[发明专利]一种基于指数拟合的核磁共振自动锁场方法和系统

说明书

本发明公开了一种核磁共振波谱仪的自动锁场方法，包括：将与样品的溶剂对应、且预先获取的锁场参数加载到核磁共振波谱仪的锁场电路板中，以得到锁场信号s₁，其中锁场参数包括匀场电源Z0通道的初始匀场电流值Z0，以及锁场电路板的初始锁功率、初始锁增益、和初始锁相位，对锁场信号s₁进行n个频率成分的指数拟合处理，以得到处理后的锁场信号的多个幅度、多个频率、以及多个相位，根据锁场信号的多个频率以及匀场电源Z0通道的初始匀场电流值获取更新后的匀场电源Z0通道的匀场电流值，根据锁场信号拟合得到的多个幅度信息，更新锁功率和锁增益参数，获取得到的新的锁场信号s₂的相位角，根据锁场电路板的初始锁相位、以及锁场信号s₂的相位角对锁场电路板的锁相位进行更新，以得到更新后锁场电路板的锁相位。

技术领域

本发明属于核磁共振技术领域，更具体地，涉及一种基于指数拟合的核磁共振自动锁场方法和系统。

背景技术

核磁共振是重要的分析检测工具之一，已经在代谢组学、生物大分子、材料研究、药物研发等领域取得了重要应用。

较高的磁场稳定性和均匀性是高分辨核磁共振对磁场的基本要求，场频联锁技术是保证核磁共振波谱仪磁场稳定性的重要手段。场频联锁的原理是使主磁场和原子核的共振频率始终保持匹配，根据共振信号的变化对磁场的漂移量进行补偿。谱仪锁场板将采集到的锁偏差信号标识磁场波动ΔB₀，然后用负反馈电路调整Z₀通道的输出电流，从而补偿磁场的波动，使磁场保持一个相对稳定的状态。

随着核磁共振实验在代谢组学等领域的不断发展应用，往往需要采集和处理大批量的样品，对谱仪的自动化程度提出了更高的要求。手动锁场操作需要反复调节Z₀、锁功率、锁增益、锁相位等参数，且每次更换样品后都需要重新锁场，过程繁琐。因此，自动锁场方法对于提高核磁共振波谱仪自动化程度、简化操作流程具有重要意义。

现有的核磁共振自动锁场方法主要有两种。一种方法对Z₀、锁相位、锁功率、锁增益等参数均采用模糊算法进行寻优，但是单纯使用变量寻优的方式效率较低；另外一种方法对各锁场参数分步骤优化，采用对锁场核采样的方式调节Z₀，然后以一定的步进逐个优化锁功率、锁增益和锁相位。

然而，上述两种方法均存在一些不可忽略的缺陷：模糊搜索算法寻优过程持续时间较长，算法效率不高；分步骤优化方法受频率源和寻峰算法精度的制约较大，且对锁场参数的重复调节和优化也降低了算法效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于指数拟合的核磁共振自动锁场方法和系统，其目的在于，通过从锁场信号中同时提取出信号的幅度、频率、相位等多种主要参数信息，并根据这些参数信息自动优化Z0、锁功率、锁增益、锁相位等锁场参数值，达到自动锁场的目的，本方法相比传统自动锁场方法，避免了锁场参数反复调节和搜索寻优的过程，因此具有更高的计算效率和准确性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种核磁共振波谱仪的自动锁场方法，包括以下步骤：

(1)将与样品的溶剂对应、且预先获取的锁场参数加载到核磁共振波谱仪的锁场电路板中，以得到锁场信号s₁，其中锁场参数包括匀场电源Z0通道的初始匀场电流值Z0，以及锁场电路板的初始锁功率lockpower₀、初始锁增益lockgain₀、和初始锁相位lockphase₀。

(2)对锁场信号s₁进行n个频率成分的指数拟合处理，以得到处理后的锁场信号的多个幅度α₁，…，α_n、多个频率ω₁，…，ω_n、以及多个相位φ₁，…，φ_k，其中n表示样品的溶剂中共振峰的个数；