用于核磁共振磁路的温度伺服系统及共振频率搜索方法

摘要

本发明涉及一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统及共振频率搜索方法，该系统用于核磁共振芯片（101），其包括芯片磁体（201），与该芯片磁体（201）相匹配的核磁共振探头（202），其特征在于：该系统包括温度测量系统，用于测量芯片磁体（201）或者外界环境的温度；核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统及共振频率搜索方法，具体涉及一种 搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率，从而达到提高核磁共振检测效果的一种伺服系 统。

背景技术

目前，稀土永磁材料广泛应用于核磁共振检测系统的磁路。由于稀土永磁材料的性能 具有较高的温度系数，因此永磁型核磁共振系统一般包括一个恒温控制系统，并且在磁路的 周围包裹一层保温材料，控制磁路的温度环境处于设置的固定值，从而达到控制磁路性能的 目的。

但是恒温系统大大增加了永磁型核磁共振检测系统的体积，特别是应用于便携式核磁共 振检测系统时，将带来极大的不便。

发明内容

技术问题：本发明的目的提供一种用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，它可以提 高核磁共振检测系统的效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于核磁共振磁路的温度伺服系 统，该系统用于核磁共振芯片，其包括芯片磁体，与该芯片磁体相匹配的核磁共振探头，

该系统包括

温度测量系统，用于测量芯片磁体或者外界环境的温度；

核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率f，调节核磁共 振探头振荡电路的频率和控制射频脉冲序列发射频率等于最优核磁共振频率f；

核磁共振控制系统，用于发射频率为f的射频脉冲序列给核磁共振探头从而激发样本检 测区域的被检测样本处于核磁共振状态，核磁共振探头接收样本检测区域被检测样本的核磁 共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共振检测信号进行处 理，并计算当前核磁共振频率f的核磁共振信号的强度。

优选的，所述温度测量系统测量的温度信号通过有线或者无线的方式传输给核磁共振频 率调节系统，核磁共振频率调节系统根据此温度信号搜索当前温度条件下的最优核磁共振频 率。

优选的，温度测量系统为与芯片磁体或者核磁共振探头相连接的温度应变片，或为与芯 片磁体或者核磁共振探头相连接的温度传感器或者其它温度测量装置。

优选的，核磁共振频率调节系统根据输入的温度信号，基于核磁共振磁体磁场强度与温 度之间的关系模型，确定输入温度条件下的磁场强度初值B₀及对应的核磁共振频率初值f₀， 利用核磁共振频率调节系统在f₀邻域内进行搜索，确定输入温度条件下的最优核磁共振频 率。

优选的，调节核磁共振探头振荡电路频率可以通过自动的手段调节振荡电路电容或者电 阻的参数值来实现，也可以通过手动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现。

本发明还提供一种共振频率搜索方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：调节核磁共振探头振荡电路频率为f₀，并给核磁共振探头输入频率为f₀脉冲 序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度 s₀；

步骤2：前向初始搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为并给核磁共 振探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本 的核磁共振信号，并记录其信号强度是前向初始搜索后当前振荡电路 频率；Δf₀是频率搜索步长；s₀是核磁共振信号初始强度；是前向初始搜索后核磁共振信 号当前强度；是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之差；

步骤3：逆向初始搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为并给核磁共 振射频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测 样本的核磁共振信号，并记录其信号强度是逆向初始搜索后当前振荡 电路频率；Δf₀是频率搜索步长；s₀是核磁共振信号初始强度；是逆向初始搜索后核磁 共振信号当前强度；是逆向初始搜索后当前核磁共振信号强度与初始强度之差；

步骤4：如果且则核磁共振频率为f＝f₀并停止搜索；如果 则i＝1，执行步骤5；否则，i＝1，执行步骤6；i为自然数；

步骤5：前向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为并给核磁共振 射频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样 本的核磁共振信号，并记录其信号强度如果搜索停止，核磁共 振频率否则i＝i+1，继续执行步骤5；是前向搜索本次迭代后当前振荡电路频 率；是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δf是频率迭代步长；是前向搜索频率迭 代后与迭代前核磁共振信号强度之差；是前向搜索频率迭代后核磁共振信号强度； 是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；

