CN116106354A - 一种新型多维核磁共振t1-t2*成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新型多维核磁共振T1‑T2*成像方法。该技术可为不同场强不同配置下的核磁共振仪器提供一种快速成像手段，用来精密测量致密型页岩油气储层样品中的有机质含量和空间分布。通过对该技术采集数据进行专利针对性描述的数据处理，可快速无损分析得到致密页岩样品的高维度立体T1、T2 *图谱结果，进而可表征出样品的内部结构、微孔特性、饱含流体赋存状况等重要信息。因此该技术在非常规油气藏复杂样品分析中有重要应用价值。

Description

一种新型多维核磁共振T1-T2*成像方法
技术领域
本发明涉及一套用于快速准确无损探测页岩样品有机质含量的新型多维核磁共振T1-T2 *成像方法的原理和实现过程。该方法将大大提高核磁共振成像技术的检测速度和效率，同时有潜力解决常规有机质含量测试周期长、精准度低等问题，能够在非常规油气藏中进行实地应用。
背景技术
核磁共振成像技术作为一种先进的无损探测手段，在医学、生物、能源、材料、农林、食品、安全监测、化工等多个领域均有着极为广泛的应用。以生物医学为例，由于不同类型组织液纵向弛豫时间的差异，核磁共振T1成像技术可为生物组织原位探测病变机理提供最直接有效的证据，因此是一种常规的核磁共振加权成像方法。尽管如此，由于常规方法对纵向弛豫时间T1的探测时间较长，通常需要组织中含氢质子自旋系统达到热平衡后才可进行下一步测量，因而采用T1成像技术对被测样品的整体测量时间很长。同时，T2 *差异也在一定程度上可用于区分样品组分，识别流体种类及相态。
本发明从量子力学角度出发，通过阐述基本理论，在脉冲序列的不同时间段内对相应的脉冲进行合理排布和优化，进而可大大缩短核磁共振T1成像技术的操作时间；同时在快速T1编辑的片段中增加T2 *参量的探测，通过二维图谱中T1/T2 *，定量识别页岩有机质和可动流体含量。该新型方案采集得到的数据与常规方法不尽相同，需要在实际数据处理过程中特殊注意。本发明给出了针对提出的快速核磁共振T1-T2 *投影及立体成像技术的数据处理方法及解释工作流程。
发明内容
本发明的目的在于阐述提出的新型多维核磁共振T1-T2 *成像方法，以及相应的数据处理流程。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新型多维核磁共振T1-T2*成像方法，该成像方法分为投影成像方法和立体成像方法，所述投影成像方法和立体成像方法均采用脉冲序列进行数据采集。
优选的，所述投影成像方法包括以下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD1通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、接下来在GRD2通道上施加另一方向的相位编码梯度脉冲，该脉冲同样宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步，GRD1和GRD2的梯度方向决定最终成像的投影方向；
步骤7、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID，实际中，需要对FID进行全波形记录，记录点数为S，点与点的时间间隔为ε；
步骤8、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转，之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤9、从TRS通道上的第一个小角度α射频脉冲开始至GRD1通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ，采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个FID信号，改变GRD1和GRD2梯度中的相位编码梯度幅度值各m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*m*N个FID信号，每个FID信号中包含S个数据点，对采集到的所述FID信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的快速核磁共振T1-T2 *成像结果
优选的，所述立体成像方法包括以下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，该脉冲为具有选层特性的软脉冲，通过与GRD3通道中施加的选层梯度配合使用，可达到对被测样品进行选层测量的目的，之后在GRD1通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、接下来在GRD2通道上施加另一方向的相位编码梯度脉冲，该脉冲同样宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步，GRD1和GRD2的梯度方向决定最终成像方向；
