[发明专利]高分辨核磁共振FID信号分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振(NMR)时域自由衰减信号(FID)的分析与处理。

背景技术

核磁共振以其独特的优势已在化学、生物、医学、能源等方面有着广泛的用途。目前核磁共振的应用主要是通过各核共振过程中的固有特征参数：化学位移(共振频率)、驰豫时间(衰减常数)、峰面积(共振信号能量)等进行分析与处理，最终取得有用结果。显然，化学位移、驰豫时间及峰面积的准确程度直接影响到最终结果的准确性。因此，欲取得更精确的处理结果，必须采用更精确的特征参数。现有的脉冲——傅里叶变换核磁共振波谱仪均是将时域自由衰减(FID)信号采样后进行快速傅里叶变换(FFT)，得到FID信号的频谱并求得其功率谱，然后通过计算峰位置估计核的共振频率，进而估计其化学位移；通过对峰的积分估计峰面积；根据特定的发射脉冲时序，如倒转法(IR)、自旋回波法(CPSEFT)等，利用各共振信号幅度与时间之间的负指数关系，通过快速傅里叶变换估计共振信号幅度，再对纵向驰豫时间T1或横向驰豫时间T₂进行估计。由此可见，核磁共振分析的基础是快速傅里叶变换。

快速傅里叶变换是数字傅里叶变换(DFT)的快速计算方法，它是数字信号处理的理论基础之一。其基本原理是将频率数字化后，利用各数字频率信号向量之间的正交性，将原信号分解到各数字频率上进行观察。DFT与FFT的频率分辨率，即在频率轴上所能得到的最小频率间隔，为1/T，T为采样信号的时间长度。另外，DFT与FFT存在栅栏效应，即可能在频谱上看不到较大的频率分量。虽然可以通过数据补零改善栅栏效应，但补零无法改变原信号的分辨率1/T。

理论上核磁共振信号可表示为

M(t)=Σi=1NMi(0)e-tT2,icos(ω0,i-ω)t---(1)]]>

式中，t为脉冲停止后的时间，M_i(0)为i核初始磁化强度，T_2，i为i核横向弛豫时间常数，ω_0，i为i核共振频率，ω为射频脉冲频率，N为共振核数目

通过下变频技术处理后，所获信号的余弦项中仅含i核共振频率，而不含射频频率。通常下变频中可采用正交解调技术或数字零中频技术将接收信号转为复信号。由于各共振核本身的差异性、接收系统的延迟及正交解调等因素，接收各共振信号会出现不同的初始相位。所以需处理的核磁共振FID信号为