利用mri測量流體性質(zhì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通常設(shè)及利用MRI測量流體性質(zhì)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Maneval等人的美國專利5, 532, 593公開了一種利用核磁共振獲取關(guān)于流體的流 變信息的裝置和方法。流經(jīng)管道的流體用核磁共振成像信號處理W獲得流體的速度分布 圖。同時獲取沿所述管道的兩個點(diǎn)之間的壓力梯度。接著，從速度分布圖確定剪切速率，并 且，從壓力梯度確定剪切應(yīng)力。從單一的速度分布圖獲得剪切速率數(shù)據(jù)，其范圍為在管道中 屯、的零至在管道壁的最大剪切速率。替代性地，可W采用相同方式獲得和利用速度譜。由 此，可W從在壓力梯度的特定值采取的單個核磁共振圖像獲得剪切應(yīng)力對剪切速率曲線。 然而，美國專利5, 532, 593僅教導(dǎo)了徑向（二維，2D)的速度分布圖。
[0003] Wollin的專利5, 757, 187公開了一種設(shè)備和方法，其中利用弱振蕩梯度來調(diào)制共 振成像裝置的自旋角動量，從而在接收線圈中產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號可W同步解調(diào)，W 產(chǎn)生含有振蕩頻率梯度的積分諧波的周期包跡。對該周期包跡進(jìn)行同步檢測，連續(xù)產(chǎn)生該 包跡的單獨(dú)的諧波分量，接著，該諧波分量通過矩陣解法使積分方程式接近線性變換，該線 性變換沿振蕩梯度方向產(chǎn)生橫向磁化的拉東變換（Radontransform),從而允許圖像重建。 截?cái)鄠斡氨幌?。來自接收線圈的輸出信號的脈沖譜的同步解調(diào)和同步檢測抑制連續(xù)光 譜的約翰遜噪聲。在多個時段同步檢測極弱的高次諧波，改進(jìn)對其中屯、趨勢的估計(jì)。然而， Wollin教導(dǎo)一種測量徑向（2D)速度分布圖的方法，并且Wollin沒有教導(dǎo)從速度數(shù)據(jù)推導(dǎo) 流變參數(shù)的方法。
[0004] 因此，長期W來需要提供一種系統(tǒng)和方法，其用于獲取關(guān)于流動流體的流變信息， 該流變信息不限于徑向（2D)測量值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個目的是，公開一種利用MRI測量流體性質(zhì)的系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是，公開一種用于確定流體的流變性質(zhì)的方法，其包括W下步 驟：
[0007]a.提供開孔管道并在所述孔內(nèi)限定立體像素的S維網(wǎng)格（3DG)，其中所述3DG 中每個立體像素Voxi具有位置（x^yi，Zi);限定至少兩個不同的橫截面，即；入口橫截面 (1C巧和出口橫截面（0CS);并在所述ICS和所述0CS之間的所述孔內(nèi)限定感興趣體積 (V0I)；
[000引b.獲取所述流體的流變性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫；
[0009] C.向所述ICS和所述0CS之間的所述孔施加壓力梯度，從而使所述流體流經(jīng)所述 管道；
[0010] d.對所述V0I內(nèi)的所述流體進(jìn)行NMR成像，所述圖像具有多個、P個切片，每個切 片包括所述3DG內(nèi)的平面；
[0011]e.為每個所述立體像素VoXi從所述圖像確定所述流體的速度Vi;
[001引f.對于每個所述立體像素VoXi，從所述速度Vi計(jì)算剪切速率值（SRV);同時，確定 在所述至少一個ICS和所述至少一個0CS之間的壓力梯度并因此計(jì)算每個立體像素Voxi的 剪切應(yīng)力值（SSV)之前或之后，從所述SRV和所述SSV確定每個立體像素Voxi的至少一個 流變性質(zhì)RPi;
[001引g.比較計(jì)算出的立體像素Voxi的所述至少一個流變性質(zhì)，RPi和來自所述數(shù)據(jù)庫 的立體像素Voxi的儲存RP從而確定立體像素Voxi的流變性質(zhì)差RPW及 [0014]h.從所述RPi組，計(jì)算所述流變性質(zhì)中的3D變化，從而確定流變性質(zhì)差RPi為所 述網(wǎng)格中的位置（Xi，yi，Zi)的函數(shù)。
[00巧]其中，相比每個切片的分辨率，所述流變性質(zhì)差RPi的分辨率乘W了大約P。
[0016] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括從流體類型、流體密度、流體粘 度、流體屈服應(yīng)力，及其任意組合中選擇所述流變性質(zhì)的步驟。
[0017] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括從牛頓流體、假塑性流體、脹流 型流體、賓漢塑性流體，和赫歇爾-己爾克萊流體中選擇所述流體類型的步驟。
[0018] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括識別所述流體中的非均質(zhì)區(qū)域 的步驟。
[0019] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，其中所述流體中的所述非均質(zhì)區(qū)域選自；氣泡、 液泡、分層區(qū)域、沉淀區(qū)域、分解乳劑區(qū)域，和不完全混合區(qū)域。
[0020] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，所述方法另外包括從所述速度圖像確定流陣面 并且通過所述流陣面形狀的不規(guī)則性識別端流區(qū)域的步驟。
[0021] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，所述方法另外包括通過速度場中禍流的存在識 別端流區(qū)域的步驟。
[0022] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，所述方法另外包括在顯示設(shè)備上顯示所述3D 速度圖像的步驟。