步骤7、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID，实际中，需要对FID进行全波形记录，记录点数为S，点与点的时间间隔为ε；
步骤8、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转，之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤9、从TRS通道上的第一个小角度α射频软脉冲开始至GRD1通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为
Δ，采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个FID信号，改变GRD1和GRD2梯度中的相位编码梯度幅度值各m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*m*N个FID信号，每个FID信号中包含S个数据点，对采集到的所述FID信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的选层后的快速核磁共振二维T1-T2 *成像结果，通过调整GRD3通道上选层梯度脉冲的大小，可以改变选层的空间位置，最终可将二维成像结果重构为三维结果。
有益效果：本发明可为不同场强不同配置下的核磁共振仪器提供一种快速成像手段，用来精密测量致密型页岩油气储层样品中的有机质含量和空间分布，通过对该技术采集数据进行专利针对性描述的数据处理，可快速无损分析得到致密页岩样品的高维度立体T1、T2 *图谱结果，进而可表征出样品的内部结构、微孔特性、饱含流体赋存状况等重要信息，因此该技术在非常规油气藏复杂样品分析中有重要应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *投影成像技术流程图；
图2为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *立体成像技术流程图；
图3为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *成像数据处理流程图；
图4为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术探测岩石样品及结果示意图；
图5为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术识别页岩空间某位置处有机质含量及可动流体含量图谱示意图；
图6为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术最终得到的投影平面上页岩有机质含量及可动流体含量示意图；
图7为本发明实施例所提供的新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术最终得到的三维立体页岩有机质含量及可动流体含量示意图。
具体实施方式
结合说明书附图说明本发明的具体实施方式。首先对必要的核磁共振的基本原理概念和理论进行介绍。
参考图1-7所示，本专利涉及的该新型核磁共振检测技术包括：核磁共振脉冲序列设计、核磁共振数据采集和数据处理、核磁共振数据解释与有机质关联。
其中，该新型多维核磁共振T1-T2 *投影成像技术采用如图1所示的脉冲序列进行数据采集；
该新型多维核磁共振T1-T2 *立体成像技术采用如图2所示的脉冲序列进行数据采集；
该新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术采用图3所示的流程就行数据处理；
该新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术的成像结果与岩石样品测量空间位置相关性如图4所示；
该新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术获得的每一空间层位的T1-T2 *图谱及用于解释页岩有机质原理如图5所示；
该新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术最终得到的投影平面上页岩有机质含量及可动流体含量的结果如图6所示；
该新型多维核磁共振T1-T2 *成像技术最终得到的三维立体页岩有机质含量及可动流体含量的结果如图7所示。
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，磁体材料通常有永磁体和超导体两种，永磁体基本用于低场核磁共振测量；超导体通常用于医学成像和实验室内高场仪器化学谱分析中，需要使用液氦和液氮保持磁体温度恒定。
