[發明專利]一種全自由度永磁體主動構建方法

在審

• 申請號: 202211031315.3
• 申請日: 2022-08-26
• 公開（公告）號: CN115455505A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 龐彥偉;劉一鳴;夏華威;王佳蓓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/17;G06F30/27;G06N3/08
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種全自由度永磁體主動構建方法，包括以下步驟：步驟1、選取永磁材料并制作磁塊；步驟2、構建全自由度磁體幾何模型；步驟3、確定由少量磁塊組成的磁體初始狀態；步驟4、構建磁場評價環境；步驟5、構建基于深度神經網絡的磁塊動作決策網絡；步驟6、進行磁塊動作決策網絡與磁場評價環境的交互，將交互產生的經驗保存到回放單元；步驟7、依據收斂的永磁體模型制造永磁體。本發明能夠在同等重量條件下提升永磁體的磁場場強并優化磁場的均勻性。

技術領域

本發明屬于信息與通信工程技術領域,涉及一種永磁體主動構建方法，尤其是一種全自由度永磁體主動構建方法。

背景技術

磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)具有零輻射暴露和良好的軟組織成像對比度等優點，主磁體作為磁共振成像儀最基本的構件，其性能將直接影響磁共振圖像的質量。

現有的主磁體主要分為超導電磁型和永磁型兩種。超導電磁型主磁體能夠實現場強高、均勻性好的磁場，從而獲得相較于傳統永磁型磁體質量更好的磁共振成像，是目前主流的市場選擇，但是超導磁體造價高，且需要定期補充稀缺的液氦，維護費用較高，導致磁共振檢測成本高昂，限制了磁共振設備的吞吐量。相比而言，永磁體一般采用稀土永磁材料制成，如我國儲量豐富的釹鐵硼，因此造價低廉，易于普及。此外永磁體還具有低耗能、維護費用低等優點。但受限于較差的均勻度，基于永磁體的磁共振通常成像質量較差，因此研究高均勻性的永磁體能夠降低單臺磁共振部署成本，提升社會面磁共振部署總數，從而提升磁共振檢測的總體吞吐量，對日益嚴重的老齡化社會具有重要意義。

永磁體一般由多個永磁材料制成的磁塊按照特殊設計的空間分布構成，磁塊的空間分布決定了永磁體的均勻性，因此研究者一般通過對磁塊空間排布優化的研究來提升永磁體的均勻性。目前研究者對永磁體磁塊排布的優化通常基于遺傳算法，每個磁塊的角度都固定為Halbach型磁體的角度，因此算法僅能確定少量的參數，如某個位置磁塊的型號。這類優化方法存在兩個問題，首先遺傳算法不涉及對磁場特征的提取，通常為磁塊組合的隨機試錯，難以建模磁塊間復雜的剩磁退磁效應以及每個磁塊對總體磁場的影響；此外磁塊的角度固定，限制了主磁體的理論性能上限。因此，雖然基于遺傳算法的磁塊排布優化已經在主磁體均勻性上取得了顯著的突破，但仍有很大的提升空間。

經檢索，未發現與本發明相同或相似的現有技術的專利文獻。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種全自由度永磁體主動構建方法,能夠在同等重量條件下提升永磁體的磁場場強并優化磁場的均勻性。

本發明解決其現實問題是采取以下技術方案實現的：

一種全自由度永磁體主動構建方法，包括以下步驟：

步驟1、選取永磁材料并制作磁塊；

步驟2、構建全自由度磁體幾何模型；

步驟3、基于步驟2構建的全自由度磁體幾何模型，確定由少量磁塊組成的磁體初始狀態，設定初始磁塊為原始Halbach角度；

步驟4、在強化學習的框架下，構建磁場評價環境；

步驟5、構建基于深度神經網絡的磁塊動作決策網絡，對磁體狀態中的磁場狀態及其對應磁塊排布狀態進行不同方式的特征提取與融合，最終實現磁體狀態到Q值的精確映射；

步驟6、基于步驟4構建的磁體評價環境和步驟5構建的基于深度神經網絡的磁塊動作決策網絡，依據步驟3預定的初始狀態與設定的重量約束條件進行磁塊動作決策網絡與磁場評價環境的交互，將交互產生的經驗保存到回放單元；

步驟7、將步驟6所得經驗輸入到步驟5所述磁塊動作決策網絡中，對磁塊動作決策網絡進行優化，依據收斂的永磁體模型制造永磁體；

而且，所述步驟1的具體方法為：