[發明專利]一種磁共振Halbach型勻場線圈的設計方法

有效

• 申請號: 202110548643.X
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113033028B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 陳方;樊萌;劉朝陽;張志;馮繼文;陳俊飛;陳黎;程鑫;鮑慶嘉;汪慧娟;王佳鑫;楊李澤
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種磁共振Halbach型勻場線圈的設計方法，對線圈圓柱面進行網格劃分；在目標圓球面上選取目標點；建立網格節點電流密度流函數和網格節點電流密度的有限差分關系；設置目標點磁場強度；建立網格節點電流密度流函數和目標點磁場強度軸方向分量之間的方程組；構造功耗和局部均勻分布組合約束函數，求取約束矩陣，利用Tikhonov正則化方法求解網格節點電流密度流函數的具體數值；根據網格節點電流密度流函數在對應的線圈圓柱面上的分布的等勢線做等差值排布即得到勻場線圈的繞線模式。本發明可有效消除Halbach型磁體系統由于生產制造誤差而引入的主磁場各階不均勻磁場分量，進而提高Halbach型磁體系統主磁場的均勻性。

技術領域

本發明涉及屬于核磁共振勻場線圈技術領域，具體涉及一種磁共振Halbach型勻場線圈的設計方法。

背景技術

Halbach型（又稱為海爾貝克，哈爾巴赫等）磁體是由20世紀80 年代美國物理學家K.Halbach提出了一種新型磁體設計。Halbach型磁體由多個具有不同的充磁方向的磁塊按照一定的規律組合而成，能利用較少的磁材產生較均勻的單邊磁場，如圖1所示。與常規磁體設計相比，在磁體的有效空間和場強相當情況下，Halbach型磁體具有體積更小所消耗的材料更少等優點，在小型化便攜化核磁共振（NMR）、磁共振成像（MRI）以及電子順磁共振（EPR）等磁共振儀器領域有較大的應用前景。但Halbach型磁體也存在較大的主磁場不均勻的問題，而NMR儀器、MRI儀器以及EPR儀器對磁體主磁場均勻度有較高要求，因此應用于磁共振儀器領域的Halbach型磁體，需要通過勻場技術提高其主磁場均勻度。提高主磁場均勻度的勻場技術可分為有源勻場和無緣勻場兩種，其中有源勻場是通過特定電流分布的勻場線圈來實現的。

本發明專利為了解決Halbach型磁體系統主磁場不均勻性的問題，提出了一種磁共振Halbach型勻場線圈的設計方法，使用該方法設計的勻場線圈可以消除Halbach型磁體系統主磁場各階不均勻磁場分量，提高主磁場的均勻性（如圖1所示）。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供一種磁共振Halbach型勻場線圈的設計方法，能消除Halbach型磁體系統主磁場各階不均勻磁場分量，提高主磁場的均勻性。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種磁共振Halbach型勻場線圈的設計方法，包括以下步驟：

步驟1、首先對Halbach勻場線圈所在的線圈圓柱面進行網格劃分獲得各個網格節點；

步驟2、在目標圓球面上選取目標點；

步驟3、建立網格節點電流密度流函數和網格節點電流密度的有限差分關系；

步驟4、設置目標點磁場強度；

步驟5、建立網格節點電流密度流函數和目標點磁場強度z軸方向分量之間的方程組；

步驟6、構造功耗和局部均勻分布組合約束函數H，根據功耗和局部均勻分布組合約束函數獲得約束矩陣 L，利用Tikhonov正則化方法求解步驟5中的網格節點電流密度流函數和目標點磁場強度z軸方向分量之間的方程組，得到網格節點電流密度流函數的具體數值；

其中，R1為線圈圓柱面的底面半徑，為線圈圓柱面的高度, R1為線圈圓柱面的底面半徑，為繞圓周的角度方向網格電流密度，為z軸方向網格電流密度，zs為網格節點的z軸高度變量，為軸向劃分線的方位角變量；

步驟7、根據網格節點電流密度流函數在對應的線圈圓柱面上的分布的等勢線做等差值排布即得到勻場線圈的繞線模式。

如上所述的步驟1中：