[发明专利]自屏蔽超导核磁共振成像系统梯度线圈设计方法

权利要求书

1.一种自屏蔽超导核磁共振成像系统梯度线圈设计方法，其特征在于：所述设计方法 首先将自屏蔽超导核磁共振成像系统的主线圈骨架区域和屏蔽线圈骨架区域划分为三维连 续三角网格节点，将成像区域中病人床以上球形表面部分和外部5高斯杂散场约束圆柱体表 面均匀划分成多个目标场点；根据边界元方法，计算自屏蔽超导核磁共振成像系统主线圈骨 架区域和屏蔽线圈骨架区域内的网格节点对目标场点产生的轴向磁感应强度系数矩阵；通过 正则化方法建立优化计算模型，以网格节点的流函数作为优化变量，然后利用L-曲线法选择 正则化参数λ，使得实际线圈产生的磁场与目标磁场分布的偏差满足设计要求，同时使网格 节点流函数的变化率最小，从而获得网格节点流函数值的最优解；最后通过网格节点流函数 与线圈绕线分布之间的关系，将流函数的最小值和流函数的最大值区间划分为N_level个等长 度的小区间，通过流函数的等高线，即得到实际的线圈分布图。

2.根据权利要求1所述的自屏蔽超导核磁共振成像系统梯度线圈设计方法，其特征在 于：所述的计算自屏蔽超导核磁共振成像系统主线圈骨架区域和屏蔽线圈骨架区域内的网格 节点对目标场点产生的轴向磁感应强度系数矩阵的方法如下：

(1)根据边界元方法，将自屏蔽超导核磁共振成像系统的主线圈骨架区域和屏蔽线圈 骨架区域内每个网格节点的流函数表示成与之相关联的网格节点基函数的线性叠加，即：

其中，N是主线圈骨架区域和屏蔽线圈骨架区域表面网格节点的总数，I_n每个网格节 点的流函数，为拉普拉斯算子，n(r')是主线圈骨架和屏蔽线圈骨架表面的单位法向量，r' 是原点到主线圈骨架和屏蔽线圈骨架表面网格节点的方向矢量，f_n(r')是每个网格节点的流 函数基函数；

(2)利用毕奥萨伐尔定律，计算主线圈骨架区域和屏蔽线圈骨架区域内网格节点的基 函数对成像区域中病人床以上球形表面部分和外部5高斯杂散场约束圆柱体表面的目标场点 产生的轴向磁感应强度系数矩阵：

Bz(r,r′)≈μ04πΣn=1NIn∫S′fnx(r′)(y-y′)-fny(r′)(x-x′)|r-r′|2dS′]]>

其中，μ₀是真空磁导率，大小为4π×10^-7牛顿每平方安培，N是主线圈骨架区域和屏 蔽线圈骨架区域表面网格节点的总数，r是原点到目标场点的方向矢量，f_nx(r')是流函数基 函数的x方向分量，f_ny(r')是流函数基函数的y方向分量。x、y是原点到骨架表面网格节点 的坐标，x'、y'是原点到目标场点的坐标，dS'为主线圈骨架区域和屏蔽线圈骨架区域表面 单元面积。

3.根据权利要求1所述的自屏蔽超导核磁共振成像系统梯度线圈设计方法，其特征在 于：所述的优化计算模型的建立方法为：通过正则化方法建立的优化计算模型包含两部分， 第一部分为主线圈骨架区域和屏蔽线圈骨架区域内的网格节点在目标场点处产生的轴向磁 感应强度与期望得到的目标磁感应强度之间的偏差，第二部分为网格节点的流函数曲率的平 方和；以网格节点的流函数作为优化变量，利用L-曲线法选择“L”曲线拐点处的正则化参数 值作为优化模型的正则化参数λ。