[发明专利]一种磁共振成像无接触巴伦及其匹配电容确定方法及应用

权利要求书

1.一种磁共振成像无接触巴伦的匹配电容确定方法，包括如下步骤：

1)无接触巴伦建模并求解得到无接触巴伦的匹配电容值；包括：

11)将无接触巴伦建模为由匹配电容、内外同轴圆柱导体和底端导体所组成的闭环电路；无接触巴伦的结构包括两个同轴圆柱导体、连接两个同轴圆柱导体的底端导体和匹配电容；且将匹配电容作为容阻串联元件；传输线与巴伦之间通过电磁感应耦合；

12)计算传输线与巴伦之间的互感；计算同轴圆柱导体之间的自电感和自电容；计算内外同轴圆柱导体电阻和底端导体的电阻；

导体部分的自电阻R_t为内外导体和底端导体的电阻之和，表示为：

R_t＝R_内+R_外+R_底

其中，R_内、R_外和R_底分别表示同心圆柱内外导体和底端导体的电阻；

电流方向为巴伦长度方向，当集肤深度远小于导体厚度时，圆柱内导体电阻表示为：

其中；ρ为电阻率；l为导体长度；δ为集肤深度，σ为导体电导率，A为导体横截面面积；电流流过导体横截面面积A≈2π·a·δ；S为磁通面积；a为内导体半径；ω为频率；μ为磁导率；

圆柱外导体电阻表示为：

其中，b为外导体半径；

使用微积分的方法计算得到巴伦底端圆环导体总电阻为：

其中，r为圆环导体的半径；

13)利用匹配电容求解公式求解得到匹配电容值c，表示为：其中M为互感；L_t为巴伦自电感；I为电流，μ₀为磁导率；φ为磁通量，ε为介电常数；

2)使用传输线模型分析带无接触巴伦的传输线，计算巴伦的抑制效果；

使用传输线模型分析带巴伦的传输线，将传输线分为三个不同部分，每部分对应不同的传输线阻抗；分析各部分传输线传输矩阵，再根据传输矩阵与散射参数之间的关系，计算得到带无接触巴伦传输线的传输系数随频率的变化，即得到巴伦的抑制效果；

3)根据带无接触巴伦传输线的传输系数判断巴伦的抑制效果；

4)通过电磁仿真方法对步骤1)得到的巴伦匹配电容值进行修正，确定巴伦匹配电容值；包括：对所设计的无接触巴伦实物进行1：1建模仿真，计算得到带巴伦传输线的传输系数；将步骤1)通过构建模型并计算所得的巴伦匹配电容值作为初始值，对巴伦匹配电容进行参数化计算，得到修正的巴伦匹配电容值；具体步骤为：

41)运行HFSS并新建工程，设置求解类型为模式驱动求解类型，设置当前设计在创建模型时所使用的默认长度单位；

42)定义设计变量并添加初值，包括：巴伦内半径、巴伦外半径、巴伦长度、传输线长度、匹配电容；

43)创建带巴伦传输线模型，设置端口激励为波端口激励，在仿真过程中将激励加载在传输线屏蔽层上，计算巴伦对共模电流的抑制效果；创建辐射边界的圆柱体并设置其边界条件为辐射边界条件；

44)选用集总参数设置匹配电容，匹配电容在巴伦一端沿圆周放置，初始值为步骤1)计算得到的匹配电容值；

45)求解设置；包括：求解频率、自适应网格剖分的最大迭代次数、收敛误差、扫频、扫频类型、传输线的传输系数；

46)对匹配电容设置参数化扫描，调谐至求解频率；

47)设计检查和运行仿真计算，即得到修正后的匹配电容值；

通过上述步骤，即实现磁共振成像无接触巴伦的匹配电容的确定。