基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114282365A(43)申请公布日2022.04.05(21)申请号202111589137.1G06F119/02(2020.01)(22)申请日2021.12.23(71)申请人深圳航天科技创新研究院地址518000广东省深圳市南山区粤海街道科技南十路申请人徐征吴嘉敏贺玉成何为廖英翔(72)发明人徐征宣亮吴嘉敏贺玉成何为廖英翔(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275代理人李弱萱(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法(57)摘要本发明涉及基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，属于磁共振领域。该方法包括：a、根据梯度线圈或匀场线圈的具体类型，在布线区域中选取对应特征区域及线圈轨迹几何类型；b、在特征区域内确定对应每匝导线路径中的特征点，其将通过分段函数构建线圈的最终整体结构；c、根据线圈的优化需求，确定优化目标和限制条件；d、基于毕奥—萨伐尔定律建立线圈结构与磁场的对应关系，建立数值优化问题进行数值优化，获取满足步骤c需求下的最优解参数集。该方法计算简单直接，高度程序化，人工调整需求低，容易实现很好的梯度磁场线性度及匀场线圈相应性能，并便于施加额外约束。CN114282365ACN114282365A权利要求书1/1页1.基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：S1：根据梯度线圈或匀场线圈的具体类型，在布线区域中选取对应的特征区域，以及线圈轨迹几何类型；S2：在特征区域内确定对应每匝导线路径中的特征点，包括圆弧与抛物线或圆弧与对称直线的交点Pn、抛物线与对称轴交点Qn、对称直线与对称轴交点Qn，以及圆弧外径Rn，将通过分段函数构建线圈的最终整体结构；S3：根据线圈的优化需求，确定优化目标和限制条件，包括磁场线性度、磁场相对目标场偏差度、梯度效率、最小线间距、指定区域杂散磁场和电阻；S4：基于毕奥‑萨伐尔定律建立线圈结构与磁场的对应关系，并根据S3建立数值优化问题，采用内点法等算法进行数值优化，获取满足S3需求下的最优解，即最优特征点参数集。2.根据权利要求1所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述S1中，对于Z梯度线圈和Z2‑(X2+Y2)/2匀场线圈，特征区域选取整个圆形布线域，线圈几何类型为渐开线；对于X梯度线圈、Y梯度线圈、XZ匀场线圈和YZ匀场线圈，特征区域选取二分之一圆形布线域，线圈几何类型为圆弧、变半径弧、抛物线的组合；对于X2‑Y2匀场线圈和2XY匀场线圈，特征区域选取四分之一圆形布线域，线圈几何类型为圆弧、变半径弧和对称直线的组合。3.根据权利要求2所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述S2中，对于Z梯度线圈和Z2‑(X2+Y2)/2匀场线圈，特征点由集R＝{R1、R2、…、RN}组成，其代表每一匝渐开线与对称轴的交点；对于其余线圈，特征点由集P＝{P1，P2，…，PN}、Q＝{Q1,Q2,…，QN}、R＝{R1，R2，…，RN}组成，P代表抛物线与对称轴交点，Q代表抛物线或对称直线与圆弧的交点，R代表某匝圆弧外径。4.根据权利要求2所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述S2中，若抛物线与圆弧交点处、对称直线与对称轴交点处连接存在锐角，则在相邻点处取切线，作出连接圆弧，实现平滑化处理。5.根据权利要求1所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述设计方法用于双平面型永磁体、电磁体或超导磁共振成像系统的梯度和匀场线圈，包括3种梯度线圈：X方向梯度线圈、Y方向梯度线圈和Z方向梯度线圈，以及5种高阶匀场线圈：XZ匀场线圈、YZ匀场线圈、X2‑Y2匀场线圈、2XY匀场线圈和Z2‑(X2+Y2)/2匀场线圈。2CN114282365A说明书1/6页基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法技术领域[0001]本发明属于磁共振领域，涉及基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法。背景技术[0002]磁共振成像(MRI)是一种广泛用于医学临床诊断和医学研究的影像技术。磁共振成像系统工作时，将人体置于一个均匀静磁场中，通过向人体发射射频脉冲使人体组织部分区域的原子核受到激发。射频场撤除后，这些被激发的原子核辐射出射频信号，由天线接收。由于在这一过程中加入了梯度磁场，因此通过射频信号可以获得人体的空间分布信息，从而重建出人体的二维或三维图像。[0003]梯度和匀场线圈均是磁共振成像系统的重要部件，其相关研究一直以来广受关注