[发明专利]磁共振成像横向梯度线圈的一种计算机辅助设计方法

说明书

技术领域

本发明属于应用超导技术领域，尤其涉及动物超导磁共振成像系统的梯度线圈设计。

背景技术

磁共振成像是一种基于核磁共振现象进行成像的技术。梯度线圈是磁共振成像系统中的重要组成部分，其作用是产生叠加在主磁场方向上而磁感应强度沿坐标方向线性变化的磁场。其性能指标主要有：

(1)梯度场强度，指成像区域内单位长度上的磁感应强度变化率。

(2)梯度场线性度，描述梯度场强度在成像空间内的均匀程度，其一种定义方法为

d=Gmax-GminGmax+Gmin*2*100%]]>

其中，G_max和G_min分别为成像空间内某一方向梯度场强度的最大值和最小值。

(3)线圈电感，影响梯度磁场的建立时间，从而影响磁共振成像系统的成像速度。

磁共振系统中的梯度线圈由XYZ三组梯度线圈组成，其中梯度方向沿主磁场方向的线圈为纵向梯度线圈，而梯度方向与主磁场方向垂直的线圈为横向梯度线圈。

传统的横向线圈为双鞍形线圈组，一个线圈组由四匝对称的鞍形线圈组成，可以在中心点附近产生梯度磁场。单个双鞍形线圈组产生的梯度磁场的强度和线性度一般都达不到磁共振成像的要求，故通常需要使用多个双鞍形线圈组。

目前横向梯度线圈的设计方法主要有两类：一类是正向设计方法，即预先确定线圈的基本形状，以实现线圈空间轨迹的参数化描述，通过电磁计算可以得到线圈的性能指标与线圈空间轨迹参数之间的关系，最后采用优化的方法来确定线圈的空间轨迹参数；另一类逆向设计方法，如目标场法，即已知梯度场的形态，然后反解出实现该梯度场的电流密度分布，再对电流密度进行离散，进而可得到线圈的空间轨迹。正向设计法的优点是简单直接，便于工程计算与实现；而其缺点在于线圈的线性度等性能指标与预先确定的线圈形状关系很大，难以实现线圈性能的全局最优。逆向设计法的优点在于可以根据场的形态精确地求解出实现该场的电流密度分布；而其缺点在于计算较为复杂，另外计算过程中的“变迹”及最后对电流密度离散时都存在误差，从而导致线圈性能下降。

本发明针对正向设计法存在的问题，提出一种类椭圆双鞍形线圈的基本形状，基于该形状的横向梯度线圈优化设计方法具有计算简单直接，设计结果便于加工制作的优点，可实现很好的线性度；

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于磁共振成像横向梯度线圈的计算机辅助设计方法，主要应用于超导动物磁共振系统横向梯度线圈设计。

本发明的特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，以类椭圆双鞍形线圈组作为所述横向梯度线圈的基本形状：

首先，所述计算机在XOZ平面上，作一个以坐标原点O为中心的矩形，作出其内接椭圆，长半轴为X₀，短半轴为Z₀，设定一个形状参数A，A∈(-1，+∞)，改变所述椭圆的轨迹，生成一个类椭圆：

当A≥0时，所述类椭圆向四周膨胀拉伸，所述类椭圆上一个任意点P(x，z)应满足方程：