用于平面超导磁共振系统的高屏蔽梯度线圈设计方法及其梯度线圈.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CN110780245A(43)申请公布日2020.02.11(21)申请号201911199616.5(22)申请日2019.11.29(71)申请人中国科学院电工研究所地址100190北京市海淀区中关村北二条6号(72)发明人王耀辉王秋良(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人关玲(51)Int.Cl.G01R33/385(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图8页(54)发明名称用于平面超导磁共振系统的高屏蔽梯度线圈设计方法及其梯度线圈(57)摘要一种用于平面超导磁共振系统的高屏蔽梯度线圈设计方法及其梯度线圈，根据平面超导磁共振系统中梯度线圈所在位置周围金属导体的外轮廓来确定屏蔽区域，进行杂散场分区屏蔽。屏蔽区域不同分区处杂散场的约束值根据屏蔽要求调整。应用所述高屏蔽梯度线圈设计方法设计的横向梯度线圈和纵向梯度线圈的主线圈包含反向线圈，反向线圈产生的磁场抵消了其余线圈的漏磁场，达到了降低梯度线圈杂散场的目的。CN110780245ACN110780245A权利要求书1/2页1.一种用于平面超导磁共振系统的高屏蔽梯度线圈设计方法，其特征在于：所述的高屏蔽梯度线圈设计方法步骤如下：第一步，确定磁体上贴近梯度线圈的导体结构外轮廓，即屏蔽区域；第二步，计算非屏蔽梯度线圈在所述屏蔽区域内的杂散场分布；第三步，根据第二步得到的非屏蔽梯度线圈的杂散场分布对屏蔽区域进行分区，并确定每个分区处的杂散场强度约束，即对于屏蔽区域Si，杂散场强度的绝对值不超过指定的杂散场强度约束值Bsi，i为屏蔽区域分区编号；第四步，将依据屏蔽区域分区确定的杂散场强度约束写入优化函数的约束条件中，即：其中，为屏蔽区域i中的杂散场强度；第五步，确定梯度线圈优化设计的目标函数，并将成像区域目标磁场的控制偏差写入优化函数的约束条件中；根据目标函数、成像区域目标磁场的控制偏差约束和第四步中的杂散场强度约束建立优化函数；第六步，根据第五步确定的目标函数建立优化函数，执行优化设计，使得目标函数最小化，并且使磁场状况满足杂散场强度和成像区域目标磁场的控制偏差的要求；根据流函数X的计算结果，得到梯度线圈上的流函数分布，通过流函数等势线的方法获得梯度线圈的结构和参数信息；并判断梯度线圈结构和参数是否满足设计要求，如不满足设计要求，调整杂散场强度约束，重新设计，直到获得的梯度线圈的结构和参数信息满足设计要求。2.如权利要求1所述的用于平面超导磁共振系统的高屏蔽梯度线圈设计方法，其特征在于：所述第五步中的梯度线圈优化设计的目标函数如式(2)所示，所述的梯度线圈在成像区域的目标磁场偏差约束如式(3)所示，TBz-ε|TBz|≤AX≤TBz+ε|TBz|(3)式(2)中：aij为成像区域到线圈平面的磁场计算矩阵中的元素，bij为屏蔽区域到线圈平面的磁场计算矩阵中的元素，xj为边界元法设计梯度线圈时边界元节点的流函数向量中的T元素，ti为目标磁场向量中的元素，X为边界元节点处的流函数向量，X为边界元节点处的流函数向量的转置向量，L为电感矩阵，R为电阻矩阵，M1为成像区域的采样点个数，M2为屏蔽区域的采样点个数，i和j为元素位置变量，w1和w2为权重因子，f为目标函数；式(3)中，A为成像区域到线圈平面的磁场计算矩阵，TBz为目标磁场向量，ε为磁场梯度线性度最大偏差。3.一种用于平面超导磁共振系统的高屏蔽梯度线圈系统，其特征在于：所述的梯度线圈系统包括横向线圈和纵向线圈，所述的横向线圈为x梯度线圈和y梯度线圈，所述的纵向线圈，即z梯度线圈；在x梯度线圈和y梯度线圈的主线圈单个极面的1/2部分，既包含正向线圈同时又包含反向线圈，反向线圈指电流运行方向和正向线圈相反的线圈；在所述的纵向线圈，即z梯度线圈的主线圈单个极面上既包含正向线圈又包含反向线圈，反向线圈为电流运行方向和正向线圈电流运行方向相反的线圈；横向梯度线圈和纵向梯度线圈的屏蔽线圈2CN110780245A权利要求书2/2页只包含同向线圈。4.如权利要求3所述的梯度线圈系统，其特征在于：至少z梯度线圈为高屏蔽梯度线圈，x梯度线圈和y梯度线圈同为高屏蔽梯度线圈，或者同为普通屏蔽梯度线圈，或者同为非屏蔽梯度线圈；高屏蔽梯度线圈杂散场的屏蔽区域既包括磁体凹槽中的平面区域，同时也包含侧面区域，即对磁体上贴近梯度线圈的导体结构外轮廓全部进行杂散场屏蔽；普通屏蔽梯度线圈是指该梯度线圈的杂散场屏蔽区域只包括磁体凹槽中平面区域；非屏蔽梯度线圈是指只有主线圈没有屏蔽线圈的梯度线圈；所述的主线圈位于内层，屏蔽线圈位于外层，其中位于内层的x主线圈、y主线圈和z主线圈的排列无顺序要求，位于外层的x屏蔽线圈、y屏蔽线圈或者z屏蔽线圈无顺序要求。3CN110