[发明专利]基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法

权利要求书

1.基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建立人体电磁模型；

S2，根据具体的磁场分布需求提出目标场；

S3，基于步骤S1中的人体电磁模型，给出惠更斯等效面，并通过FDTD方法，求出惠更斯等效面上的电磁场分布；

S4，将步骤S3中所求的惠更斯等效面上电磁场的分布作为新的目标场，通过反演法求出线圈表面电流密度分布；

S5，根据步骤S4中所求的线圈表面电流密度分布结果，利用流函数技术最终确定线圈回路排布。

2.根据权利要求1所述的基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过对人体组织进行磁共振或CT成像，获得DICOM文件形式的人体组织扫描成像图，对人体组织扫描成像图进行分割及三维重建，得到解剖模型，再赋以相应电参数的数值，获得人体电磁模型。

3.根据权利要求2所述的基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，人体组织扫描成像图存在大量的尖锐三角面片，采用网格重划方法和三角面片优化方法依次对人体组织扫描成像图进行优化，网格重划方法去除质量差的三角面片，将不规则三角面片转化成等边面片，从而大幅减少其数量；三角面片优化方法是基于差补运算对网格优化后的人体组织扫描成像图进行光顺处理。

4.根据权利要求1所述的基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述目标场的形状及大小尺寸由步骤S1中所建立的人体电磁模型及实际需求决定。

5.根据权利要求1所述的基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述惠更斯等效面为规则几何形状，所述惠更斯等效面围蔽的空间包含步骤S1中所建立的人体电磁模型；通过FDTD方法，求出在FDTD区域内的稳态解，在求解过程中，时间步长和空间步长的具体确定，由计算机硬件条件及解的精度需要等情况，通过试验最终确定；边界条件采用完全吸收边界条件，计算区域为惠更斯等效面所围空间；依据惠更斯等效映射原理，确定惠更斯等效面和步骤S2中目标场的映射方案，由FDTD计算结果给出在惠更斯等效面上的电磁场分布。

6.根据权利要求1所述的基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，其特征在于，所述步骤S4中，反演法的计算区域仅为线圈到所述惠更斯等效面的空间区域，而不包含人体负载，具体包括以下步骤：

S41，构造电流密度形式：电流密度形式采用傅里叶级数展开，傅里叶级数的系数为待求参数，线圈壳体采用常规的柱形，故电流密度在理论建模中只考虑两个方向的电流密度分量，又由于电流密度仅分布于线圈表面，因此每个分量仅以旋转角和线圈壳体长轴为自变量，电流密度两个分量j_z(φ',z')和j_φ(φ',z')分别表示为：

式(1)和式(2)中，a_mn、b_mn、c_mn、d_mn、e_m0、f_m0、g_mn、h_mn、k_0n和l_0n为待求参数，L为线圈壳体长度的一半；电流密度的边界条件为：j_z(φ',z')＝0，当z'＝±L；

S42，通过经典电磁学中的磁场与电流密度关系，给出磁场三个分量的表达式：

式(3)、式(4)和式(5)中，

S43，将步骤S42中磁场三个分量的表达式与经过步骤S3更新后的目标场相结合，构建最终的目标函数：

式(6)中，H_Tx，H_Ty，H_Tz为步骤S3中给出的目标场。