射频磁场B1与脉冲：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，实现对在静磁场中形成的磁化矢量的扳转操作，扳转角度为：θ＝γB1tp，其中B1为射频磁场强度，tp为射频脉冲的持续时间，因此可通过控制射频脉冲的幅值或持续时间达到改变扳转角的目的，核磁共振脉冲序列由不同数量和频率属性的射频脉冲按照设定时序组成，通过调整脉冲间时间间隔，脉冲角度及脉冲的频率选择性，实现对自旋系统的弛豫、扩散等测量。
磁场梯度与成像：脉冲磁场梯度由梯度线圈产生，通常在施加过程中考虑脉冲梯度线圈与射频线圈的涡流效应，注意屏蔽效果，通过空间磁场强度与梯度值之间的关系，可对被测样品进行相应的空间相位、频率和选层编码，实现不同维度上的空间成像，对于空间位置的某一方向，以z为例，通过在该方向上施加一幅度为g的梯度脉冲后，不同空间位置的质子Larmor频率为：
ω(z)＝γB0+γgz
因此，采集得到的回波信号与空间所求的成像质子密度之间的相互关系为：
M(k)＝∫ε(z)ei2πkzdz
ρ(z)＝∫M(k)e-i2πkzdk其中，k为定义的波函数，与梯度脉冲的参数有关，当系统采用频率编码模式进行成像实验时，k＝γgmaxδ/2π；当采用相位编码时，k＝γgmaxδ/mπ，由上述公式可知，M(k)与ρ(z)为Fourier变换对，因此对采集得到的回波信号进行Fourier变换即可得到成像结果，通过配合使用频率梯度编码和相位梯度编码模式和方法，即可得到高维度下的核磁共振成像结果。
自由感应衰减信号FID：FID为核磁共振测量最常见的一种信号，首先对被测样品施加90°脉冲，将磁化矢量M0扳转至垂直于静磁场方向的横向平面上，由于分子的扩散及静磁场的空间非均匀性等原因，磁化矢量M0发生散相，这一段时间如果打开信号采集通道对信号进行采集，即可得到自由衰减信号，采集过程中，通过调整采集点数和采集点与点的时间间隔等参数，进而控制采集窗口的宽度，FID信号的衰减速率通过参数T2 *来表征，在核磁共振应用中主要有以下重要应用：(1)通过FID信号的持续时长完成磁场均匀度评估及匀场策略；(2)通过FID信号得到化学谱，用于评估各官能团组分及含量；(3)通过FID信号的衰减获得磁化系数差异，表征样品固体骨架的磁性特征；(4)通过FID信号衰减获得相态差异，表征组分的可动性和黏稠度。
弛豫：自旋系统从共振状态恢复至热平衡状态的过程，该过程在不同方向上由纵向弛豫时间T1或横向弛豫时间T2表征，T1又称为自旋-晶格弛豫时间，反映自旋系统与外部环境的能量交换，T2又称为自旋-自旋弛豫时间，反映自旋系统内部能量损耗，自旋系统弛豫过程可由Bloch方程进行描述，纵向弛豫时间T1可采用饱和恢复脉冲序列进行测量，通过改变两个脉冲之间的时间间隔TW，记录信号幅值，反映纵向磁化矢量在不同编辑时间下的演化过程：
Figure BDA0004009160410000101
以上方法所需时间较长，每一步TW下都需要质子自旋系统等待较长时间并达到热平衡状态下才能进行下一步实验，因此采集过程极慢。
本专利的成像技术基于一种快速T1编辑的方法，采用的是小角度
射频脉冲串采集得到最终测量结果。通过施加这一串含有N个小角度射频脉冲的脉冲串，其被测样品本身自旋系统磁化矢量的分量可表述为：
Figure BDA0004009160410000102
Figure BDA0004009160410000103
采用相关适应的射频脉冲相位循环并对采集信号幅度，可得到每一个小角度α射频脉冲下的磁化矢量为：
Figure BDA0004009160410000111
其中，N为小角度射频脉冲的个数，Δ为相邻两个小角度脉冲之间的时间间隔。相对于常规的T1测量方法，由于对纵向磁化矢量只进行一次操作，因此上述方法能够在较短时间内完成T1测量。
对于T2 *测量，该参数可通过对获得的每个FID信号进行处理获得。其数学相关性可表述为：
Figure BDA0004009160410000112
弛豫成像
在实际测量应用中发现，仅仅得到被测样品的质子密度信息，即成像，对于分析样品的微观信息是远远不够的。因此，如果能够将弛豫信息的获得与成像技术结合可完美实现对被测样品宏观和微观的跨尺度观测。
实际的致密孔隙材料，如本专利所指的致密页岩样品，由于其可动流体和有机质中含氢组分所处的自旋系统环境不同，因此不同组分表现出的纵向弛豫时间T1和特征横向弛豫时间T2 *差异相对明显，因此可在本专利中被选为加权信息与成像技术结合，如果采用常规的T1和T2 *测量方法与成像结合，实际测量时间相较较长，不利于快速动态观测样品本身信息，因此在本发明中将快速纵向弛豫时间T1测量、快速横向弛豫时间T2 *测量方法与相关成像技术融合，在优化调整相关参数的步骤下，给出快速多维核磁共振T1-T2 *成像技术的可行方案。
根据测量被测样品纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2 *和空间梯度编码的相互关系，设计如图1所示的快速核磁共振T1-T2 *成像脉冲序列，假设GRD1和GRD2发射梯度分别为x和y方向，则通过采集信号可得以下响应公式：
Figure BDA0004009160410000121
其中四个核函数K1,K2,K3,K4的具体形式为：
K1＝exp(i2πkxx)
