[发明专利]一种乳腺专用MRI梯度线圈的设计方法

说明书

本发明公开了一种乳腺专用MRI梯度线圈的设计方法，首先根据人乳腺形状仿形建立梯度线圈的网格，设定目标区域的磁场值，通过边界元法和流函数相结合的方法分别求出梯度线圈网格节点上的电流值大小和线圈形状，根据人机工程学中关于成年人乳腺尺寸来设计网格尺寸和目标点区域，然后根据目标点区域坐标和设计的梯度线圈磁场强度来设计目标点磁场值大小，最后通过二次规划求解出乳腺专用MRI梯度线圈的形状。本发明采用上述结构的乳腺专用MRI梯度线圈的设计方法，可增加梯度线圈与极头之间的间距，降低梯度线圈在极头中产生的涡流，同时在保证成像视野内线性梯度磁场的前提下，可降低乳腺专用MRI梯度线圈自身产生的功耗。

技术领域

本发明涉及一种乳腺专用MRI梯度线圈的设计方法。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging MRI)技术是多学科交叉的技术，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，由于以上优点，MRI技术在医学检查中具有重要的临床应用价值，梯度线圈在MRI系统中实现磁共振信号的空间定位，常见的开放式磁共振成像系统中所使用的梯度线圈为平板式梯度线圈，对于开放式MRI系统，开口间距一定的条件下，梯度线圈的厚度是影响主磁场强度的最主要因素，由于梯度线圈距离极头间距近，开放式MRI系统所采用的的梯度线圈是自屏蔽和抗涡流盘的组合形式，增加了极头之间的间距，降低了开放式MRI系统的主磁场强度，限制了开放式MRI的主磁场强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种乳腺专用MRI梯度线圈的设计方法，来解决开放式磁共振设备中磁体主磁场强度低、涡流大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种乳腺专用MRI梯度线圈的设计方法，可增加其与极头之间间距，降低梯度线圈在极头中产生的涡流，同时，在保证成像视野内线性梯度磁场前提下，可降低乳腺专用MRI梯度线圈的尺寸和其自身产生的功耗。

本发明首先根据人乳腺形状仿形建立梯度线圈的网格，设定目标区域的磁场值，通过边界元法和流函数相结合的方法分别求解出梯度线圈网格节点上的电流值大小和线圈形状。根据人机工程学中关于成年人乳腺尺寸来设计网格尺寸和目标点区域。根据目标点区域坐标和设计的梯度线圈磁场强度来设计目标点磁场值大小。通过二次规划求解出乳腺专用MRI梯度线圈的形状。

本发明的具体步骤如下：

第一步：设定梯度线圈参数和目标点，采用blender2.7软件根据人乳腺形状仿形对梯度线圈进行三角网格划分，即将梯度线圈离散成节点和三角面，将网格节点导出成.obj格式，通过matlab对.obj格式文件处理得到源点坐标点S(x,y,z)。

第二步：计算成像区域目标点坐标值并以此计算理想梯度磁场值，用matlab将椭球体分成16层，每隔11.6°设定一个测试点，总共设置496个测试点，并求出这些测试点的x、y、z坐标，得到场坐标点F(x,y,z)，目标梯度磁场值为10mT/m，球面上目标点磁场值为坐标点z坐标值与梯度强度乘积，即：

G_z＝G*z

公式中G_Z为给定目标区域内目标点的梯度磁场值，单位为mT；G为给定线性区域梯度强度，单位为mT/m；z为目标点z方向坐标值，单位为m。

第三步：根据边界元法与设置的梯度线圈导线尺寸，计算源点区域通电导线对场点的贡献值，将源点区域离散化，离散成顶点和三角面，采用排序程序，对源点顶点和三角面进行排序，得到离散顶点的坐标值S(x,y,z),根据毕奥萨伐尔公式：

公式中为源点导线对场点磁感应强度的贡献值；μ₀为真空磁导率；dl为源点区域通电导线的长度；r为源点到场点的距离；I为源点导线上电流值；θ为通电导线与源点和场点连线之间夹角。