一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法专利检索-介质强度恢复电气元件和设备专利检索查询-专利查询网

一种多孔介质内流体速度与 温度同步测量的 磁共振成像方法

阅读：648发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法，属于磁共振成像测量领域。本方法采用核磁共振翻转恢复标签方法，首先用自旋回波序列两点法测某一温度下被测流体纵向弛豫时间T1；在不同温度下重复步骤一得到多个温度下的T1值，拟合得到T1与温度T的关系；用翻转恢复标签序列对静态时该流体进行测量，再对任意温度流速下该流体进行测量；用matlab读入图像，得到图像信号强度SI分布，根据SI与T的关系计算温度T；通过比较该流速下标签坐标和静态时标签的坐标求出翻转恢复时间ti内的标签位移，进而求流体流速。本发明具有测量速度快，能有效补偿传统翻转恢复方法测量流场温度时由于流动导致的信号降低。，下面是一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多孔介质和大体积内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法，其特征在于：
(1)自旋回波序列两点法测量某一温度下流体T1值
使用两个多层自旋回波序列SEMS测量某一温度下流体的信号强度值，两个自旋回波序列的重复时间TR分别为TR1和TR2，其他参数设置完全相同，对应视野区域内平均信号强度分别为SI1,SI2；
自旋回波序列信号强度SI为：
其中M0为纵向平衡磁化强度，TE为回波时间，T2为横向弛豫时间；由于TE<对两个不同TR值下的自旋回波信号强度做商：
已知该温度下的两个信号强度SI1，SI2和两个序列的重复时间TR1，TR2，求解(2)式得到该温度下的T1值；
(2)获得T1和温度T关系
在不同温度下，重复步骤(1)测量计算多个温度点下的T1值；然后用不同温度下的T1值与温度T利用公式(3)进行数据拟合，从而得到常数A,B,C的值：
-B/T
T1＝Ae +C (3)
(3)使用翻转恢复标签序列测量流体速度和温度
用翻转恢复标签序列对感兴趣流动区域内静态待测流体进行测量，再进行某一温度和流速下该流体的测量，得到两幅图的信号强度即灰度级分布图；
翻转恢复标签序列得到的灰度图上标签处温度与信号强度关系为：
上式中SIZ为标签上的信号强度，SI0为平衡信号强度，ti为翻转恢复标签序列中的参数恢复时间；常数A、B、C的值和公式(3)中的常数值一样；
使用图像处理工具得到步骤(3)中静态和某一流速下的两幅图的信号强度分布，得到某一流速下翻转恢复标签序列方法中的标签位置坐标，与静态得到的翻转恢复标签序列中标签位置坐标进行对比，根据ti内的标签变形，计算出流体流速。

说明书全文

一种多孔介质内流体速度与 温度同步测量的 磁共振成像方

法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种应用磁共振成像对多孔介质内流体的速度和温度进行同时测量的方法。

背景技术

[0002] 目前测量流体速度和温度的方法包括接触法和非接触法两大类。接触法测量通常会干扰流场和温度场，带来测量误差。非接触法虽然可以避免干扰，但是大多数测量方法需要被测体透光，如红外线测温等。此外，传统测量方法最大的问题是无法实现多孔介质中流体速度、温度的测量，同时测量含氢质子流体速度、温度对于提高原油采收率(EOR)、化学工程控制、多相组分研究等领域具有重要工程意义。

[0003] 磁共振成像技术（MRI）是利用含氢质子流体的磁共振现象，对流体的温度、速度进行可视化观测的技术。在高强度磁场作用下，具有磁矩的氢原子核可吸收满足拉莫尔频率的电磁波发生进动。核磁共振成像技术可以得到静态流体的自扩散系数D、纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2以及核磁成像k空间的相位研究发现在一定温度范围，以上四个核磁共振参数与温度存在一定的变化关系，因而可以通过事先标定这四个参量与温度关系进行温度测量。然而传统测量以上四个参数方法并不适用于流动流体温度测量，同时由于多孔介质背景磁化率与流体磁化率不同，在测量多孔介质中液体温度时存在一定误差。目前核磁共振测速多采用相位法测速，采用两个不同速度编码的序列对同一流场分别拍摄，其相位差与流体速度成正比。该方法具有不能测量大速度的缺点,否则将产生伪影，并且在测量多孔介质时依然具有一定局限性：只能测量大孔隙度多孔介质中的小流动速度。另外由于相位和速度与温度都有关，相位法只能对均匀温度下的流场进行速度测量以排除温度引起的相位变化对速度相位的干扰。

