[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

说明书

本发明公开了基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，该方法对于已知的M个线圈的结构信息，以及待设计的线圈的相关参数及设计要求，首先在线圈布线区域内定义一组电流密度基函数；然后根据电流密度展开式以及已知线圈结构，求出待设计线圈与已知线圈之间的互感，在优化线圈结构时，将该互感满足某一给定的值作为线圈设计的约束条件来优化线圈骨架上的电流密度分布，进而通过电流密度分布得到线圈的形状。本发明方法能够极大的减小所设计的线圈组件之间的耦合问题，而且几乎不影响线圈本身的性能。该方法适用于设计梯度线圈、匀场线圈、超导磁体、防磁干扰线圈等磁共振线圈组件。

技术领域

本发明涉及一种去耦合线圈设计方法，更具体地涉及核磁共振成像系统中的线圈组件去耦合设计方法。

背景技术

在工程中，在很多情况下都要求线圈之间不存在耦合，例如核磁共振中的线圈组件。在磁共振系统中，包含很多的线圈，例如超导磁体线圈、防磁干扰线圈、梯度线圈、匀场线圈等，这些线圈在磁共振系统中的分布如图1所示。在磁共振系统中，超导磁体线圈分布在最外侧，与其相邻的是防磁干扰线圈、匀场线圈、梯度线圈。梯度线圈有三个，其作用是在成像区域产生沿X/Y/Z三个方向线性变化的梯度磁场，分别用于实现层面选择、频率编码、相位编码功能。匀场线圈的作用是补偿主磁体产生的背景场，提高背景场的均匀度。根据电磁场理论，磁场可以用谐波系数展开，每一个匀场线圈对应一个谐波分量。因此理论上，匀场线圈有无限多个。目前在核磁共振系统中，最常用的为三阶以下的匀场线圈。其中B0,Z,Z2,Z3为纵向匀场线圈，其结构由若干个圆环构成。其他线圈为横向匀场线圈。因为梯度线圈也可用作匀场，下面我们将梯度线圈与匀场线圈统一称为匀场线圈。

在设计匀场线圈时，各线圈之间的耦合是需要特别注意的问题。当线圈为对称结构时，通过分析可以推出，大部分三阶以下的线圈之间不存在耦合问题。因此，对于具有对称结构的匀场线圈来说，在线圈设计阶段不需要过多的考虑线圈之间的耦合问题。但是对于具有非对称结构的匀场线圈来说，由于线圈结构的对称性被破坏，因此各线圈之间可能会存在耦合。如果线圈之间耦合过大，则会对成像造成严重的影响。消除线圈之间耦合最好的办法，是在设计时将线圈之间的耦合降低到最小。

发明内容

发明目的：本发明目的在于采用构造电流密度的方法设计线圈，给出一种基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法。采用该方法能够保证所设计的线圈与已知线圈之间的耦合足够的小，从而有效避免线圈之间的电磁干扰。

技术方案：本发明提供的一种基于电流密度展开的磁共振线圈去耦合设计方法，主要包括：

在线圈布线区域内构造一组电流密度基函数，电流密度J的表达式可以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，以及待设计线圈的布线区域等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：