匀场线圈研究与设计工程实践平台搭建

匀场线圈是量子传感器中的关键部件,在原子磁强计实验中,线圈产生的磁场用于抵消剩余磁场,使磁强计在接近零磁的均匀磁场下工作,实现超高灵敏磁场测量。实验室搭建了支持匀场线圈理论研究、工程设计、测试验证的工程实践平台。平台以线圈磁场分布物理模型为基础,支持利用程序算法优化线圈结构参数,设计加工并测试线圈常数和均匀度指标。学生通过平台完成理论建模和工程实验,加强了对线圈磁场原理的理解,在优化设计过程中锻炼了数学思维,提升了工程实践能力。

磁共振成像系统中低阶平板式匀场线圈的设计

针对永磁型MRI系统设计了一种平板式匀场线圈,用以改善成像区的磁场均匀性。通过研究磁场球谐函数及其泰勒展开级数,导出了x、y、xz、xz2、x2?y2等低阶径向线圈设计方法,并提出了一种新的混合式轴向匀场线圈设计方法,该方法通过控制轴向线圈中两组电流的组合实现了对不同轴向磁场分量的获取,简化了设计过程,并通过对各匀场线圈进行磁场仿真检测,规划了线圈半径,使设计方案更为合理。实验结果表明,用该线圈可以将磁场均匀度由27μT/T降为14μT/T,MRI图像质量得到明显改善。

一种结合快速L_1范数最小化算法的柱面匀场线圈目标场设计方法

目标场方法由Turner于1986年提出,到目前为止该方法已成为核磁共振成像系统中匀场、梯度线圈设计的一种主流方法。各种改进的目标场方法纷纷涌现。为解决线圈设计中的有限尺寸问题,Forbes和Crozier提出了一种新方法,该方法预先通过三角函数来约束线圈面上的电流密度分布,为克服方程求解过程中的病态问题,对电流密度表达式中的待定系数采用最小均方差(least square,LS)和L2范数相结合的方法来进行估计,成功得到了有限长匀场线圈的设计结果。该文采用最小均方差和L1范数结合的方法来对面电流密度分解表达式中的未知系数进行估计,并将该方法应用于核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)系统的匀场线圈设计中。系统主磁体长度为3 m,室温孔直径为1.6 m,目标区域(region of interest,ROI)直径为0.4 m。算例采用Matlab仿真平台,结果表明该文提出的LS-L1目标场方法相比于传统的LS-L2目标场方法磁场偏差更小、效果更好。

Halbach磁体中柱面匀场线圈的设计方法

Halbach磁体场强高、体积小,是永磁台式核磁共振波谱仪的理想磁源。为开发高分辨永磁台式核磁共振波谱仪,需要使Halbach磁体的磁场达到高度均匀。引入在超导磁体中被广泛使用的鞍型线圈,设计了一种由鞍型线圈组成、能够对Halbach磁体的横向磁场进行补偿的柱面匀场线圈。仿真和实验结果证明了设计方法的正确性。

基于目标场点法和流函数的磁共振有源匀场线圈设计方法

磁场均匀性是磁共振系统的重要参数,提高磁场均匀性有助于磁共振时域信号的检测和磁共振频域信号分辨率的改善.基于有源匀场连续电流密度分布的思想,采用目标场点法和流函数结合的方法设计匀场线圈,即由毕奥-萨伐尔定律确定磁场分布与电流密度的关系,约束线圈半径和设置约束点后,根据目标场分布逆向求解线圈平面的电流密度分布,再用流函数将电流密度分布离散化处理,得到匀场线圈的绕线位置分布.根据电磁仿真计算结果制作包含一阶与二阶匀场线圈应用于磁共振分析仪,实验验证表明该匀场线圈能有效地改善永磁体核磁共振系统磁场的均匀性.