K2＝exp(i2πkyy)
Figure BDA0004009160410000122
Figure BDA0004009160410000123
对于图1和图2中所示的相位编码模式，kx＝ky＝γgmaxδ/mπ，通过改变梯度幅度步数m，T1编辑中的小角度脉冲个数N及每个FID信号中的采集点数S获取多维数据，采用后续数据反演步骤对所得数据进行处理，得到被测样品的T1-T2 *成像结果，通过改变GRD1和GRD2上梯度方向，也可调整核磁共振T1-T2 *成像的投影平面，同时，在立体成像结果中，通过改变GRD3梯度大小，进而调整选层梯度改变选层位置和选层厚度，可以得到一系列二维T1-T2 *成像结果，通过数据重构即可得到相应的三维立体T1-T2 *成像结果。
数据处理步骤
本方法中涉及的空间维度和数据维度相对较多，因此在实际运算过程中需要进行针对性处理，本发明结合图3对提出的快速核磁共振T1-T2 *成像的数据处理步骤进行详细阐述：
步骤1：对采集序列进行判断，是否在实验过程中使用了选层软脉冲，如未使用软脉冲，则整理采集得到的核磁共振数据M(kx，ky，NΔ，Sε)的维度，确定最终数据大小为m*m*N*S，其中m为相位编码步数，N为每步相位编码中采集的FID信号个数，S为每个FID信号中采集点数；
步骤2：对M(kx，ky，NΔ，Sε)数据首先进行二维Fourier变换，之后在成像维度上对数据进行解编，得到m*m个原始M(NΔ，Sε)衰减数据，Fourier变换为线性变换，为非病态问题，因此此处不再赘述；
步骤3：对得到的空间每个位置处的解编二维数据进行数据拟合，得到T1-T2 *分布，具体的数据拟合算法分为多种，包括单指数拟合、多指数拟合及Inverse Laplace反演，得到最终不同空间位置处的T1-T2 *分布，由于Inverse Laplace反演为病态问题，因此本处对Inverse Laplace变换进行简述，此处将引入正则化项对此数据矩阵进行反演，为了得到稳定准确的解F，通常采用Tikhonov正则化方法，引入平滑项来求解该问题：
Figure BDA0004009160410000141
其中，s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，引入的正则化项决定求解结果的稳定性与准确性，正则化因子选取过大，尽管求解得到的分布越稳定，但是解的准确性越差，即所谓的过平滑；正则化因子选取过小，解的求取越准确，但是解的稳定性降低，出现的伪信号越多，即欠平滑，因此，综合考虑解的真实性和解的稳定性，使用合理的正则化因子，是该方法的重点，通过非负约束步骤可得特定正则化因子s下的每个空间层位的非负约束解F(T1,T2 *)；
步骤4：连续重复以上步骤m*m次，对空间每个点位的数据依次进行ILT数据处理，最终获得某投影平面上的连续的(T1-T2 *)分布，即为最终的二维T1-T2 *投影成像；
步骤5:通过调整GRD1和GRD2梯度方向，可改变投影成像的方向，获得不同平面上的二维T1-T2 *投影成像结果；
步骤6:如采集过程中使用了软脉冲，则首先对该数据进行二维Fourier变换，在两个成像维度上对数据进行解编，之后按照步骤3中介绍的Inverse Laplace变换方法对得到的解编数据进行二维Inverse Laplace反演，得到二维T1-T2 *成像结果，通过GRD3方向上的选层梯度改变选层位置和选层厚度，可以得到一系列二维T1-T2 *成像结果，通过数据重构即可得到相应的三维T1-T2 *成像结果。
数据解释步骤
以投影成像结果为例，最终得到的F(x,y,T1,T2 *)结果如图4所示，其中，xy、zx和zy投影面内的网格密度代表空间分辨率，由GRD1和GRD2梯度大小及梯度步数决定，每个像素点内可获得对应岩石像素点内部的(T1-T2 *)分布。
进一步的，每一个岩石像素点内部的(T1-T2 *)分布如图5所示，由于页岩样品有机质氢核的同核偶合及异核偶合作用与可动流体组分完全不同，最终该两组分的T1/T2 *比值不同，因此可用这一参数差异无损快速识别有机质组分，通过对图谱中显示信号进行累加，进而可获得该层位处的有机质和可动流体相对含量。
进一步连续的，以xy平面投影为例，在xy平面内连续识别并运算m*m个图谱中的有机质和可动流体含量，即可获得xy投影平面内的页岩的有机质含量剖面和可动流体剖面分布，结果如图6所示。
更高维度的，当采用图2所示的三维立体T1-T2 *成像序列采集数据并依据数据处理中的步骤6对数据进行处理，在每个xy平面内连续识别并运算m*m个图谱中的有机质和可动流体含量，沿z轴方向上连续该步骤，即可得到整体三维空间内页岩的有机质含量剖面和可动流体剖面分布，结果如图7所示。
