基于改进CPMG序列的快速流动表征测量技术：增量回波时间与相位循环在流体分析中的应用

为解决传统磁共振流动测量耗时过长的问题，研究人员开发了一种改进的CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）回波序列技术，通过增量回波时间（τ）和四步相位循环策略，有效抑制相干路径干扰，实现了流动参数（平均流速vavg和流动行为指数n）的高效测定。实验验证显示，该方法将测量时间缩短至原方法的1/N（N为回波数），且与牛顿流体、剪切稀化流体的独立回波测量结果一致，为工业流程监测提供了快速、简化的解决方案。

　　

在工业流程和生物医学领域，精确测量流体流动特性至关重要，但传统磁共振（MR）流动表征技术因需单独采集每个自旋回波而耗时过长，限制了其在实时监测中的应用。尤其对于非牛顿流体（如剪切稀化流体），流速剖面（velocity profile）的复杂性与传统方法的低效性形成矛盾。加拿大新不伦瑞克大学（University of New Brunswick）的Sebastian J. Richard团队在《Journal of Magnetic Resonance》发表研究，提出了一种基于改进CPMG序列的快速测量技术，通过创新性地结合增量回波时间、相位循环和信号滤波，显著提升了流动表征效率。

研究团队采用的关键技术包括：（1）改进CPMG序列设计，通过逐步增加回波间隔（τ）分离直接回波与间接回波；（2）四步相位循环策略抑制非目标相干路径信号；（3）低场永磁体硬件（0.16 T）结合恒定梯度（44 G/cm）简化系统复杂度；（4）Bloch方程模拟验证序列性能。实验以水（牛顿流体）和0.4%黄原胶溶液（剪切稀化流体）为样本，在自制流动环路中验证方法有效性。

2. 基本测量理论

通过功率律模型（σ=mγ?ⁿ）描述流体行为，推导出流速剖面与MR信号相位（?_odd）和幅值（M_?）的解析关系。研究发现，奇数回波相位积累与τ²成正比，而偶数回波无流动敏感性（?_even=0），为数据归一化提供可能。

3. 多回波整合策略

通过扩展相位图（EPG）分析表明，传统CPMG序列的高阶回波受相干路径干扰严重。团队提出三种解决方案：（1）增量τ使回波时空分离；（2）四步相位循环（表2）选择性抑制间接回波；（3）窄带滤波减少离共振信号。仿真与实验证实，该方法可分离前五个奇数回波，且相位循环使信噪比提升3倍。

5. 实验结果

对于牛顿流体（水），改进方法测得v_avg=11.8 cm/s（误差±0.3 cm/s）与标准方法一致；黄原胶溶液的流动行为指数n′=6.6（n=0.18），符合剪切稀化特性。测量时间从2分钟缩短至30秒，且无需静止流体校准。

结论与意义

该研究通过创新序列设计解决了MR流动测量的时效性瓶颈，为工业在线监测（如电池浆料质量控制）提供了实用工具。未来结合压降测量可进一步拓展为非侵入式流变学分析，填补传统方法的空白。论文标志著低场MR技术在流程工业中的应用迈出关键一步。