二维阵列线圈核磁共振地下水探测理论研究

核磁共振法(Magnetic Resonance Sounding,MRS)是一种直接探测地下水的地球物理方法,目前只能对水平层状的含水层进行一维测深,对于尺寸小于线圈直径的二维或三维含水构造成像时,其灵敏度和横向分辨率很低.本文从研究二维阵列线圈核磁共振地下水探测方式的可行性出发,推导了地面发射线圈产生的椭圆极化激发场和阵列接收线圈的核磁共振响应核函数的表达式,数值计算了二维阵列线圈测量方式的MRS信号初始振幅图像和探测灵敏度,通过与二维发射/接收同一线圈测量方式对比,得到结论如下:二维阵列线圈测量方式可直接确定地下含水构造的水平位置,但需更大的激发电流强度和接收灵敏度;当中浅层(<45 m)地下含水构造的水平位置、深度和截面积变化时,二维阵列线圈测量方式的相对灵敏度均高于同一线圈方式,且水平相对灵敏度改善最明显;地下含水构造的深度增加时,其水平相对灵敏度逐渐降低;对于位于地下15 m处的浅层地下含水构造,其水平分辨率为5 m,垂直分辨率为4.5 m,横截面分辨率为8 m^2,以上三种分辨率均由仪器噪声水平所决定.通过实施增加接收线圈的数量和匝数、提高激发脉冲矩和接收灵敏度等改进措施,现有的仪器系统可用二维阵列线圈测量方式.本文提出的理论和方法,将促使二维阵列线圈核磁共振方法在地下暗河、喀斯特溶洞和堤坝渗漏等二维或三维含水构造快速探测方面得到应用.

SENSE心脏阵列线圈在前列腺MRI检查中的初步应用研究

目的对灵敏度编码(SENSE)心脏阵列线圈和直肠腔内线圈在前列腺MRI检查中的图像质量进行对比研究,初步评价SENSE心脏阵列线圈在前列腺MRI检查中的价值。资料与方法选取前列腺病变患者50例。在相同扫描参数下,均使用SENSE心脏阵列线圈和直肠腔内线圈进行前列腺MRI常规检查,对使用两种线圈所分别获得的前列腺轴位(TRA)小视野、薄层T2WI图像的均匀度、对比信噪比(CNR)进行对比分析。结果采用SENSE心脏阵列线圈所获得的图像均匀度优于采用直肠腔内线圈者(配对t检验,P<0.05);采用SENSE心脏阵列线圈所获得的图像CNR亦优于采用直肠腔内线圈者(配对t检验,P<0.05)。结论SENSE心脏阵列线圈在图像均匀度和CNR这两个图像评价指标方面都取得了较好的成像效果,在一定程度上可以替代直肠腔内线圈进行前列腺小视野、薄层、高分辨率T2W成像。

磁共振8通道神经血管阵列线圈的临床应用与扫描技术

目的:介绍和探讨NVA-8通道神经血管阵列线圈(neurovascular array 8 channel,简称NVA-8线圈)的临床应用优势与扫描技术.方法:使用美国GE公司生产的1.5T超导型核磁共振成像系统(GE,Signa,CV/i)及其配置的NVA-8线圈,分别对100例疑有或确诊有头颈部某些疾病的病例进行颅脑、鼻咽、颈部、颈椎扫描,或上述部位中两个或两个以上联合扫描,并与以往用4通道头颈联合线圈、单通道头部线圈扫描的100例患者影像资料作比较,探讨NVA-8线圈的临床应用优势与扫描技术.结果:100例均获得满意的MR影像,且与4通道头颈联合线圈、单通道头部线圈比较,具有明显的优越性.结论:1.使用NVA-8线圈,提高了MR图像的质量,同时比使用4通道头颈联合线圈、单通道头部线圈缩短了1/3～1/2的检查时间;2.可以给患者一次摆位,同时进行头颈多个部位的扫描,获得完整的头颈部MR影像,避免了多次搬动线圈和患者多次上下扫描床的麻烦.