常规方法探测页岩有机质需要对样品进行磨碎破坏，并对处理后的样品进行多次热解和酸洗，才能得到页岩有机质含量，因此常规方法工作效率低，探测精度差，同时仅能获得样品的体积有机质量，无法获得有机质的空间分布，本发明专利提出一种新型的多维核磁共振技术，通过两个特征弛豫时间和成像编辑片段进行关联，即可对空间成像层位处的有机质含量进行有效获取，同时借助成像技术可完成对有机质含量的空间探测，因此是一种探测非常规致密油气藏样品行之有效的快速检测方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种新型多维核磁共振T1-T2*成像方法，其特征在于，成像方法分为投影成像方法和立体成像方法，所述投影成像方法和立体成像方法均采用脉冲序列进行数据采集。
2.根据权利要求1所述的一种新型多维核磁共振T1-T2*成像方法，其特征在于，所述投影成像方法包括以下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上；
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD1通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、接下来在GRD2通道上施加另一方向的相位编码梯度脉冲，该脉冲同样宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步，GRD1和GRD2的梯度方向决定最终成像的投影方向；
步骤7、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID，实际中，需要对FID进行全波形记录，记录点数为S，点与点的时间间隔为ε；
步骤8、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转，之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤9、从TRS通道上的第一个小角度α射频脉冲开始至GRD1通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ，采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个FID信号，改变GRD1和GRD2梯度中的相位编码梯度幅度值各m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*m*N个FID信号，每个FID信号中包含S个数据点，对采集到的所述FID信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的快速核磁共振T1-T2 *成像结果。
3.根据权利要求1所述的一种新型多维核磁共振T1-T2*成像方法，其特征在于，所述立体成像方法包括以下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，该脉冲为具有选层特性的软脉冲，通过与GRD3通道中施加的选层梯度配合使用，可达到对被测样品进行选层测量的目的，之后在GRD1通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、接下来在GRD2通道上施加另一方向的相位编码梯度脉冲，该脉冲同样宽度为δ，高度从-gmax到+gmax变化m步，GRD1和GRD2的梯度方向决定最终成像方向；
步骤7、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID，实际中，需要对FID进行全波形记录，记录点数为S，点与点的时间间隔为ε；
步骤8、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转，之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤9、从TRS通道上的第一个小角度α射频软脉冲开始至GRD1通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ，采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个FID信号，改变GRD1和GRD2梯度中的相位编码梯度幅度值各m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*m*N个FID信号，每个FID信号中包含S个数据点，对采集到的所述FID信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的选层后的快速核磁共振二维T1-T2 *成像结果，通过调整GRD3通道上选层梯度脉冲的大小，可以改变选层的空间位置，最终可将二维成像结果重构为三维结果。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117647554A (zh) * 2024-01-30 2024-03-05 中国科学院武汉岩土力学研究所 多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统及方法
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