[发明专利]瞬变频谱测定术的数字滤波器预填充

说明书

发明领域

本发明涉及数字信号处理方法领域，尤其涉及核磁共振(NMR)等频谱测量中所获取的信号的数字信号处理。

发明背景

分辨率越来越高的NMR测量要求信噪比性能越来越高和无赝象和畸变的基线。提高信噪比性能的一种已知方法是以超过对应于波形中感兴趣最高频率分量两倍的速率对时域波形取样。这种比所需(过取样)速率ω_s更高的速率正比地增大频谱宽度，引起不相关噪声或来自在更宽的带宽上扩展的宽带源的噪声。这一扩展的带宽中仅仅相对较窄的一部分含有感兴趣的数据。如果直接接纳扩展的带宽，对影响傅里叶变换的存储器和时间二者的要求将变为不实际或应禁止的。另一方面，且较佳地，过取样数据经受数字滤波，它通过过取样数据与所选滤波函数的卷积从多个过取样数据返回单个数据。数字滤波理论和实践对专业人员而言是众所周知的。

采用现有技术，数字滤波的使用通常将赝象和／或畸变引入到谱基线上。用与在时域波形上操作的滤波相关的时间延迟认为是这一效应的起源。例如，数字滤波起初(在物理时间原点上)缺乏在其上操作的过取样数据的需求历史。美国专利5，652，518(已经转让，这里引作参考)通过使用从滤波函数系数导出的赝数据的初始化而处理数据的这一初始缺乏，实现减少基线畸变的实时数字滤波。

在现有技术中，通过赝数据与时间原点的精确对准，减小由滤波器有限响应时间引起的基线畸变和由不需要瞬变仪器响应时间造成的延迟是已知的。参见USSN 08／723，967(已转让)。

关于瞬变时域测量，尤其是在NMR领域中，还有一个常见问题是物理时间原点不能进入直接取样。瞬变激励具有包含物理时间原点的有效时间宽度。在瞬变激励之后，通常碰到一个间隔，在这期间仪器效应(例如NMR探针的激励和振动的有效宽度)阻碍数据获取。因此，存在一个不能进入的取样间隔，导致参考物理时间原点的数据的不完整数据集。不完整数据集也会出现在瞬变波形的数据取样被终止在波形展开中留下与以后时间相关的未获取数据的某一点的地方。在用零数据完成数据集或者对外推的复杂计算技术再分类的这种情况中常常是这样。这后一种情况不是本发明的主题。

在现有技术中已知，通过包含根据某些一致性规定创立的赝数据，以增加不完整的实际数据集，作接下来处理，例如傅里叶变换。因此，通常实践是将零数据的子集增加到实际，但不完整数据集上，如上所述。傅里叶变换过程对这些数据在数据集中的相对位置是不重要的。为了解决这里提出的问题，在需要的地方，现有技术’518专利将赝数据子集增加到数据集中，为此由被施加于过取样数据的数字滤波器函数规定每个赝数据的幅度。具体地，将赝数据增加在对应于从物理时间原点的负时间位移的横坐标上。对应离散取样长度N=2p+1的数字滤波器，在这一负时间间隔中存在所需限定的p赝数据。在对应于p+1实际取样间隔的时间消逝后，数字滤波器完全可操作，得到欠取样数据。实际上，由于上述的不能进入性，从接近实际时间原点的过取样数据缺少少量的实际数据，认识到这一点是重要的。丢失样品的数目及其纵坐标值可以由在t=0处理想地反演信号相位和幅度条件的适当过程来提供。

已知用线性预测(LP)的方法来估测赝数据。这些可以广泛地描述为线性最小平方方法应用于实际数据，用于外推到没有获取数据的取样中，如上述的不能进入的取样。通常，LP计算强度高，因此不适合于实时应用，对此本发明是较佳的。对于LP，需要大量的相继的实际数据由对次邻近实际数据集的数据的LP形成赝数据的可接受预计。例如，在通常实践中可能需要2⁵个点获得通过LP的“下一”预测点的值。在这种情况中，LP将需要维数2⁵矩阵的形式和反演。下一个+1赝数据的估测将需要利用现在包括由第一预测形成的赝数据的数据集的相似处理。因此在由LP方法形成的赝数据的子集中累积误差和不确定性。LP方法的有效性是通过在实际数据与通过LP运算对这些实际数据产生的值之间产生频谱参数不变性的边界条件建立的。Marion和Bax(磁共振杂志，v．83，pp．205-211(1989))描述了在NMR中利用LP的一个例子。这里，数据是在时间上反向反演的，以便获得对在时间上正向设定的点的更好估测。然后放弃这些反向反演赝数据。LP的其它例子有：Gesmar和Hansen，J．Mag．Resv．A106，pp．236-240(1994)；Barkhuijsen等人，J．Mag．Resv．61，pp．465-481。

发明概要