单边磁共振成像仪磁体系统研究(英文)

单边磁共振成像(MRI)系统由于其良好的开放性引起了越来越多的关注,这种系统的成像样品区位于磁体外侧,其形状为薄片形,其磁体结构设计是一个全新的问题.本文基于鞍点理论,探索这种单边磁体在其外侧产生均匀样品区的可行性,通过对几种单边磁体结构磁场特性的研究,指出适当设计的永磁磁体能够在磁体外侧产生鞍点.最后给出一种符合成像要求的单边永磁MRI磁体结构.单边MRI磁体结构的可行性分析及磁体结构的成功设计,为开展完全开放式磁共振成像装置的研究打下了坚实的基础.

单边核磁共振磁体梯度磁场设计的Gram-Schmidt正交化拟合方法

针对传统圆形Halbach磁体结构封闭难以应用于开放式核磁共振中的缺点,提出一种半椭圆形分布的开放式Halbach磁体结构。调节各磁体模块中心点所在椭圆曲线的长轴长度,计算YOZ平面内不同高度上磁场的平坦程度,使用Gram-Schmidt数据拟合方法,得到一种平坦程度最优的磁体结构。优化结果表明:该结构磁体可在YOZ平面上50mm×50mm范围内产生水平方向平坦,垂直方向近似梯度变化的磁场,梯度值为2mT/mm,且获得一个面积为4mm×4mm,均匀度为1.3×10-3,场强为0.073 9T的均匀磁场区域。根据优化设计结果,搭建了实际磁体系统,并对该磁体系统的磁场进行测量,测量结果与设计结果一致。该开放式磁体优点在于垂直方向的梯度磁场由永磁体结构自然形成,不需额外的梯度线圈,从而简化了梯度编码系统的设计。

面向乳腺癌便携式磁共振检测单边永磁体的研制

为了普及乳腺磁共振成像筛查,提出一种可用于磁共振成像的单边永磁体结构,磁体质量仅10.9 kg。该磁体具有半径为5.5 cm的半球形目标区域,足以容纳单个乳腺检测。目标区域内的磁场强度最小值为50.4 mT,梯度为1.35 T/m。制作装配后的磁体测试结果表明,实测磁场符合仿真结果。

磁体外部片状均匀磁场区的构建

在磁体外部构建片状均匀磁场区域,是磁体设计所面临的一个全新问题。文中提出了一种混合逆数值算法,以探索这种设计的可行性。混合逆数值算法是一种两步算法,包含直接矩阵反演求逆和二次规划两个步骤。文中对该数值算法进行了详细的描述,并用它成功地找到一种多磁块组合的单边永磁磁体结构。经通用有限元计算软件仿真和对磁体模型的测量表明,这种磁体结构能够较好地在磁体外部一侧构建片状均匀磁场区。用单边永磁磁体在磁体外部构建片状均匀磁场区的实现,为开展单边均匀场常规磁共振成像系统研制等科学研究打下了坚实的基础。

完全开放式磁共振成像磁体的优化设计

采用完全开放式的磁体结构,可满足外科手术对磁共振成像系统的需求。文章基于一种完全开放式的磁体结构———单边磁体结构的初始结构设计理论,构建了一个由块状永磁体组成的单边成像磁体的初始结构,并进一步应用改进的遗传算法对磁体结构进行了优化设计。最终达到提高其目标区域磁场强度、改善磁场均匀度的目的。数值结果显示,本文提出的设计方法给出的设计方案能够在磁体结构外部的成像区域形成均匀并且强大的主磁场。

非均匀磁场下的核磁共振技术仿真分析

目的探讨出非均匀磁场下的核磁共振技术条件。方法首先,分析开放式单边磁体非均匀主磁场的特点;其次,探讨CPMG单个衰减指数的回波与回波串幅度的包络线在非均匀场下的特性;最后,研究非均匀场下射频脉宽与带宽的限制条件。结果得出非均匀磁场下核磁共振技术条件,并通过仿真获得满足非均匀场条件下的CPMG信号。结论通过对CPMG序列下的非匀场核磁共振技术研究,并仿真验证了该技术条件的可行性,为后续单边全开放式磁体系统研究奠定基础。