[发明专利]检测全层皮肤的手持式低梯度单边核磁共振装置

权利要求书

1.检测全层皮肤的手持式低梯度单边核磁共振装置，其特征在于：该装置包括：

单边永磁体结构和射频收发一体线圈(4)；

所述单边永磁体结构包括三组磁铁结构；

所述三组磁铁结构分别为左侧磁铁组(1)、中间磁铁(2)和右侧磁铁组(3)；

所述左侧磁铁组(1)和右侧磁铁组(3)在同一水平面；

所述中间磁铁(2)位于左侧磁铁组(1)和右侧磁铁组(3)之间，且位于左侧磁铁组(1)和右侧磁铁组的水平面下方；

所述左侧磁铁组(1)和右侧磁铁组(3)规格相同；

在XYZ坐标系中，所述左侧磁铁组(1)的磁极指向为Z方向，中间磁铁(2)的磁极指向为-Y方向，右侧磁铁组(3)的磁极指向为-Z方向；

在单边永磁体结构上方产生由左侧磁铁组(1)指向右侧磁铁组(3)的主磁场B₀，磁极指向为Y方向，且在中间磁铁的几何中心区域产生均匀磁场，中间磁铁的几何中心区域为检测目标区域(5)；

所述主磁场B₀的磁感应强度小于等于100mT，检测目标区域(5)的中心顺垂直于磁场方向的磁场梯度G为2.96T/m；

单边永磁体结构产生的磁场分布采用有限元法计算，通过麻雀搜索算法对单边永磁体结构参数进行优化；

所述射频收发一体线圈(4)采用的是收发一体式双层平面线圈，采用时谐场逆方法和流函数法进行设计，用于产生与主磁场正交的激励射频磁场，并接收设置于检测目标区域的被测样品激发后产生的回波信号。

2.根据权利要求1所述的检测全层皮肤的手持式低梯度单边核磁共振装置，其特征在于：所述左侧磁铁组(1)和右侧磁铁组(3)的大小为：长度为25.4mm，高度为12.7mm，宽度12.7mm；所述中间磁铁(2)的大小为：长度为50.8mm，高度为12.7mm，宽度为25.4mm。

3.根据权利要求1所述的检测全层皮肤的手持式低梯度单边核磁共振装置，其特征在于：所述通过麻雀搜索算法对单边永磁体结构参数进行优化具体为：

单边永磁体结构的空间位置表示为n×d矩阵X：

其中n为永磁体结构的数量，d为永磁体结构待优化结构参数的维度；第i个永磁体结构在空间的位置是X_i＝(x_i,1,x_i,2,…,x_i,d)；单边永磁体结构的适应值表示为向量F_X:

麻雀搜索算法的寻优能力基于三种部分：发现者、加入者和警戒者，三者共同搜索最优永磁体结构；每一代发现者的位置更新公式如下：

其中，t表示当前迭代次数，T表示总迭代次数，表示第i个永磁体结构中第j维参数于t次迭代时的信息量，α是[0,1]的随机数，R是一个随机数表示当前的预警值，R∈[0,1]，ST表示安全值，ST∈[0.5,1]，Q是服从正态分布的随机数，L是一个1×d_j的矩阵，d_j是该磁铁组第j维参数的维度，该矩阵内每个元素全部为1；

每一代加入者的位置更新公式如下：

其中，是目前发现者所占据的最优位置，X_worst则表示当前全局最差的位置；A是一个1×d的矩阵，其中每个元素随机赋值为1或-1，并且A⁺＝A^T(AA^T)^-1，表示A⁺的第j维的值；当时，加入者将积极追随发现者向着更好的位置进行移动；当时，适应值较低的第i个加入者需要移动到其他位置，结合exp函数特性摆脱当前较差的位置以获得更好的适应值；

每一代警戒者的位置更新公式如下：

其中，其中是当前的全局最优位置；β作为步长控制参数，是服从均值为0，方差为1的正态分布的随机数；K∈[-1,1]是一个随机数，f_i则是当前磁铁组的适应值；f_g和f_w分别是当前全局最佳和最差的适应值；ε是最小的常数，以避免分母出现零；当f_if_g时，表示警戒者处于边缘位置，适应值较低，需向中心位置靠拢；当f_i＝f_g时，表示处于中间位置永磁体结构的适应值较低，该永磁体结构需要去其他位置来提高适应值；

磁场仿真时，将FOV按照一定的步长沿Z轴方向进行切面，得到N₁个切面；对每个切面上的两个中轴按相同步长采样，每条中轴上得到N₂个磁感应强度B_i，任意一条中轴上的均匀度P_i计算公式如下：

其中B_c为切面中点的磁感应强度；通过公式(6)求出一个切面内两中轴的均匀度P_xi和P_yi，均匀度H₁表达式如下：

计算每个切面均匀度B_h：

其中，B_max为切面内磁感应强度最大值，B_min是切面内磁感应强度最小值；通过公式(8)对每个切面的B_h求解后，得到均匀度H₂：

结合公式(7)和(9)，永磁体结构适应值的评估函数H如下：

H＝(H₁+H₂)·(|G-2|+|G-3|) (10)

其中G是检测目标区域沿着Z轴的磁场梯度，在永磁体结构设计时为了保持G的大小为2～3T/m的低梯度，公式(10)中利用(|G-2|+|G-3|)来评估适应值。