多孔介质低场核磁共振测试原理

Mxy
Mxymagnetization or 2Trelaxation
1T1 2T1 3T1 4T1 5T1 1T2 2T2 3T2 4T2 5T2
Time after application of pulse
射频线圈 永磁体等
? 永磁体用于产生主磁场 B0. ? 射频线圈分为信号 发送线圈和接
收线圈两部分， ? 发送线圈用于产生 B1，接收线
小波拟合后的曲线 （较粗曲线）
信号的处理
? 信号解谱
? 即对原始回波信号进行多指数弛豫谱反演计算
? y(t) ?
? x e ? (t ) T 2 max
T 2 min
? t / T2 j j
? 其中 x j为各横向弛豫时间T2 j 所对应的信号幅度值； T2min 与T2m ax 是测量的 自由感应衰减信号所能分辨的最短和最长横向弛豫时间，? (t)为噪声。
Vs ? N Vn
叠加平均处理后的信号
信号的处理
? 小波滤波
? 1)计算带噪信号Y 在选定小波基与分解层次下的多分辨率小波分解(MRA) ? 2)在小波域对小波高频系数的幅值采取软阈值处理。设d k为小波变换系
数，dk 是阈值处理后系数，则软阈值处理可表述为:
? sgn为符号函数，Thr是阈值 ? 3)用 d 代替 d做小波反变换，重构得到去噪后信号。
小波滤波处理后的信号
信号的处理
? 伪峰消除
? 低成本模拟正交检波处理信号时很容易产生伪峰
使用数字正交检波
信号的处理
? 峰值提取
? 为了排除检波出现的伪峰干扰以及其他不确定因素引起的噪声，设计出查 找提取峰值方法。
? 即在 [t j ? ? ,t j?1 ? ? ] 区间上，搜索确定峰值，其中 ? 参考值为： ? ?（t j?1 ? t j）/ 3
自旋即有磁场。
? 当B1分解后圆极化场角频率与拉莫尔进动角频率相同即发生上述能量交互过程即核磁共振现象。zz源自zMoB1
-y
wo
B1 off…
x
equilibrium... Mo
x
x
-y
Mxy wo
-y
撤去B1后的状态
? z轴方向上的磁场不断增大至原来的值， xy M0 方向上的磁场不断减小为 0.
? 其原理为，缩小查找区间，排除其他干扰，只在峰值出现的区域查找以准 确找到需要的峰值。
信号的处理
? 小波拟合
? 小波拟合小波多分辨率分析 (MRA)是将信号按 时间 -尺度在不同的分辨级 别上进行小波分解，分解的结果是将信号分解为低频分量和高频分量。
? 选择其中的低频分量，再对此曲线进行拟合既可以得到信号的走势
? 从以上方程中求解出各横向弛豫时间 T 2 j 以及所对应的幅值份额 x j 的过程 叫做解谱。
信息提取
? 对于不同样品，测试信号反映的信息也各有不同。
? 以多孔介质为例介绍：
? 孔隙度的计算
? 第i个T 值的孔隙度： 2i
?
i
?
M ri m r kr
?mwkw ?Vw ? 100% M w Vr
多孔介质低场核磁共振测试原理
吴晓亮
目录
信号 产生
磁体及线圈 射频模块
信号 采集
功放与 AD转换
信号 处理 信息提取
信号产生 即信号的来源
测试仪所采集的信号是电动势信号，来源如下 :
线圈中磁场变化
线圈中磁通量变化
线圈中产生电动势
撤去B1,弛豫
RF激发
为什么撤去 RF会有磁场变化？即核磁共振原理
?
– Coates-sbvi 模型 – SDR-REV 模型
详细分析比较复杂在此不做过多介绍
谢谢观赏
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? 磁场从何而来?
B0
? 质子自旋产生。
? 当无外加磁场B0时，原子自旋 方向杂乱无章，宏观表现无磁 场；当施加 B0以后，自旋方向 和B0一致或相反，由于上下自 旋数量不同导致最终有一个和 B0一致的磁场产生。
? 即磁化过程
为什么撤去 RF会有磁场变化？即核磁共振原理
? 磁场为什么会变化？
? B1的施加与释放。并不是B1直接导致磁场变化，是B1（以RF脉冲形式 施加，一个周期内包含B1的产生与释放）的施加引起质子自旋方向的变 化，撤去以后自旋回复需要时间，在这个过程中所产生的的磁场变化。
? 岩心样品总孔隙度： ? ? NMR ? ? i i
? 其中M为样品T2谱的幅度， m和k分别为NMR实验累加次数和谱仪 接收增益， V为测量样品的体积．下标 r代表岩心， w为标准水样．
T2截止值的确定
信息提取
信息提取
? 岩心渗透率的测定 ? 渗透率描述： ? 岩心渗透率模型
– SDR模型
– Coates-cutoff 模型
圈用于信号采集。
信号的采集
? 射频接收线圈，感应到线圈内磁通量的变化产生电动势，如连接 回路则产生电流信号。
? 电流经放大和AD转换，由计算机收集最终数据
射频接收线圈
射频开关
正交检波
前置放大器
计算机
采集卡
AD转换
信号的处理
? 叠加平均
? 根据噪声的无序性可以设计以多次测量取平均的方法作为信号的基本处理。 Vs为信号，Vn即噪声。其比值正比如测量次数的平方根。
? 均已指数形式变化，当Z轴磁场增加到原来 的63%时的时间称之为 T1弛豫时间（自旋- Mz 晶格弛豫时间 ）。当xy方向磁场减小到原来 的37%时的时间称之为 T2弛豫时间（自旋自旋弛豫时间 ）。
? 特定样品对应着特定的 T1、T2值
Mz magnetization
or 1Trelaxation