[發明專利]基于空間變換的橢圓柱面橫向梯度線圈設計方法

有效

• 申請號: 201410263728.3
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104007406A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 平學偉;李黎;韋耿;李昌利;陳嘉琪
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01R33/385
• 分類號: G01R33/385;H01F5/00;H01F41/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種橫向梯度線圈設計方法，具體涉及一種核磁共振成像系統中基于空間變換的橢圓柱面橫向梯度線圈設計方法。本發明屬于核磁共振成像系統部件設計領域。

背景技術

梯度線圈是核磁共振系統的關鍵部件之一，其主要作用是為核磁共振成像系統在三個正交方向提供交變的梯度磁場，從而實現被成像物體的空間定位。梯度線圈的結構主要包括封閉式與開放式兩種。

開放式梯度線圈形狀為平面結構。在過去幾十年中，基于永磁體的核磁共振系統占據主要的市場。而永磁型核磁共振系統一般為開放式系統。因此開放式梯度線圈的設計與制作工藝的研究占據主要的優勢。但是近年來，核磁共振市場從永磁型逐漸向超導型轉化。在超導核磁共振系統中，一般是采用封閉式梯度線圈。封閉式梯度線圈形狀一般為圓柱式結構，其基本部件包括X/Y/Z三個正交方向的梯度線圈，分別在三個方向生成梯度磁場。其中Z方向指向梯度線圈的軸向，X/Y方向為垂直于軸向的兩個正交方向。X/Y方向的梯度線圈稱為橫向梯度線圈，Z方向的梯度線圈稱為縱向梯度線圈。在工作時，三個方向的梯度線圈分別與梯度放大器相連接，其內部的交變電流可達數百安培。

圓柱型梯度線圈的缺點是兩個橫向梯度線圈的性能會存在一定的差異。一種改進的圓柱式梯度線圈結構是將圓柱面用橢圓柱面來代替。目前關于橢圓柱面梯度線圈的設計理論研究較少，缺少精確、快速、高效的設計橢圓柱面梯度線圈的方案，為橢圓柱型梯度線圈的設計與應用帶來了一定的困難。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于空間變換的橢圓柱面橫向梯度線圈設計方法，以解決現有技術中缺少精確、快速、高效的設計橢圓柱面梯度線圈設計方法的技術問題。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

基于空間變換的橢圓柱面橫向梯度線圈設計方法，其特征在于，包括：

步驟一：定義梯度線圈所在的橢圓柱面的兩個軸分別在x方向與y方向，預先給定梯度線圈所在的橢圓柱面在x方向的軸長為2a，在y方向的軸長為2b，軸線方向布線長度為2L，梯度場強度G，線性度E；

步驟二：利用空間變換將橢圓柱面變換為圓柱面，然后在圓柱面下構造電流密度基函數與表達式；

步驟三：建立與電流密度有關的泛函構造，通過求解所述泛函的極值得到電流密度表達式的系數；

步驟四：利用求出的電流密度表達式的系數，求出電流密度在空間的分布，得到梯度線圈的布線形狀。

前述的基于空間變換的橢圓柱面橫向梯度線圈設計方法，其特征在于，所述步驟二包括：

步驟2a：所述空間變換為：x'＝x/a,y'＝y/b，(x',y')為空間變換后的直角坐標；

步驟2b：利用空間變換后變換成的圓柱面為：x'²+y'²＝1；(x',y')與極坐標(ρ',φ')具有以下關系：x'＝ρ'cosφ',y'＝ρ'sinφ'；

步驟2c：在圓柱面下構造電流密度基函數，所述電流密度基函為sin(mφ')sin(nωz),sin(mφ')cos((n-0.5)ωz)，其中m和n均為正整數；

步驟2d：定義變量ρ：x,y,z三個方向的電流表達式為：