[发明专利]基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法

说明书

本发明公开了一种基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，通过惠更斯等效面将反演法与FDTD方法有机结合起来，不但吸收了反演法与FDTD方法的优势，同时避免了这两种方法各自所存在的缺陷，基于本发明所述的混合方法，既能保证所设计线圈具有优良性能，又可大幅提高线圈设计的效率，且减少对设计人员经验的依赖性。

技术领域

本发明涉及一种基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，属于磁共振成像技术领域。

背景技术

磁共振成像是一种非常重要的医学成像技术，现已广泛应用于临床。射频线圈是磁共振成像系统重要组成部分，其位于成像系统的最前端，接收来自成像区域内的磁共振信号，对磁共振成像质量起到至关重要的作用。在临床应用中，磁共振像的信噪比和成像均匀性是衡量射频线圈的重要指标，而射频线圈所产生的射频磁场(该射频磁场也成为B1场)分布情况与图像的信噪比和成像均匀性密切相关。

为了获得高质量图像，磁共振系统要求射频线圈能够产生均匀一致的B1场。射频线圈产生的B1场的均匀性不仅与线圈表面导电铜带的排布方式有直接关系，导电铜带位置的微小变化，都将使B1场分布均匀性发生改变。另一方面，由于人体组织本身就是一种电介质，能够与射频线圈发生电磁“耦合”，极大地扰乱B1场的分布。特别是在高场磁共振系统下，拉莫共振频率提高，B1场波长接近人体组织器官的尺寸，这种“耦合”现象愈发明显。因此，在射频线圈设计中，确定有人体组织负载时表面导电铜带排布形式，并使其产生均匀的B1场，是线圈设计的难点及核心任务。

现有的磁共振射频线圈设计理论方法主要分为两大类：正方法和反演法。

正方法是针对已拟定结构的线圈进行电磁分析计算，根据计算结果不断调整优化线圈结构。在正方法中，时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)法对复杂电介质(如人体组织)的电磁场分析具有很大优势，已广泛应用于射频线圈的设计。

与正方法不同，反演法并不要求射频线圈的结构提前拟定，而是根据预先设定的目标电磁场分布来倒推出线圈表面电流密度分布，由线圈表面电流密度分布再倒推出线圈表面导线排布，完成线圈设计。

正方法最大的局限在于：要求射频线圈的结构提前拟定或者是已知，即在设计中，首先需根据经验拟定线圈铜带排布形式，而后不断调整铜带排布，每次调整均依赖于设计者的经验，并需重新计算B1场分布，直到产生可接受的B1场。因此，正方法的效率非常低，且对线圈设计人员的要求较高。

基于反演法的线圈设计是通过将电流密度表示为傅里叶级数或贝塞尔级数的形式，并且该方法本身的数值计算具有高度复杂性，无法将不规则的人体组织作为负载考虑进去。在目前报道的文献中，均将人体负载简化为规则几何体，如球体或圆柱体。然而，这种简化并不准确，由于B1场与人体组织之间复杂的电磁“耦合”效应，使得反演法的计算结果存在很大误差，降低所设计线圈的性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，基于该混合方法，既能保证所设计线圈具有优良性能，同时大幅提高线圈设计的效率，且减少对设计人员经验的依赖性。

实现上述目的的技术方案是：基于反演/FDTD混合法的磁共振射频线圈设计方法，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。