[发明专利]一种带有圆角的径向超导匀场线圈设计方法

说明书

一种带有圆角的径向超导匀场线圈及其设计方法，所述的超导匀场线圈，由基本形状为带有圆角连接的鞍型线圈组成；所述鞍型线圈的轴向线段和圆弧线段之间平滑弯折成圆角连接。所述的径向超导匀场线圈的设计方法为：1、确定所述匀场线圈的设计要求，将这些要求作为设计匀场线圈的初始参数输入；2、设定目标磁场，约束鞍型线圈尺寸范围，将线圈面积作为最小化优化目标，引入约束条件，构建非线性优化模型；3、优化求解需要指定鞍型线圈电流密度、谐波成分阶数和圆角半径，获得线圈位置坐标和圆弧跨度；4、判断非线性规划得到的线圈参数是否满足设计要求，若满足则输出满足设计要求的径向超导线圈的参数，若不满足则再次执行步骤3。

技术领域

本发明涉及一种径向超导匀场线圈设计方法。

背景技术

磁共振成像技术以其卓越的成像性能和无辐射危害等特点成为医学和科研领域的重要影像工具。磁共振成像装备若要呈现清晰、精确的组织结构信息，需要有一个高度均匀的主磁场，使得置于均匀主磁场环境中的原子核按照相同的频率进动。然而，磁共振成像磁体在加工后不可避免地会引入生产、装配误差，磁场均匀度被破坏，使得成像质量变差，甚至无法形成图像。匀场线圈作为一种磁场均匀度补救措施，用于抵消磁场的不均匀谐波成分，将磁场均匀度纠正到成像要求的水平。

在超导磁共振成像磁体系统中安装超导匀场线圈可有效抵消磁场偏差，提高磁场均匀度。和超导主线圈一样，超导匀场线圈工作在极低温环境，导线处于超导状态，不产生焦耳热，电流可循环不断地运行。超导匀场线圈分为轴向线圈和径向线圈，轴向线圈一般为圆环结构，径向线圈一般为鞍型结构。

中国专利CN103998947A提出了一种用来补偿磁体机械振动引起的磁场变形装置，装置包括几组无源匀场线圈，其中径向线圈为直角鞍型结构；中国专利CN106556813A提出了一种磁共振系统中主动匀场线圈的线性混合优化方法，对于径向线圈，通过优化线圈弧段结构来设计满足谐波要求的匀场线圈，并没有考虑线圈轴向部分电流回路连接；中国专利CN103515048A提出了一种径向超导匀场线圈的制作工艺，线圈采用直角鞍型结构设计；中国专利CN102356330A将产生正弦和余弦球谐波分量的等轴匀场线圈通过限制方位角跨度，使其排列同一层，减小了匀场线圈所占空间，其中的匀场线圈采用直角鞍型结构。直角鞍型线圈在绕制时不可避免地会在周向圆弧和轴向回路结合部分形成弧状连接，使得实际绕制的线圈结构偏离设计初始结构，造成磁场误差，尤其对于小型超导磁体来说，匀场线圈本身也较小，这种绕制误差带来的磁场偏差会更加明显。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种带有圆角的径向超导匀场线圈设计方法。带圆角的径向线圈符合工程实践中绕线技术特点，从而降低绕线带来的误差，提高磁场计算的精确度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种带有圆角的径向超导匀场线圈，由基本形状为带有圆角连接的鞍型线圈组成。所述鞍型线圈的轴向线段和圆弧线段之间平滑弯折成圆角连接。

磁共振成像系统成像区域的磁场可分解为谐波相加的形式，每一个谐波分量对应一组匀场线圈，每一组匀场线圈由不同数量的鞍型线圈组成，根据谐波分量的表达式命名，组成匀场线圈的鞍型线圈结构基本相同，本发明共计12组径向匀场线圈：X、Y、ZX、ZY、X2-Y2、XY、Z2X、Z2Y、Z(X2-Y2)、ZXY、X3、Y3。