[發(fā)明專利]基于反演/FDTD混合法的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810329278.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108776316A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 上海辰光醫(yī)療科技股份有限公司
• 主分類號: G01R33/34
• 分類號: G01R33/34;G01R33/24
• 代理公司: 上海兆豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(有限合伙) 31241
• 代理人: 盧艷民

本發(fā)明公開了一種基于反演/FDTD混合法的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，通過惠更斯等效面將反演法與FDTD方法有機(jī)結(jié)合起來，不但吸收了反演法與FDTD方法的優(yōu)勢，同時(shí)避免了這兩種方法各自所存在的缺陷，基于本發(fā)明所述的混合方法，既能保證所設(shè)計(jì)線圈具有優(yōu)良性能，又可大幅提高線圈設(shè)計(jì)的效率，且減少對設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的依賴性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于反演/FDTD混合法的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，屬于磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁共振成像是一種非常重要的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床。射頻線圈是磁共振成像系統(tǒng)重要組成部分，其位于成像系統(tǒng)的最前端，接收來自成像區(qū)域內(nèi)的磁共振信號，對磁共振成像質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。在臨床應(yīng)用中，磁共振像的信噪比和成像均勻性是衡量射頻線圈的重要指標(biāo)，而射頻線圈所產(chǎn)生的射頻磁場(該射頻磁場也成為B1場)分布情況與圖像的信噪比和成像均勻性密切相關(guān)。

為了獲得高質(zhì)量圖像，磁共振系統(tǒng)要求射頻線圈能夠產(chǎn)生均勻一致的B1場。射頻線圈產(chǎn)生的B1場的均勻性不僅與線圈表面導(dǎo)電銅帶的排布方式有直接關(guān)系，導(dǎo)電銅帶位置的微小變化，都將使B1場分布均勻性發(fā)生改變。另一方面，由于人體組織本身就是一種電介質(zhì)，能夠與射頻線圈發(fā)生電磁“耦合”，極大地?cái)_亂B1場的分布。特別是在高場磁共振系統(tǒng)下，拉莫共振頻率提高，B1場波長接近人體組織器官的尺寸，這種“耦合”現(xiàn)象愈發(fā)明顯。因此，在射頻線圈設(shè)計(jì)中，確定有人體組織負(fù)載時(shí)表面導(dǎo)電銅帶排布形式，并使其產(chǎn)生均勻的B1場，是線圈設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及核心任務(wù)。

現(xiàn)有的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)理論方法主要分為兩大類：正方法和反演法。

正方法是針對已擬定結(jié)構(gòu)的線圈進(jìn)行電磁分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果不斷調(diào)整優(yōu)化線圈結(jié)構(gòu)。在正方法中，時(shí)域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)法對復(fù)雜電介質(zhì)(如人體組織)的電磁場分析具有很大優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于射頻線圈的設(shè)計(jì)。

與正方法不同，反演法并不要求射頻線圈的結(jié)構(gòu)提前擬定，而是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)電磁場分布來倒推出線圈表面電流密度分布，由線圈表面電流密度分布再倒推出線圈表面導(dǎo)線排布，完成線圈設(shè)計(jì)。

正方法最大的局限在于：要求射頻線圈的結(jié)構(gòu)提前擬定或者是已知，即在設(shè)計(jì)中，首先需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬定線圈銅帶排布形式，而后不斷調(diào)整銅帶排布，每次調(diào)整均依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，并需重新計(jì)算B1場分布，直到產(chǎn)生可接受的B1場。因此，正方法的效率非常低，且對線圈設(shè)計(jì)人員的要求較高。

基于反演法的線圈設(shè)計(jì)是通過將電流密度表示為傅里葉級數(shù)或貝塞爾級數(shù)的形式，并且該方法本身的數(shù)值計(jì)算具有高度復(fù)雜性，無法將不規(guī)則的人體組織作為負(fù)載考慮進(jìn)去。在目前報(bào)道的文獻(xiàn)中，均將人體負(fù)載簡化為規(guī)則幾何體，如球體或圓柱體。然而，這種簡化并不準(zhǔn)確，由于B1場與人體組織之間復(fù)雜的電磁“耦合”效應(yīng)，使得反演法的計(jì)算結(jié)果存在很大誤差，降低所設(shè)計(jì)線圈的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于反演/FDTD混合法的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，基于該混合方法，既能保證所設(shè)計(jì)線圈具有優(yōu)良性能，同時(shí)大幅提高線圈設(shè)計(jì)的效率，且減少對設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的依賴性。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：基于反演/FDTD混合法的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

S1，建立人體電磁模型；

S2，根據(jù)具體的磁場分布需求提出目標(biāo)場；

S3，基于步驟S1中的人體電磁模型，給出惠更斯等效面，并通過FDTD方法，求出惠更斯等效面上的電磁場分布；

S4，將步驟S3中所求的惠更斯等效面上電磁場的分布作為新的目標(biāo)場，通過反演法求出線圈表面電流密度分布；

S5，根據(jù)步驟S4中所求的線圈表面電流密度分布結(jié)果，利用流函數(shù)技術(shù)最終確定線圈回路排布。