[0023] 本發(fā)明另一目的是公開一種在上文限定的方法中操作的NMR系統(tǒng)。
[0024] 本發(fā)明的另一目的是公開一種確定流經(jīng)管道的流體的流變性質(zhì)的方法，其包括W 下步驟：
[0025] a.提供開孔管道并在所述孔內(nèi)限定立體像素的S維網(wǎng)格（3DG)，且在所述3DG 中每個立體像素Voxi具有位置（x^yi，Zi);限定至少兩個不同的橫截面，即；入口橫截面 (1C巧和出口橫截面（0CS);并在所述ICS和所述0CS之間的所述孔內(nèi)限定感興趣體積 (V0I)；
[0026] b.向所述ICS和所述0CS之間的所述孔施加壓力梯度，從而使所述流體流經(jīng)所述 管道；
[0027] C.對所述V0I內(nèi)的所述流體進(jìn)行NMR成像，所述NMR圖像具有多個、P個切片，每 個切片包括所述3DG內(nèi)的平面；
[0028] d.為每個所述立體像素Voxi從所述圖像確定所述流體的速度V
[0029] e.對于每個所述立體像素VoXi，從所述速度Vi計(jì)算剪切速率值（SRV);同時，確定 在所述至少一個ICS和所述至少一個0CS之間的壓力梯度并從而計(jì)算每個立體像素VoXi的 剪切應(yīng)力值（SSV)之前或之后，從所述SRV和所述SSV確定每個立體像素Voxi的至少一個 流變特性RPi;
[0030] f.產(chǎn)生至少兩組立體像素，{VoXa}組包括至少一個立體像素V0Xa，i, {Voxe}組包括 至少一個立體像素VoXbi，{Voxa}組中的立體像素的位置與{Voxe}組中的立體像素的位置 在系統(tǒng)化方式上不同，{Voxa}組中的每個立體像素VoXa，i在{VoxJ組中具有對應(yīng)的立體像 素{VoXb};
[0031] g.對于所述至少一個流變性質(zhì)，對于所述至少兩組立體像素，比較{VoXa}組中的 每個立體像素V〇Xa，i的流變性質(zhì)RPa，i和{Voxe}組中對應(yīng)立體像素的流變參數(shù)RPe，j, 從而確定在相對位置（Xk，yk，Zk)的流變性質(zhì)差RPu;W及
[0032] h.從所述RPi組，計(jì)算所述流變性質(zhì)中的3D變化，從而確定流變性質(zhì)的相對差RPi 關(guān)于所述網(wǎng)格中的相對位置（Xi，yi，Zi)的函數(shù)。
[0033] 其中相比每個切片的分辨率，所述流變性質(zhì)差RPi的分辨率大約乘WP。
[0034] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括從流體類型、流體密度、流體粘 度、流體屈服應(yīng)力，及其任意組合中選擇所述流變性質(zhì)的步驟。
[0035] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括從牛頓流體、假塑性流體、脹流 型流體、賓漢塑性流體，和赫歇爾-己爾克萊流體中選擇所述流體類型的步驟。
[0036] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括識別所述流體中的非均質(zhì)區(qū)域 的步驟。
[0037] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，其中所述流體中的所述非均質(zhì)區(qū)域選自：氣泡、 液泡、分層區(qū)域、沉淀區(qū)域、分解乳劑區(qū)域，和不完全混合區(qū)域。
[003引本發(fā)明另一目的是公開所述方法，所述方法另外包括從所述速度圖像確定流陣面 并且通過所述流陣面形狀的不規(guī)則性識別端流區(qū)域的步驟。
[0039] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，所述方法另外包括通過速度場中禍流的存在識 別端流區(qū)域的步驟。
[0040] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，所述方法另外包括在顯示設(shè)備上顯示所述3D 速度圖像的步驟。
[0041] 本發(fā)明另一目的是公開一種在上文限定的方法中操作的NMR系統(tǒng)。
[0042] 本發(fā)明另一目的是公開一種用于確定管道中的流動流體的流動特征的方法，該方 法包括W下步驟：提供用于確定管道中的流動流體的流動特征的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：用于 產(chǎn)生流動流體的至少一個圖像的NMR設(shè)備，該NMR設(shè)備至少部分圍繞所述管道，W及用于 從所述流動流體的所述至少一個圖像產(chǎn)生流動流體的至少一個=維（3D)速度圖像的處理 器；使所述流體流經(jīng)所述管道；W及創(chuàng)建所述流動流體的所述至少一個3D速度圖像。從所 述流動流體的所述至少一個3D速度圖像確定至少一個下述特征；流體材料特征、流體材料 非均質(zhì)體的存在、層流的存在和端流的存在。
[0043] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括沿所述管道的多個點(diǎn)測量所述 流體的壓力并且由測得的壓力確定所述流體的壓力梯度的步驟。
[0044] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括將所述壓力梯度轉(zhuǎn)換成流體的 3D剪切應(yīng)力值的步驟。
[0045] 本發(fā)明的另一目的是公開所述方法，該方法另外包括從所述速度圖像確定速度分 布圖并且將3D速度分布圖轉(zhuǎn)換成流體的3D剪切速率值的步驟。
[0046] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括確定施加壓力梯度時流體的剪 切應(yīng)力一剪切速率曲線的步驟。
[0047] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括在3D中從利用流體的剪切應(yīng) 力一剪切速率曲線對所述至少一個3D速度圖像的分析確定流體的流變特征的步驟。
[0048] 本發(fā)明另一目的是公開所述方法，該方法另外包括從流體類型、流體密度、流體粘 度、流體屈服應(yīng)力、指數(shù)n和常數(shù)K中選擇所述流變性質(zhì)的步驟。