常数被称为T2*。T2*与FID信号上包络线的关系如下：O5T14T1-M0+M0MZ1
本文编号：3397875
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
D谱中峰的交叠现象（虚线为真实的谱分布情况，实线由数据反演得到）
第一章引言3油和水的弛豫速率会受所处的孔隙大小影响。因此，LF-NMR可用于油、水的区分和孔隙的分布测定。LF-NMR技术对食用油[21-29]、肉[30-32]和乳制品[33-36]等食品的分析检测中具有重要作用。虽然LF-NMR技术已被广泛使用，但目前使用的时域谱仍为1D谱（T1谱、T2谱、D谱）。随着LF-NMR技术的深入研究，专家学者们发现了1D谱存在局限性。当样品中两个峰的位置比较接近时，这两个峰会出现交叠的现象，并且距离越近交叠情况越严重，“定界”就变得非常困难[37]，如图1-1所示。2D检测技术可以很好地缓解这一问题，如图1-2所示，图中的三个组分无论是使用T1谱，还是使用T2谱，峰的交叠都会存在，但是在2DT1-T2谱中能够被清楚区分。与此同时，2D谱不仅包含1D实验中能够获取的所有信息，还成功引入了“第二依据”。2D谱将样品的成分界定和定量分析等操作变得更加直观可靠，并且显著提高了LF-NMR技术的准确性和鲁棒性[38]。图1-11D谱中峰的交叠现象（虚线为真实的谱分布情况，实线由数据反演得到）图1-22DT1-T2谱和对应的1D谱投影（左下为2D谱，右上为三维视图，左上、右下分别为对应的T2、T1谱）
第二章低场核磁及反演基本原理13（2.4）的数学模型即可拟合出T1，从而完成T1的测量。图2-8MZ与1关系图SR（SaturationRecovery）序列也是T1测量的常用序列。它通过一个90°RF脉冲将宏观磁化矢量0M从+Z轴翻转至XOY平面，90°射频脉冲结束后经过1时间，纵向磁化矢量强度1()ZM可表示为：1110()(1)TZMMe=(2.5)与IR序列类似，由于需要测量的还是纵向磁化矢量，所以后续也要施加90°RF脉冲。SR序列的组成只需将IR序列中的180°脉冲替换为一个90°脉冲，其时序图如图2-9所示。图2-9SR序列时序图（2）T2的测量静磁场B0并不是绝对均匀的，且容易受到外部电磁干扰，完全屏蔽电磁干扰在实际生活中很难达到，这样磁场本身的不均匀性和外部的干扰会导致不同位置的质子具有不同的拉莫尔频率，加剧了质子的散相，进而造成T2的衰减速度加快。通常将主磁场不均匀性考虑进去的小于T2的时间常数被称为T2*。T2*与FID信号上包络线的关系如下：O5T14T1-M0+M0MZ1
本文编号：3397875
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/yxlbs/3397875.html
教材专著