[0004] 为了克服现有核磁共振测量流场速度温度方法的不足，本发明提出一种核磁共振同时测量流体流速和温度的方法，该方法可方便利用核磁共振成像技术对流体进行三维可视化成像，得到的核磁图像用图像后处理工具进行定量分析，得到流体的流速、温度。

发明内容

[0005] 本发明克服核磁共振成像技术已有传统翻转恢复测温技术的不足，针对大体积和多孔介质中含氢质子流体的速度和温度难以非干扰同时测量的情形，首先使用自旋回波序列两点法测量试样在不同温度下的T1值，拟合得到T1与温度T的指数关系，其次使用翻转恢复标签方法进行流体速度温度的同时测量。

[0006] 一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法，包括以下步骤：

[0007] （1）自旋回波两点法测量某一温度下流体T1值。使用两个多层自旋回波序列SEMS（spin echo multi-slice pulse sequence）测量某一温度下流体的信号强度值，两个自旋回波序列重复时间TR分别为TR1和TR2，其他参数设置完全相同，对应的视野区域内平均信号强度分别为SI1,SI2。

[0008] 多层自旋回波序列信号强度SI为：

[0009]

[0010] 其中M0为纵向平衡磁化强度，TE为回波时间，T2为横向弛豫时间。由于TE<

[0011]

[0012] 已知该温度下的两个信号强度SI1,SI2和两个序列的重复时间TR1,TR2,求解（2）式即可得到该温度下的T1值。

[0013] （2）对不同温度下，重复步骤（1）测量计算多个温度点下的T1值；然后用不同温度下的T1值与温度T利用公式（3）进行数据拟合，从而得到A,B,C的值：-B/T

[0014] T1＝Ae +C （3）

[0015] （3）使用翻转恢复标签序列方法（inverSIon recovery tagging sequence）对感兴趣流动区域（Region of interest）内静态待测流体进行测量，再进行某一温度和流速下该流体的测量，得到两幅图的信号强度分布图。

[0016] 翻转恢复标签序列标签处的温度与信号强度关系为：

[0017]

[0018]

[0019] 上式中SIZ为标签（图3暗纹）上的信号强度，SI0为平衡信号强度，ti为翻转恢复标签方法中的参数恢复时间，常数A,B,C值和（3）式中的常数值一样。由于流动导致沿流场方向信号强度降低，为抵消流动导致的信号强度下降对温度测量的影响，实验中用标签下游亮纹（图3亮纹）上的信号强度代替平衡信号强度SI0。相比于传统翻转恢复方法测量温度，该方法不用测平衡信号强度SI0，测量时间大大降低。

[0020] 使用图像处理工具箱得到步骤（3）中静态和某一流速下的两幅图的信号强度分布，得到某一流速下翻转恢复标签序列方法中的标签位置坐标（标签为暗纹，信号强度最低，见图3），与静态得到的翻转恢复标签序列（图4）中标签位置坐标对比，根据ti内的标签变形，计算出流体流速。

[0021] 本发明采用磁共振成像中的自旋回波序列两点法首先对流体的纵向弛豫时间T1值进行测量，然后利用基于T1与温度T关系的翻转恢复标签序列同时测量含氢质子流体速度和温度。该方法可以在准确测量定常流动流体温度同时获得速度而不会对流场产生干扰，对流体容器没有光学要求。具有如下特点：

[0022] （1）传统的翻转恢复序列测量流体温度时，由于信号强度沿流线减弱，无法补偿因流动造成的误差。改进后的翻转恢复标签序列采用标签下游亮纹的信号强度对标签处的信号强度值进行归一化处理，从而补偿了传统翻转恢复序列无法测量流体流动时温度的缺陷。

[0023] （2）传统的翻转恢复序列测量液体温度时，根据公式4对流场中待测点的信号强度使用该试样的平衡信号强度进行归一化。平衡信号强度的测量需要等待一段时间到达磁化饱和，测量时间较长。改进后的翻转恢复标签序列采用标签下游亮纹上的信号强度对标签处的信号强度值进行归一化处理，不用等待磁化饱和，测量时间降低。

