[发明专利]超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法

权利要求书

1.一种超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法，包括如下步骤：

1)获取涡流在各个方向上随时间变化的非线性涡流函数和涡流传递函数；涡流传递函数包括直项涡流传递函数和交叉项涡流传递函数；各个方向包括目标轴方向x、y、z和主磁场方向B₀；

11)通过磁共振信号进行涡流测量的方法获取非线性涡流函数；包括：

111)将超高场核磁共振成像系统关闭梯度脉冲后延时时间不同的梯度回波作为涡流测量脉冲序列，将涡流测量脉冲序列预置到超高场核磁共振成像系统谱仪中，受激发样品在各个方向上产生随延时时间变化的磁共振信号；

112)在各个方向的线圈上施加梯度，分别获得磁共振信号，解析得到各个方向上的非线性涡流，同时得到各个方向上的非线性涡流随时间的变化曲线；

113)磁共振涡流包括直项涡流和交叉项涡流；使用非线性多指数模型来拟合磁共振涡流，提取其中用于表征涡流多指数模型的幅度常数和时间常数；采用含多组分时间常数和幅度常数的指数函数表示非线性涡流函数；

12)再求得涡流传递函数

2)建立磁共振涡流传递函数与数字梯度预增强单元传递函数之间的关系；数字梯度预增强单元包括数字梯度直项预增强单元和数字梯度交叉项预增强单元；

通过数字梯度预增强涡流补偿过程建立的磁共振直项和交叉项涡流系统传递函数与数字梯度直项和交叉项预增强单元传递函数之间的关系，

直项预增强单元传递函数表示为：

交叉项预增强单元传递函数为：

其中，m表示感应涡流产生源的方向；n表示感应涡流产生的方向；当m＝n时，非线性涡流函数表示涡流直项，当m≠n时，表示涡流交叉项；和分别为m方向直项预增强单元传递函数和m方向对n方向交叉项预增强单元传递函数，和分别为n方向直项涡流系统传递函数和m方向对n轴交叉项涡流系统传递函数；

3)根据数字梯度交叉项预增强单元传递函数和直项预增强单元传递函数，分别计算得到涡流各个方向的数字梯度交叉项预增强单元传递函数和直项预增强单元传递函数的幅度常数和时间常数；包括：

31)根据数字梯度交叉项预增强单元传递函数，计算得到涡流各个方向的数字梯度交叉项预增强单元传递函数的幅度常数和时间常数；计算过程包括：

311)将经过交叉项预增强单元后的梯度电流以多组分指数函数的形式表示；

经交叉项预增强单元后的梯度电流以多组分指数函数的形式表示为：

其中，和分别为m方向对n方向交叉项预增强单元传递函数的幅度常数和时间常数；表示交叉项预增强单元传递函数用个指数组分来表征；

312)将交叉项预增强单元设置在直项预增强单元之前，通过模型拟合得到交叉项预增强单元传递函数的幅度常数和时间常数，再得到梯度电流经过交叉项预增强单元后的表示；

32)通过数字梯度直项预增强单元传递函数，计算得到涡流各个方向的数字梯度直项预增强单元传递函数的幅度常数和时间常数；包括：

321)直项预增强单元传递函数表示为：

其中，表示m方向上直项预增强单元传递函数用个指数组分来表征；为直项预增强单元传递函数的幅度常数；为梯度预增强时间常数；为涡流幅度常数；为涡流时间常数；

322)进行直项预增强单元传递函数的计算，具体是：

根据已经测得的涡流幅度常数和时间常数计算得到多项式参数，其中，通过迭代得到c_k：

从n＝1开始通过不断增大n计算对应的迭代参数最终当n＝n_PE^mm时，得到式中的c_k；再通过n＝n_PE^mm时的c_k来确定d_k：

表示令时求得的n＝n_PE^mm时的c_k参数；的计算表示为：

当i确定时，从n＝1开始通过不断增大n计算对应的迭代参数最终当n＝n_PE^mm时，得到式中的根据上式计算得到d_k参数，通过对如下多项式求根，得到直项预增强单元传递函数的时间常数

多项式的根即时间常数；

根据求得的时间常数进一步求得直项预增强单元传递函数的幅度常数表示为：

计算当i＝0时的幅度常数的值，再将计算得到的直项预增强单元传递函数的幅度常数对作归一化；

通过仿真方法对得到的数字梯度预增强单元传递函数幅度常数和时间常数进行验证；具体是将输入电流波形、数字梯度预增强单元传递函数和非线性涡流函数进行离散化后，使用MATLAB模拟磁共振涡流系统传递函数，得到预增强后的梯度，与理想梯度波形进行对比，验证涡流补偿效果；

进一步可进行实物验证，电流经过梯度线圈，再经过磁共振系统，得到系统实际梯度；

通过上述步骤，即可实现超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿。