[发明专利]一种磁共振成像超导磁体最短长度的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像超导磁体的设计方法。

背景技术

磁共振成像系统所用的超导磁体是能够在一个成像区域内产生轴向磁感应强度均匀分布的空间磁场。对于全身成像系统而言，一般成像区域为直径为40～50cm的球形区域，其磁场峰峰值不均匀度需优于20ppm。磁共振成像系统超导磁体一般需在一个具有矩形截面的预布置线圈区域内合理地布置多对螺线管线圈，所有螺线管线圈共同作用并在成像区域产生高均匀度的空间磁场分布，矩形截面的预布置线圈区域由最小内直径、最大外直径和长度三个参数来表征。对于全身成像磁共振系统而言，预布置线圈区域的最小内直径一般设定为1.0m，最大外直径一般设定为最小内直径的两倍，预布置线圈区域的长度可由电磁设计人员根据系统参数综合考虑后决定。

磁共振成像系统的类型可分为两类，即：开放式和封闭式。开放式磁共振成像系统包括两个平面型低温容器，螺线管线圈对称地安装在两个低温容器内，低温容器之间提供了较大的开放空间。封闭式磁共振成像系统中的超导螺线管线圈安装在空心圆柱型低温容器内，空心圆柱型低温容器提供一个圆柱形隧道检测空间。开放式磁共振成像系统相比于传统封闭式磁共振成像系统而言，其螺线管线圈相对于成像区域较远，螺线管线圈的磁场利用率较低且线圈结构复杂，因此，开放式磁共振成像系统的磁场强度比较低，一般低于0.7T。封闭式磁共振成像系统在成像区域具有较好的磁场强度和磁场质量，因此，封闭式磁共振成像系统得到了大规模普及，然而封闭式磁共振成像系统的最大缺点是患者进入狭长的隧道形检测空间后普遍会表现出紧张和不安等情绪。

目前，国内、外各大磁共振成像系统生产厂商都朝着如何有效提高系统开放性的方向发展，而对于封闭式磁共振成像系统而言，超导磁体的长度决定了系统的开放性，在预布置线圈区域的最小内直径和最大外直径、成像区域的中心磁感应强度、成像区域的形状和磁场均匀度以及5高斯杂散场范围等系统参数不变的情况下，随着超导磁体长度的不断缩短，超导磁体中螺线管线圈中最高场强和电磁力也将不断增大，超导磁体的稳定性也会相应下降，因此，需要综合考虑各系统参数和超导磁体长度之间的关系，方可设计出性能优越的磁共振成像系统。

中国发明专利CN102707250B提出了一种磁共振成像超导磁体的设计方法，该方法在整个预布置线圈区域进行网格划分求解线圈位置，通过线性规划和非线性规划相结合的方法实现全局最优解；美国专利US5721523A为美国通用公司提出的短腔磁共振成像超导磁体中螺线管线圈拓扑结构设计，专利中分别给出了短腔开放式和封闭式磁共振成像超导磁体中螺线管线圈的分布情况。中国发明专利CN102707250B和美国专利US5721523A均未说明短腔磁共振成像超导磁体系统中最短长度的计算方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有短腔磁共振成像超导磁体设计方法中难以对超导磁体的长度进行约束的缺点，提出一种通过循环迭代计算来获取磁共振成像超导磁体预布置线圈区域的最短长度的方法。本发明可有效提高磁共振成像系统的开放性和患者检测时的舒适度。

本发明采用的技术方案如下：

首先设置磁共振成像超导磁体所需的系统参数，所述的系统参数包括：预布置线圈区域的最小内直径和最大外直径、线圈中加载的平均电流密度、成像区域的中心磁感应强度、成像区域的尺寸、磁场峰峰值均匀度，以及5高斯杂散场范围。然后进行循环迭代计算，获取满足系统参数条件下的磁共振成像超导磁体的最短长度。所述的循环迭代计算包括固定长度步长的粗调步骤和可变长度步长的自适应步骤。本发明方法设计的超导磁体的尺寸精度可优于1cm。

所述的固定长度步长的粗调步骤中，每步循环中的预布置线圈区域的长度变化量是固定值，采用电磁场逆问题求解器进行优化计算，获取满足系统参数条件的磁共振成像超导磁体的粗调长度。

所述的可变长度步长的自适应步骤中，每步循环中的预布置线圈区域的长度变化量是可变的，采用电磁场逆问题求解器进行优化计算，判断是否满足系统参数条件，并且判断预布置线圈区域长度变化量是否小于1cm，最终获取满足系统参数条件的磁共振成像超导磁体预布置线圈区域的最短长度，该最短长度的精度优于1cm。