[发明专利]利用动态核极化增强退极化时间的快速测量二维弛豫的方法

说明书

本发明公布了利用动态核极化增强退极化时间的快速测量二维弛豫的方法。针对常规低场NMR二维T1‑T2谱的上述信噪比低，需要多次累加导致的实验时间长的问题，施加固定时间和功率的微波脉冲照射含有自由基的样品体系，通过Overhauser效应将电子的极化转移至原子核，对原子核进行极化增强，提高核的极化度，进而提高信噪比。极化增强后的原子核，在不同的退极化时间下，有不同的极化度和信号强度。通过对不同的退极化时间编码、反演获得T1维的弛豫分布，结合CPMG构成基于动态核极化增强退极化时间的二维T1‑T2弛豫的方法，能够在短时间内快速获得高信噪比的二维T1‑T2谱。

技术领域

本发明涉及磁共振技术领域，具体涉及利用动态核极化增强退极化时间的快速测量二维弛豫的方法。

背景技术

传统的NMR实验，利用纵向弛豫T₁和横向弛豫T₂，研究自旋动力学行为，已经应用到凝聚体、食物、水泥水合物、木材、生物组织等多个领域。常规的一维弛豫方法用反转恢复法测T₁和CPMG方法测量T₂。但是弛豫时间接近的自旋，如图1一维弛豫谱(T₁或T₂)可能重叠无法区分。此时需要二维弛豫谱予以辅助，在图2的二维T₁-T₂谱中，可以通过二维弛豫分析，清晰的获得多孔材料中观测核的分布状态。

反转恢复法测T₁需首先用180°脉冲使磁化强度Mz反转到-z轴的方向，然后等待一段时间τ₁，磁化强度在纵向上将有一定程度的恢复，这一段等待时间称为恢复期，之后再发出90°脉冲，记录下得到的自由感性衰减信号(FID)并对其进行傅里叶变换，得到频域信号强度即为纵向磁化强度Mz。恢复期越长，则得到的纵向磁化强度幅值越小，逐渐改变恢复期τ的长度可以得到一系列纵向磁化强度Mz，按照式(D-1)对所有值进行最小二乘法拟合，则得到待测的纵向弛豫时间T₁值。反转-恢复脉冲序列如图3所示。

纵向弛豫是外加磁场B₀方向z轴的磁矩由零回到最大值的过程，该过程要恢复到激发前完全相同的状态需要的时间非常漫长，至少需要5倍T₁，甚至无穷大，因此将恢复到原来平衡状态63％的时间称为纵向弛豫时间，纵向磁化矢量的幅度，即外加静磁场B₀与z轴方向一致时的磁化矢量幅度Mz(t)，M0为在外磁场作用下的磁化矢量的最大幅度。

检测一个Mz值一般需要进行累加，而测定Mz随着交变磁场持续时间τ的变化，就需要用一系列不同的τ值，因此测量纵向弛豫时间T₁需要进行二重循环。其他的测定T₁的方法还有饱和恢复法和零点法，所有测定纵向弛豫时间的脉冲序列都有一个共同的特点：恢复期是必不可少的。

CPMG方法测量T₂一般通过CPMG脉冲序列完成，即在90°脉冲之后，连续施加一系列间隔时间均为τ的180°脉冲，从而得到一系列自旋回波信号，回波信号的幅度，即横向磁化矢量的幅度Mx(t)与时间的关系表示为：

M_0x是横向磁化矢量的最大值，即90°脉冲结束之后，时间t＝0时的横向磁化矢量幅度。

基本的二维弛豫序列将反转恢复法和CPMG结合，在第一维获得T₁原始数据，在第二维获得T₂原始数据，通过二维拉普拉斯逆变换得到二维T₁-T₂的分布S(T₁,T₂)。但是由于NMR的固有信噪比低，常规反转恢复法二维T₁-T₂，需要多次累加来提高信噪比，否则低信噪比会导致反演误差大，二维谱信息不准确。然而多次累加造成实验耗时长，不利于快速检测。尤其是在动力学过程的研究、过程监测等领域的研究，常规的测试方法可能不能满足实际的测试需求。