[0024] （3）测量速度的精度在于所设置的翻转恢复序列的分辨率，分辨率越高则速度精度越高，同时每个核磁序列的测量时间延长，分辨率的最大值取决于实验仪器的限制。

[0025] （4）通过matlab对图像进行编程处理得到标签在翻转恢复时间ti内的变形（即该流速下标签的位置坐标相对于静态流体标签位置坐标的位移），从而得到速度，根据标签上的信号强度和标签下游亮纹上的信号强度代入公式4得到标签上的温度。附图说明

[0026] 图1是本发明的流体速度与温度同步测量系统结构示意图。

[0027] 图2是核磁管图，外套管中流动氟油以控温，内管内为待测试样。

[0028] 图3是入口流量为3ml/min时，用翻转恢复标签序列得到的经图像后处理软件得到的图像，流体从核磁管下方注入。图中选用的翻转恢复标签序列标签数为7，ti值为140ms。

[0029] 图4是流动静止时用翻转恢复标签序列得到的经图像后处理软件处理后的图像。序列参数和图3中翻转恢复序列参数完全一致。

[0030] 图5是图3和图4两幅图用matlab转化为矩阵后核磁管中轴线上的信号强度分布。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图并用最佳的实施例对本发明作详细说明。

[0032] 含氢质子均匀流体速度温度同时快速测量方法，其操作步骤如下：

[0033] （1）首先用图1所示的循环泵往核磁管（图2）中由下方往上注入含氢质子的待测流体，待核磁管注满后停止注入，调节温度控制氟油循环单元的温度，等足够长时间核磁管中液体温度稳定。设置某一TR1值，用多层自旋回波序列对该静态液体进行图像采集，再设置另一TR2值用多层自旋回波序列进行第二次采集，两次测量序列除重复时间TR外其他所有参数一致。用matlab读入两幅图，将其信号强度分别进行平均得到SI1和SI2，用公式2计算该流体在该温度下的纵向弛豫时间T1值。

[0034] （2）改变温度控制氟油循环单元的温度，待温度稳定后重复（1）中步骤，直到测得足够多不同温度点的T1值。

[0035] （3）根据公式3的关系用matlab进行T1-T的指数函数拟合，得到常数A,B,C的值。

[0036] （4）将图1中循环泵设置某一流速，设置合适的翻转恢复时间ti值和标签个数m（图3，图4和图5的m值设为7），设置适当的视野区域（FOV）和分辨率大小，核磁管管壁用温度控制氟油循环单元在某一恒定温度，用翻转恢复标签序列进行流体拍摄。

[0037] （5）用和步骤4相同的翻转恢复标签序列拍摄静态时的该流体。

[0038] （6）用matlab读入翻转恢复标签序列得到的图像，将图像转化为数值矩阵；求出矩阵每一列的m个最大值和m个最小值。m个最小值代表m个标签上的信号强度SIz，m个最大值代表标签邻近下游的信号强度。

[0039] （7）温度计算：根据每个标签的信号强度SIZ和下游信号强度，代入公式4求出标签的温度值。

[0040] （8）速度计算：用matlab图像处理工具箱得到读入图像的数值矩阵，求出该图像矩阵每一列的m个标签位置（m个最小值的位置坐标），再用matlab求出静态的翻转恢复标签序列图像每一列的m个标签坐标，两个相对应的标签纵坐标之差（图5中的后7个最小值的坐标之差，第一个最小值为入口段的干扰造成），即为恢复时间ti时间内该列流体的位移，从而算出图像矩阵每一列流体流速。

标题	发布/更新时间	阅读量
评价固井水泥浆体系活性自修复能力的实验装置与方法	2020-05-15	200
一种链路重建方法、装置和计算机可读存储介质	2020-05-12	380
一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法	2020-05-13	146
一种测量长间隙空气交流电弧介质恢复强度的方法	2020-05-11	523
一种锌离子的检测方法	2020-05-17	51
三椎治疗仪	2020-05-14	451
开关电器弧后介质恢复强度纳秒连续脉冲测量装置及方法	2020-05-11	621
蚀刻损坏的低K电介质材料的修复和强度恢复	2020-05-11	801
一种运动疲劳恢复设备	2020-05-15	809
一种真空灭弧室用的铁芯	2020-05-16	819

一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方法

一种多孔介质内流体速度与温度同步测量的磁共振成像方

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：