一种应用于不同轴径转轴的感应供电平面阵列线圈结构

感应耦合供电(ICPT)技术为旋转结构供电提供了安全高效的解决方案,针对旋转结构传统的侧置式和同轴式感应耦合供电结构存在耦合结构设计、安装、调试繁琐的缺点,提出了一种感应耦合供电的平面阵列线圈结构。通过建立精确三维有限元模型,分析了移动中系统供电的稳定性和抗偏移性。实验结果表明,该耦合结构消除了传统结构供电时发射与接收线圈位置保持相对静止的弊端,对运动物体供电具有良好的鲁棒性和可移植性,易于安装和使用,更好地适应移动设备供电。提取阵列线圈结构感应供电时接收线圈感应电压幅值的小幅波动,可以同时实现转轴转速测量。

反演法设计磁共振射频阵列线圈的研究

磁共振射频阵列线圈技术的出现进一步提高了磁共振成像的质量,但现有的阵列线圈无法凸显局部感兴趣区域(ROI)。为了满足术中磁共振发展的需求,研究反演法在磁共振射频阵列发射线圈设计与优化中的应用。首先根据临床需求确定ROI,设计目标函数,应用反演法计算阵列线圈的电流密度,采用正则化技术优化计算中出现的高病态问题,采用流函数技术求解线圈绕组。根据临床不同需求设计了3种ROI位置的阵列发射线圈,ROI内的磁场强度达到0.957 4 A/m以上,与目标磁场强度的误差在5%以内,10 cm ROI内磁场均匀度达到5×10-8以内,满足理论设计要求。实验结果表明,基于反演法设计的射频阵列发射线圈在ROI内的磁场分布符合理论要求,证明反演法在射频阵列发射线圈设计中的适用性。

基于瞬变电磁阵列的地下金属定位系统设计

针对近地表不同形状金属目标定位的需求,设计了基于瞬变电磁(TEM)阵列技术的地下金属目标定位系统。该系统利用阵列传感器各接收线圈采集的感应电动势衰减曲线的差值,得到地下目标的信号响应特性,通过对比实测环境下标签信号的感应电动势幅值,可以得到目标的水平方位和垂直埋深,实现对地下金属目标的定位功能。实验结果表明:设计的系统能够区分球形、矩形和圆柱形目标的水平方位,垂直埋深测量误差在8%以下,可以实现较好的定位效果。

基于一发多收线圈阵列的频域电磁法未爆弹探测技术

为了实现未爆弹目标的高效探测及定位,开发了一种小回线激励-阵列式线圈接收的主动电磁探测系统。采用偏心结构的收发线圈配置,实现了一次场的对消。通过接收线圈阵列排布,有效地提高了系统探测效率。提出了一种基于阵列线圈响应差分比较的未爆弹目标水平位置定位方法,并实验验证了可行性。研究结果表明,探测系统对于典型环状金属柱体的探测深度达到1 m,定位方法的计算值与真值误差在3.76 cm,实现了对未爆弹目标的准确探测和定位。

低场磁共振成像仪阵列接收线圈的设计

多通道射频线圈因其能提高图像信噪比在磁共振成像中有越来越多的应用。为了解决多通道射频接收线圈中回路之间信号耦合问题,在Wu B等提出LC去耦网络基础上提出了一种适用于圆柱面阵列射频接收线圈的去耦电路。在每个通道之间通过电感进行连接,并且用铜线连接四个通道的线圈形成等参考电位点。实现了用于0.5 T磁共振关节成像仪的四通道射频接收线圈,实测结果表明,每个接收线圈之间有较好的隔离度(-19^-32 d B),验证了该方法去耦可以达到较好的效果。

功能磁刺激线圈阵列设计与场分布计算

目的实现在目标区域内的电磁场聚焦 ,解决功能磁刺激的兴奋点定位问题。方法建立了单线圈磁刺激模型并设计了半球形和平面聚焦线圈阵列 ,而后使用经过改进的自适应遗传算法对注入阵列各子线圈电流的大小和相位进行了优化。结果通过计算 ,显示了线圈阵列在优化后的电流组态下产生的磁场和电场在计算区域内的分布和二维等高线图。结论本文提出的聚焦线圈阵列可在目标区域产生具有良好聚焦性能的电磁场分布 。

基于遗传算法的磁聚焦线圈阵列设计与场分布计算

提出了以平面和圆环面聚焦线圈阵列实现磁聚焦的方案。使用经过改进的自适应遗传算法对注入阵列各子线圈电流的大小和相位进行了优化,在目标区域内较好地实现了磁聚焦。通过计算,显示了线圈阵列在优化后的电流组态下产生的磁场在计算区域内的归一化幅值分布和二维等高线图,表明了聚焦线圈阵列可在目标区域产生具有良好聚焦性能的磁场分布,并具有可同时聚焦至多个靶目标的能力。

