[发明专利]一种用于生物医学成像系统的梯度线圈设计方法及梯度线圈

说明书

本申请涉及一种用于生物医学成像系统的梯度线圈设计方法及梯度线圈。所述设计方法包括：一种用于生物医学成像系统的梯度线圈设计方法，所述梯度线圈以不可展曲面为梯度线圈承载面，所述梯度线圈设计方法包括以下步骤：步骤a：将不可展梯度线圈承载面剖分离散；步骤b：在所述剖分离散后的不可展梯度线圈承载面上分布至少两条相互连接的导线；步骤c：采用驱动电路驱动所述导线，确定导线的空间位置，得到所述导线在三维空间中的构型；步骤d：根据所述导线的构型加工梯度线圈。本申请将梯度线圈承载面由可展面(圆柱或椭圆柱面)扩展到不可展曲面，满足磁生物成像系统的多种应用需求，并提高成像质量。

技术领域

本申请属于生物医学成像技术领域，特别涉及一种用于生物医学成像系统的梯度线圈设计方法及梯度线圈。

背景技术

梯度线圈是磁共振系统的核心功能部件，梯度线圈的设计是通过线圈的电流根据毕奥-萨法尔(Biot-Savart)定律可以求出其在空间产生的磁场磁感应强度，通过设计线圈的构型来使其产生的磁场在一定梯度范围内，其线性度、电感等性能参数将直接影响到生物医学成像系统的成像质量和响应时间。减小线圈梯度线圈承载面与感兴趣区域的距离可以有效的提高生物医学成像的成像质量。目前，现有的梯度线圈设计方法包括电流驱动方法和电压驱动方法两大类，分别应用于宏观尺度和微尺度的生物医学成像系统，但是这两种方法都应用于平面、柱面等可展梯度线圈承载面，并没有将其扩展到不可展曲面上，无法满足磁共振系统的多种应用需求。

发明内容

本申请提供了一种用于生物医学成像系统的梯度线圈设计方法及梯度线圈，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种用于生物医学成像系统的梯度线圈设计方法，所述梯度线圈以不可展曲面为梯度线圈承载面，所述梯度线圈设计方法包括以下步骤：

步骤a：将不可展梯度线圈承载面剖分离散；

步骤b：在所述剖分离散后的不可展梯度线圈承载面上分布至少两条相互连接的导线；

步骤c：采用驱动电路驱动所述导线，确定导线的空间位置，得到所述导线在三维空间中的构型；

步骤d：根据所述导线的构型加工梯度线圈。

本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述将不可展梯度线圈承载面剖分离散具体为采用离散网格逼近原始不可展梯度线圈承载面，使离散网格生成的曲面逼近原始不可展梯度线圈承载面，将所述原始不可展梯度线圈承载面离散为均匀的测地网格，离散后的不可展梯度线圈承载面曲率收敛于所述原始不可展梯度线圈承载面的曲率。

本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述至少两条导线的连接方式包括并联、串联或拓扑结构。

本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述采用驱动电路驱动所述导线，确定导线的空间位置具体为：采用电流驱动方式对一对或一对以上的线圈施加额定电流产生所需梯度磁场。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤c还包括：

步骤c10：引入设计变量，建立目标函数及梯度线圈分析模型，计算每个线圈上电流密度对产生梯度磁场的贡献；

离散后每个线圈的电流密度可以表示为一个标量函数：

用于得到线圈形状的电流密度表达式为：

根据毕奥-萨法尔定律：