[发明专利]用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈及其设计方法

权利要求书

1.一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

在设计表面上对称分布偶数根导线；

采用电流或电压分别驱动所述偶数根导线；

采用拓扑优化算法确定所述导线的空间位置；

所述拓扑优化算法的具体步骤包括：

步骤一：确定所述设计表面的参数及目标磁场分布区域的大小；

步骤二：针对预设方向的横向梯度线圈，建立物理模型和推导计算公式；

步骤三：推导目标磁场对设计变量的灵敏度；

步骤四：采用优化程序进行迭代求解，得出横向梯度线圈的构型；

所述步骤二的建模和推导步骤包括：

以导电材料密度作为设计变量，所述设计变量满足电流连续性方程；

计算电势分布，获取电流密度在x、y方向的分量表达式；

根据Biot-Savart定律计算目标区域内点(x_i,y_i,z_i)的磁场强度z方向分量；

以目标区域内实际磁场强度与目标磁场强度的残差的平方和最小为目的，建立磁场强度、电流密度与设计变量之间对应关系的模型；

采用有限元离散的方式，对所述模型进行离散简化而获取简化模型；

以电阻作为正则项引入设计目标，获取优化模型。

2.根据权利要求1所述的一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述各根导线采用同一电压驱动或者所述各根导线采用同一电流驱动。

3.根据权利要求1所述的一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述拓扑优化算法以所述导线的导电材料的分布为设计变量。

4.根据权利要求1所述的一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述设计出的横向梯度线圈采用柔性PCB板、3D打印技术、或刻蚀技术、或其结合方式加工制造。

5.根据权利要求1所述的一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述偶数根导线中一根横向梯度线圈构型采用所述拓扑优化算法进行计算，剩余其他导线根据所述横向梯度线圈构型进行对称法得到。

6.根据权利要求1所述的一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈的设计方法，其特征在于，所述步骤三中引入伴随变量，求得离散伴随敏度。

7.一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈，其特征在于，采用如权利要求1至6中任意一项所述的设计方法而获得，所述横向梯度线圈对称分布于设计表面。

8.根据权利要求7所述的一种用于微尺度磁共振成像系统的横向梯度线圈，其特征在于，所述横向梯度线圈采用柔性PCB板、3D打印技术、或刻蚀技术、或其结合方式加工制造。