步骤6：逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为并给核磁共振射 频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域被检测样本 的核磁共振信号，并记录其信号强度如果搜索停止，核磁共振 频率否则i＝i+1，继续执行步骤6；是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路频 率；是逆向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δf是是频率迭代步长；是逆向搜索频 率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度； 是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。

有益效果：本发明的用于永磁型核磁共振检测的频率伺服系统，根据当前温度条件，搜 索当前温度环境下的最优核磁共振频率f，并调节核磁共振射频探头振荡电路频率为f，调 节核磁共振控制系统发射的射频脉冲发射频率为f，修正了环境温度变化对永磁型磁体性能 的影响，从而提高了核磁共振检测系统的效果。该系统适用于传统的永磁型核磁共振检测系 统，特别适用于便携式永磁型核磁共振检测系统及核磁共振检测芯片。

附图说明

图1为本发明一种用于核磁共振磁路的温度伺服系统及频率搜索方法结构图；

图2为本发明核磁共振频率调节系统搜索当前温度条件下最优核磁共振频率的流程图；

核磁共振显微检测芯片101，芯片磁体201，核磁共振探头202，核磁共振检测区域 203。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。

本发明提供的用于核磁共振磁路的温度伺服系统，该系统用于核磁共振芯片101，其包 括芯片磁体201，与该芯片磁体201相匹配的核磁共振探头202，

该系统包括

温度测量系统，用于测量芯片磁体201或者外界环境的温度；

核磁共振频率调节系统，用于搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率f，调节核磁共 振探头202振荡电路的频率和控制射频脉冲序列发射频率等于最优核磁共振频率f；

核磁共振控制系统，用于发射频率为f的射频脉冲序列给核磁共振探头202从而激发样 本检测区域203的被检测样本处于核磁共振状态，核磁共振探头202接收样本检测区域203 被检测样本的核磁共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共 振检测信号进行处理，并计算当前核磁共振频率f的核磁共振信号的强度。

所述温度测量系统测量的温度信号通过有线或者无线的方式传输给核磁共振频率调节系 统，核磁共振频率调节系统根据此温度信号搜索当前温度条件下的最优核磁共振频率。

温度测量系统为与芯片磁体201或者核磁共振探头202相连接的温度应变片，或为与芯 片磁体201或者核磁共振探头202相连接的温度传感器或者其它温度测量装置。

核磁共振频率调节系统根据输入的温度信号，基于核磁共振磁体磁场强度与温度之间的 关系模型，确定输入温度条件下的磁场强度初值B₀及对应的核磁共振频率初值f₀，利用核 磁共振频率调节系统在f₀邻域内进行搜索，确定输入温度条件下的最优核磁共振频率。

调节核磁共振探头202振荡电路频率可以通过自动的手段调节振荡电路电容或者电阻的 参数值来实现，也可以通过手动的手段调节振荡电路电容或者电阻的参数值来实现。

本发明提供的共振频率搜索方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：调节核磁共振探头202振荡电路频率为f₀，并给核磁共振探头202输入频率 为f₀脉冲序列，利用核磁共振探头202检测样本检测区域203被检测样本的核磁共振信 号，并记录其信号强度s₀；

步骤2：前向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为并给 核磁共振探头202输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度是前向初始搜索 后当前振荡电路频率；Δf₀是频率搜索步长；s₀是核磁共振信号初始强度；是前向初始搜 索后核磁共振信号当前强度；是前向初始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之 差；

步骤3：逆向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为并给 核磁共振射频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度是逆向初始搜索 后当前振荡电路频率；Δf₀是频率搜索步长；s₀是核磁共振信号初始强度；是逆向初始 搜索后核磁共振信号当前强度；是逆向初始搜索后当前核磁共振信号强度与初始强度之 差；

