[发明专利]一种基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法

权利要求书

1.一种基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，其特征在于，所述的设计方法采用基于电流密度展开的方法，在线圈布线区域内构造一组电流密度基函数，并且将电流密度的表达式表示为基函数与其系数的组合：

式中J_i(r),i＝1,2...N,为构造的电流密度基函数，x＝{x₁,x₂，...x_N}为待求系数，N为基函数个数，r为布线区域内任意一点处的坐标矢量；

已知已设计好的M个线圈的结构信息，以及待设计线圈的相关参数及设计要求，在优化线圈结构时，构建的优化问题中包含以下约束条件：

上式中，μ₀为真空磁导率，I₀为待设计线圈内的电流幅值，I_j为第j个已知线圈内的电流幅值，r为布线区域内任一点处的坐标矢量，r′_j为第j个已知线圈内任一点处的坐标矢量，J(r)为待设计线圈内的电流密度，J_j(r′_j)为第j个已知线圈内的电流密度，V为待设计线圈的布线区域，dv为布线区域内的体积分微元，V_j为第j个已知线圈所在的区域，dv_j为第j个已知线圈所在区域内的体积分微元，L_j为待设计线圈与第j个已知线圈之间的互感，ε_j为待设计线圈与第j个已知线圈之间所允许的最大互感，M为正整数。

2.根据权利要求1所述的基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，其特征在于，已知线圈为线结构，待设计线圈分布区域为二维面结构，互感约束条件的表达式如下：

上式中，S与ds为待设计线圈所在的二维布线区域及该区域内的面积分微元，L_j与dl为第j个已知线圈所在的曲线以及该曲线内的矢量线积分微元。

3.根据权利要求1所述的基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，其特征在于，采用内点法对所构建的优化问题进行求解。

4.根据权利要求1所述的基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，其特征在于，所设计线圈为梯度线圈或匀场线圈，待优化的目标函数表达式为：

式中，K为采样点个数，r_k为第k个采样点处的坐标矢量，w₁(r_k),w₂为权重系数，B_z,des(r_k)为采样点r_k处期望的磁感应强度z方向分量，B_z(r_k)为待设计线圈内的电流密度在采样点r_k处产生的磁感应强度值，W为待设计线圈的储能。

5.根据权利要求4所述的基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，其特征在于，待设计线圈的储能的表达式为：

式中，r与r'为积分区域内任意两点处的坐标矢量，J(r)与J(r')为r与r'处的电流密度，S为待设计线圈所在的面，ds与ds'均为S内的面积分微元。

6.根据权利要求4所述的基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，其特征在于，线圈之间的互感最大值ε_j,j＝1,2....M不超过1μH。