[发明专利]一种考虑镜像电流的梯度线圈等效磁偶极子设计方法

说明书

本发明涉及一种考虑镜像电流的梯度线圈等效磁偶极子设计方法，属于磁共振成像技术领域。该方法在考虑高磁导率的抗涡流板影响的情况下，设计出高线性度的梯度线圈，在设计的过程中，将抗涡流板和梯度线圈本身看做是产生梯度磁场的源，预先考虑抗涡流板对梯度磁场的影响。该方法设计出的梯度线圈，与传统梯度线圈设计结果相比，在目标区域产生的磁场线性度有明显的提升，梯度磁场线性度的提升对于图像质量的提升有明显益处，与传统方法设计出的梯度线圈相比，可明显减小图像的扭曲和变形，使得图像的定位准确，更能反映被成像物体的真实结构。

技术领域

本发明属于磁共振技术领域，涉及一种考虑镜像电流的梯度线圈等效磁偶极子设计方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)是一种利用核磁共振原理来进行成像的医学影像技术。梯度线圈是MRI系统的核心部件之一，梯度线圈的主要作用是提供磁共振系统的编码磁场。梯度线圈中通过电流会产生梯度场，其强度与空间坐标成线性关系。衡量梯度线圈产生的梯度场质量最主要的指标是线性度。用传统的方法优化得到的梯度线圈，在没有抗涡流板的影响时，在目标区域产生的磁场有着很好的线性度，实际磁体中由于梯度线圈正下方有高磁导率的抗涡流板存在，抗涡流板会对目标区域的梯度磁场产生明显的影响，现有的优化方法只能单独考虑梯度线圈在目标区域产生的磁场，未考虑抗涡流板对梯度线圈的影响，在实际磁体中，由于抗涡流板的强烈影响，梯度磁场会被明显扭曲，影响梯度线圈产生的磁场，破坏目标区域梯度磁场的线性度，导致图像扭曲。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种考虑镜像电流的梯度线圈等效磁偶极子设计方法，该方法能够在抗涡流板存在的情况下，依然保持目标区域磁场的线性度，以解决现有技术中缺少精确、有效的梯度线圈优化方法的问题。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种考虑镜像电流的梯度线圈等效磁偶极子设计方法，该方法包括以下步骤：

S1：将梯度线圈下方由多个很薄的硅钢片叠压而成的复杂结构抗涡流板等效为一个具有均一磁导率的磁性平板，根据抗涡流板的叠压几何结构参数计算等效磁性平板的磁导率；

S2：将梯度线圈布线区域剖分成若干个小电流环，小电流环称为梯度磁偶极子，将代表抗涡流板的磁性平板等效为若干镜像小电流环，称为镜像磁偶极子，镜像磁偶极子的尺寸与梯度磁偶极子的尺寸相同，且镜像磁偶极子和梯度磁偶极子的电流存在倍数关系；

S3：确定代表抗涡流板的镜像磁偶极子的电流与代表梯度线圈的梯度磁偶极子的电流之间的倍数关系；

S4：得到目标区域梯度磁场与磁偶极子电流之间的关系，梯度磁场由代表梯度线圈的梯度磁偶极子和代表抗涡流板的镜像磁偶极子产生的磁场共同叠加而成；

S5：建立梯度线圈优化模型，优化变量为代表梯度线圈的梯度磁偶极子中的电流大小，优化目标是在抗涡流板存在的条件下，使得目标区域的磁场尽可能逼近设定的高线性度的梯度磁场，同时满足线圈能量损耗最小化的约束；

S6：利用最小二乘法求解优化目标，得到最优的磁偶极子的电流大小，磁偶极子的电流分布即为代表梯度电流密度分布的流函数，流函数的等高线为梯度线圈的实际布线路径。

可选的，所述S1～S3具体为：

将梯度线圈下方由多个很薄的硅钢片叠压而成的复杂结构抗涡流板等效为一个具有均一磁导率的磁性平板，w代表磁性平板的厚度，等于抗涡流板本身的厚度，z₀为抗涡流板到梯度线圈的距离；等效磁性平板的磁导率μ_e由以下公式计算得到：

μ_e＝gμ+(1-g)μ₀

g＝t_steel/(t_air+t_steel)