[发明专利]一种非平面梯度线圈的设计方法

说明书

本发明公开了一种非平面梯度线圈的设计方法，本发明设计的非平面梯度线圈是两个圆面弯绕一定角度后形成的两个弧形面组成，首先在球体上划分目标点，采用球谐函数分别计算出梯度线圈在目标点上的磁场值，然后读取三角网格的各个顶点和面，优化顶点和面的排布顺序，根据边界元法设置导线尺寸，计算源点区通电导线对场点的贡献值，约束非平面梯度线圈功耗和储能最小，求出非平面梯度线圈功耗和储能最小，求出非平面梯度线圈上电流密度分布，最后通过流函数法得到非平面梯度线圈的绕线形状。本发明采用上述的非平面梯度线圈的设计方法，可以增加梯度线圈和极头之间的间距，降低梯度线圈在极头上产生的涡流，提高开放式MRI系统的图像质量。

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统部件设计领域，特别是涉及一种非平面梯度线圈的设计方法。

背景技术

磁共振成像(Manetic Resonance Imaging MRI)技术是多技术交叉的技术，包括电磁学、数字信号处理、生物医学和原子物理学等学科，相对于其他医学成像技术而言，MRI具有无辐射、分辨率高和图像质量清晰等优点，因而MRI技术在医学检查中具有重要的临床应用价值，由于梯度线圈快速切变，会在磁体极头上产生涡流，涡流产生的电磁场叠加到主磁场中会影响主磁场的均匀性，降低MRI的图像质量，增加梯度线圈与极头之间的距离可有效降低涡流，而开放式MRI成像系统所采用的梯度线圈为平板式结构，由于磁体开口间距的限制，平板式梯度线圈与极头之间间距不能太大，因而采用较为复杂的硅钢片叠片来抑制梯度线圈所产生的涡流。

本发明专利为了解决上述开放式MRI磁体采用平板式梯度线圈在极头上产生涡流大的问题，提出了一种非平面梯度线圈的设计方法，可以降低梯度线圈在极头上产生的涡流，提高开放式MRI系统的图像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种非平面梯度线圈的设计方法，可以降低梯度线圈在极头上产生的涡流，提高开放式MRI系统的图像质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种非平面梯度线圈的设计方法，其步骤如下。

步骤一：用MATLAB建模双平面梯度线圈，将线圈平面进行三角网格划分，得到顶点坐标并排序顶面和三角面。

步骤二：弯绕平面梯度线圈，将顶点坐标乘以弯绕角度η(0°η180°)，得到弯绕后的非平面梯度线圈形状，并计算弯绕后梯度线圈的顶点坐标值。

步骤三：定义成像区域目标点的坐标。

步骤四：根据球谐函数计算出非平面梯度线圈在目标点的磁场值。

步骤五：根据边界元法和给定的导线尺寸，通过毕奥萨伐尔公式计算源点区域通电导线对成像区域目标点的磁场贡献值。

步骤六：计算源点的功耗矩阵和储能矩阵。

步骤七：根据Quadratic Programming二次规划方法，约束非平面梯度线圈的功耗最小，计算出梯度线圈上电流的大小和方向。

步骤八：通过流函数法得到非平面梯度线圈的实际绕线形状。

步骤九：根据梯度线圈的绕线形状，验证非平面梯度线圈是否满足目标磁场值误差要求，如果不满足，则需要修改功耗矩阵和储能矩阵的权重系数直到磁场值满足目标磁场值误差要求。

优选的，所述步骤三中定义成像区域目标点坐标的方法为：将球体进行划分，每个球体分成16层，每层每隔11.6°设定一个测试点，一共496个测试点，用MATLAB求出这些坐标点的坐标值，得到场坐标点F(x1,y1,z1)。

优选的，所述步骤四中计算目标点磁场值的方法为：场坐标点坐标值与梯度强度的乘积，即：

G_x＝G*C_x(x,y,z)

G_y＝G*C_y(x,y,z)