步骤4：如果且则核磁共振频率为f＝f₀并停止搜索；如果 则i＝1，执行步骤5；否则，i＝1，执行步骤6；i为自然数；

步骤5：前向搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为并给核磁 共振射频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203 被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度如果搜索停 止，核磁共振频率否则i＝i+1，继续执行步骤5；是前向搜索本次迭代后当前 振荡电路频率；是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δf是频率迭代步长；是前向 搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；是前向搜索频率迭代后核磁共振信号 强度；是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；

步骤6：逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为并给核磁共振射 频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203被检测 样本的核磁共振信号，并记录其信号强度如果搜索停止，核磁 共振频率否则i＝i+1，继续执行步骤6；是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路 频率；是逆向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δf是是频率迭代步长；是逆向搜索 频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度； 是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。

如图1所示，本发明的核磁共振检测的频率伺服系统用于核磁共振显微检测芯片101 的示例，包括一个温度测量系统和一个核磁共振频率调节系统，温度测量系统可以为与芯片 磁体201或者核磁共振探头202相连接的温度应变片或温度传感器，也可以为其它温度测量 装置，核磁共振频率调节系统根据当前温度条件，基于温度与磁体性能之间的关系模型，确 定当前温度条件下的核磁共振频率f₀，并通过自动控制或者手动调节核磁共振探头202振荡 电路的频率等于f₀。核磁共振控制系统发射频率为f₀的射频脉冲序列给探头202激发样本 检测区域203被检测样本处于核磁共振状态，探头202接收样本检测区域203被检测样本 的核磁共振信号并发送给核磁共振控制系统，核磁共振控制系统对接收的核磁共振检测信号 进行处理，并计算当前核磁共振频率f₀的核磁共振信号的强度。

如图2所示，基于温度与磁体性能之间的关系模型，确定当前温度条件下的核磁共振频 率f₀为一初始值，需要在其邻域范围内搜索当前温度条件下的最优核磁共振搜索流程如 下：

步骤1：调节核磁共振探头202振荡电路频率为f₀，并给核磁共振探头202输入频率为 f₀脉冲序列，利用核磁共振探头202检测样本检测区域203被检测样本的核磁共振信号，并 记录其信号强度s₀；

步骤2：前向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为并给核 磁共振探头202输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度是前向初始搜索 后当前振荡电路频率；Δf₀是频率搜索步长；s₀是核磁共振信号初始强度；是前向初 始搜索后核磁共振信号当前强度与初始强度之差；是前向初始搜索后核磁共振信号当前 强度；

步骤3：逆向初始搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为并给核 磁共振射频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域 203被检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度是逆向初始搜索 后当前振荡电路频率；Δf₀是频率搜索步长；是是逆向初始搜索后核磁共振信号当前强 度；是逆向初始搜索后后当前核磁共振信号强度与初始强度之差；s₀是核磁共振信号 初始强度；

步骤4：如果且则核磁共振频率为f＝f₀并停止搜索；如果则i＝1，执行步骤(5)：否则，i＝1，执行步骤6；i为自然数；

步骤5：前向搜索，调节核磁共振探头202振荡电路频率为并给核磁共 振射频探头输入频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域203被 检测样本的核磁共振信号，并记录其信号强度如果搜索停止， 核磁共振频率否则i＝i+1，继续执行步骤(5)；是前向搜索本次迭代后当前振 荡电路频率；是前向搜索本次迭代前振荡电路频率；Δf是频率迭代步长；是前向搜 索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差；是前向搜索频率迭代后核磁共振信号强 度；是前向搜索频率迭代前核磁共振信号强度；

步骤6：逆向搜索，调节核磁共振探头振荡电路频率为并给核磁共振射频探头输入 频率为脉冲序列，利用核磁共振探头检测样本检测区域(203)被检测样本的核磁共振信 号，并记录其信号强度如果搜索停止，核磁共振频率否则 i＝i+1，继续执行步骤6；是逆向搜索本次迭代后当前振荡电路频率；是逆向搜索本次迭代前振 荡电路频率；Δf是是频率迭代步长；是逆向搜索频率迭代后与迭代前核磁共振信号强度之差； 是逆向搜索频率迭代后核磁共振信号强度；是逆向搜索频率迭代前核磁共振信号强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普 通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。