基于平面线圈阵列传感器的铝板材料裂纹电涡流检测

设计并研制了一种采用平面PCB板工艺制作的线圈阵列式电涡流传感器,包括采用计算公式确定了平面圆形螺旋线圈的相关参数;采用ANSOFT有限元软件进行仿真,分析了试件裂纹缺陷处涡流场的分布状态;以非铁磁性材料铝板作为被测试件,对其上的预制裂纹进行检测,证明了这种平面线圈阵列传感器工作的有效性.结果表明,这种平面线圈阵列式电涡流传感器能够有效检测铝板上的微小裂纹,且信号幅值等输出信号参数和裂纹的几何参数之间具有较好的相关性.

基于微线圈阵列的多道神经电刺激信号透皮传输的初步实验研究

通过探索微线圈阵列实现多路神经电刺激信号透皮传输的可行性及影响传输效率的相关因素。根据电磁耦合原理,设计了包括脉冲发生、高频振荡、AM调制、功率放大、选频等刺激信号发射电路,信号接收电路,以及用于多通道信号耦合的微线圈阵列和相应实验测试装置。实验中对电路的性能以及线圈发生横向失配和角形失配时电路的可靠性进行了测试,在此基础上设计了2×2阵列的多通道传输装置。结果表明在调谐网络的作用下通道间信号的干扰较小,各通道输出信号能满足神经电刺激的要求。该方法经试验验证具有可行性,可用作各类植入式医疗仪器刺激或者控制信号的多通道传输装置,具有广泛的应用前景。

多通道经颅磁刺激线圈阵列的驱动与控制

经颅磁刺激是一种无痛、无创的神经刺激技术,近年来在医学上被广泛使用。与传统单通道磁刺激线圈相比,多通道线圈阵列可以实现多点同步刺激、扫描刺激以及刺激模式的灵活切换,因此具有更好的发展前景。但由于线圈阵列驱动电路复杂、线圈间存在电磁耦合等难点,多通道线圈阵列的驱动与控制方法仍需进一步研究。该文基于8路独立导线构成的4×4直导线阵列,设计了一种新颖的多通道线圈阵列的驱动与控制电路。驱动电路主要包括充电电路和8路放电电路,用于在线圈阵列中产生脉冲电流;控制电路则主要用于切换刺激模式和控制脉冲电流的幅值及重复频率。通过仿真计算和实验测量,分析电磁耦合对脉冲电流波形的影响,验证了该驱动与控制电路可以实现线圈阵列在不同重复频率、不同刺激模式下工作,并且在理论上,线圈阵列下方3cm处的刺激强度足够达到脑细胞的兴奋阈值。

基于遗传算法的经颅磁刺激线圈阵列设计与场分布计算

为解决经颅磁刺激的兴奋点定位问题提出了以圆环面聚焦线圈阵列实现电磁聚焦的方案。而后,使用经过改进的自适应遗传算法对注入阵列各单元线圈电流的大小和相位进行了优化,在目标区域内很好的实现了电磁聚焦。通过计算,显示了线圈阵列在优化后的电流组态下产生的磁场和电场在计算区域内的分布和二维等高线图,表明了该聚焦线圈阵列可在目标区域产生具有良好聚焦性能的电场和磁场分布,并具有可同时聚焦至多个目标的能力。

基于经颅磁刺激的线圈阵列设计方法研究

目的探讨经颅磁刺激中线圈阵列空间位置的排布方法,以实现大脑内任意位置的定点磁聚焦。方法首先,提出了一种线圈阵列设计方法,选择球形大脑内3个不同位置的靶点,经理论计算得到各个阵列结构中每个线圈的空间位置参数。其次,利用ANSYS有限元软件分析了不同的线圈阵列在大脑中的磁场分布。结果利用所提出的线圈阵列设计方法实现了任一靶点处的磁聚焦。同时,随着阵列中线圈尺寸的变化,靶点磁场的聚焦性和刺激强度存在一个平衡关系,需要综合考虑两者来选择合适的线圈尺寸。结论本文提出的线圈阵列设计方法为经颅磁刺激中定点磁聚焦提供了新的方案,而且可以广泛应用于空间中任意位置的定点磁聚焦。