基于边界元方法的超导核磁共振成像设备高阶轴向匀场线圈优化算法

在磁共振成像设备中,为了消除目标区域内的高阶谐波磁场分量,传统方法采用无源匀场,但该方法匀场精度较低,针对性较差,适用于全局匀场,而有源匀场则可以通过优化线圈分布来产生所需要的特定的磁场分布.但是,由于匀场线圈线型的复杂度会随着线圈阶数的增加而增加,难以满足设计需要,因此本文提出了一种用于磁共振成像超导匀场线圈系统的多变量非线性优化设计方法.该方法基于边界元方法,将匀场线圈所产生的磁场与目标磁场之间的偏差作为目标函数,线匝间距、线圈半径等作为约束条件,通过非线性优化算法,得到满足设计要求的线圈分布.通过一个中心磁场为0.5 T的开放式双平面磁共振成像超导轴向匀场线圈的设计案例,说明本方法具有计算效率高、灵活性好的特点.

磁共振成像中磁体的匀场线圈设计与磁场计算

根据静磁场的基本特征及有源匀场的方法，分析了具有柱面形状的两类匀场线圈的结构设计与优化方法，并导出线圈磁场的高精度数值算法．以此设计的匀场线圈成功应用于超低场ＭＲＩ的０．０４Ｔ常导磁体的匀场中．

基于材料变密度法的MRI匀场线圈设计

核磁共振成像系统磁场的均匀度对成像的质量起着决定性作用,采用匀场线圈抵消磁场球谐波分量是提高磁场均匀度的有效手段。采用材料变密度法设计了一阶轴向匀场线圈,首先将设计区域划分为足量的网格,网格的材料密度作为设计变量,利用有限元法组装电导矩阵,求解设计区域的电流分布,建立了材料密度分布与磁场的关系。其次,将磁场均匀度作为优化目标,采用优化准则法对密度变量进行优化,得到了满足约束条件的最优解。最后,利用流函数方法将材料分布离散为导线,得到了线圈的拓扑结构。相比于室温有源匀场线圈设计常用的解析法,变密度法能够有效地利用材料,充分发挥材料特性,可设计出更高性能匀场线圈。

用于全身人体成像的xy主动匀场线圈设计

目标场方法由Turner率先提出,到目前为止该方法成为匀场线圈设计的主流方法。为解决有限尺寸、满足磁场均匀度条件下的线圈耗能问题,提出基于目标场方法下的改进设计方法。采用在一定线性度误差范围内满足匀场条件,利用最小的储能条件约束来对电流密度进行估计,再通过流函数对电流密度离散得到线圈实际的绕线方式,并将该方法运用于磁共振成像系统中的匀场线圈设计中。系统设计的梯度线圈纯度为5%,目标成像区域半径为0.25m,对设计方法进行仿真结果显示,提出的方法与理想磁场值得到较好的吻合,满足设计要求。

永磁微型核磁共振成像系统匀场线圈设计研究

在核磁共振系统当中,磁场均匀性为其重要硬件参数,而有源匀场则能够精细修正磁场。本文基于永磁微型核磁共振成像系统,在确定均匀间隙情况下,开展了匀场理论分析,经模拟仿真与数值计算,设计了一套能够放置在探头屏蔽盒外侧的有源匀场系统。将此系统放置于NMI20微型核磁共振成像仪上,匀场效果从之前的10ppm提升至1.4 ppm。

有源匀场电流优化算法研究

磁共振成像系统中的有源匀场线圈主要用来对磁场的非均匀性进行实时校正,因此需要在短时间内算出匀场电流。根据MRI理论中FID信号强度与磁场均匀性的正比关系,本文在间接计算法的基础上提出了一种电流迭代优化算法。该方法不受线圈硬件参数影响,可以快速算出匀场电流进行磁场校正,平均耗时不到3min。实验结果表明,匀场后磁场均匀性可大幅提高,图像质量明显改善。

高分辨率核磁共振波谱仪自动匀场电路

本文简介了高分辨率核磁共振波谱仪自动匀场电路及其工作原理。给出了它的实验结果及在EM-360L波谱仪上的应用。

移动式头颈磁共振成像系统获批上市

近日,国家药品监督管理局经审查,批准了佛山瑞加图医疗科技有限公司生产的“移动式头颈磁共振成像系统”的创新产品注册申请。该成像系统由永磁磁体、梯度放大器、梯度匀场线圈、射频放大器、射频发射线圈、头线圈(可选)、头颈联合线圈(可选)、谱仪、温度控制器、数字匀场单元、移动装置、屏蔽罩、病床和报警单元组成,供头部、颈部临床MRI诊断。