基于混合遗传算法的多信道经颅磁刺激线圈阵列设计与优化

目的探讨多信道经颅磁刺激技术的实现方式,以实现对具有多点同时刺激、刺激点可移动等优点的磁刺激技术的模拟仿真。方法分析圆形线圈感应电场分布规律,设计并建立了一种2×5×5的交叉型线圈阵列模型;针对优化问题设计了结合模式搜索的混合遗传算法,对交叉型线圈阵列的电流组态进行了优化。结果给出了两点刺激和三点刺激的优化结果,结果表明这种混合遗传算法具有很好的全局和局部搜索特性,在优化算法的优化下,交叉型线圈阵列可以有效逼近指定的感应电场分布。结论本文设计的线圈阵列结构和优化算法实现了经颅磁刺激中的多点刺激和刺激点移动问题,对于多信道经颅磁刺激的实现具有一定的参考借鉴意义。

动圈式磁悬浮工件台线圈阵列实时电流分配法则

在多自由度磁悬浮工件台运动控制中,多自由度动力学解耦是至关重要的。解耦多自由度动力学需要将工件台动台所受的力/矩分解到对应的运动自由度上。而由于永磁阵列磁场的准静态特性,力/矩分解只能通过线圈阵列实时电流分配来实现。采用洛伦兹力法则的平面积分,建立多自由度动圈式磁悬浮工件台的力/矩分解模型;基于此力/矩分解模型和线圈阵列热损耗最小原则,建立工件台线圈阵列实时电流分配法则;分析该法则的数值稳定性及其对产生的对应力/矩的误差影响。理论分析和案例研究表明,该法则数值稳定性高,计算准确可靠,根据该法则对线圈阵列分配电流后产生的对应力/矩误差很小。该法则可用于多自由度动圈式磁悬浮工件台力/矩分解、多自由度动力学解耦,从而实现对工件台的运动控制。

多道电刺激信号透皮传输的微线圈阵列

微线圈阵列和匹配电容谐振可以实现植入电刺激器多路信息的并行传输。为提高微线圈阵列接收各通道信息的精确性与可靠性,并减小植入系统的体积,实验中利用印刷电路板(printedcircuit board,PCB)和柔性电路板(flexible printed circuit,FPC),工艺加工微线圈阵列,将其用于2*2阵列的多通道传输装置,并测试2种工艺线圈在理想耦合、空间失配以及不同负载下的耦合效率情况。结果表明空间失配对两种线圈都有影响,但若控制横向失配在3 mm内、角度失配在30度内,并增大负载,目前实验室阶段2种线圈均可实现植入电刺激器信号的透皮传输,各通道输出信号能满足神经电刺激的要求。在系统可靠性方面,FPC线圈更具有优势,且其柔性的特点更适于植入人体。

多信道经颅磁刺激线圈阵列设计及场强分布计算

目的 :显示多元线圈阵列在球形头模中产生的电磁场分布。方法 :设计了一种新型经颅磁刺激仪的线圈阵列 ,建立在人体头部产生的电磁场模型。结果 :计算出不同线圈电流组态下 ,合成刺激磁场及感应电场在人体头部的分布 ,并作图显示几种电流组态下 ,三维图形和二维等高线图。结论 :多信道经颅磁刺激线圈阵列在人体头部产生的电磁场可控性强 ,聚焦性能强 。

半球型线圈阵列聚焦磁场计算与性能优化

为提高聚磁装置的电磁性能,提升经颅刺激、肿瘤治疗等领域的医疗效果,提出一种半球型线圈阵列结构及优化设计方法.根据电磁场理论建立了聚焦磁场解析计算模型,利用电磁场数值计算方法计算聚焦磁场,验证了解析模型的正确性,揭示了聚焦磁场的分布规律,给出了主要结构参数的灵敏度评价.根据优化目标和约束条件,利用解析模型和智能优化算法(NSGA-Ⅱ)对聚磁线圈阵列开展优化设计,得到满足热性能和聚磁性能等指标的设计结果.建立了聚磁线圈阵列原理样机并开展实验研究.优化计算结果、有限元计算结果及实验结果对比表明:聚焦磁场解析计算模型的计算误差约2%~3%,半球型线圈阵列布置合理,聚焦磁场满足范围、梯度以及幅值要求,采用NSGA-Ⅱ优化设计有效提高了线圈阵列的聚磁性能.