[发明专利]用于平面超导磁共振系统的屏蔽梯度线圈设计方法及其梯度线圈

说明书

一种用于平面超导磁共振系统的屏蔽梯度线圈设计方法及其梯度线圈，根据平面超导磁共振系统中梯度线圈所在位置周围金属导体的外轮廓来确定屏蔽区域，进行杂散场分区屏蔽。屏蔽区域不同分区处杂散场的约束值根据屏蔽要求调整。应用所述屏蔽梯度线圈设计方法设计的横向梯度线圈和纵向梯度线圈的主线圈包含反向线圈，反向线圈产生的磁场抵消了其余线圈的漏磁场，达到了降低梯度线圈杂散场的目的。

技术领域

本发明涉及一种用于平面超导磁共振系统的屏蔽梯度线圈设计方法及其梯度线圈。

背景技术

平面磁共振系统具有开放的结构外形，可减轻病人的幽闭恐惧感，同时易于医护人员接近病人进行介入治疗。平面磁共振系统较为常见的是永磁体磁共振系统，即磁体部分由永磁体构成。这样的磁共振系统一般场强较低，且磁场稳定性容易受到外界环境温度的影响。相比来说，平面超导磁共振系统的磁体部分由超导材料绕制而成，能够达到的磁场强度高，且磁场稳定性好。然而，超导磁共振系统的磁体部分金属结构较多，梯度线圈与周围金属结构相距较近，在梯度磁场切换时会在周围金属结构上产生涡流，涡流在成像区域内产生的次级磁场会影响成像质量。因此，高效的梯度线圈杂散场屏蔽效果对于减轻涡流干扰有着重要作用。

在平面永磁体磁共振系统中，磁体靠近成像区的端面一般安装有极板，用于产生均匀磁场。极板为导电结构，需要考虑涡流屏蔽。由于极板一般为平面结构，因而在设计梯度屏蔽时只需要在极板表面进行杂散场屏蔽，屏蔽区域为平面。然而平面超导磁共振系统的磁体的结构与永磁体结构不同。在设计平面超导磁共振磁体时，一般将位于外侧的磁体线圈之间的距离设置为小于内侧磁体线圈之间的距离，这样一方面增加了外侧线圈的磁场效率，另一方面形成的凹槽结构恰好用于放置梯度线圈。这样，在梯度线圈的外部、侧面都存在有金属结构，传统的只考虑外部磁体表面平面区域的杂散场屏蔽方式并不能有效降低涡流影响。

中国专利CN 101266289A提出了一种开放式磁共振成像系统中横向梯度线圈的变形空间设计方法，该设计方法只设计出了主线圈，没有对主线圈进行杂散场屏蔽；中国专利CN 107064842A提出了一种平板式梯度线圈及其制作方法，所述的梯度线圈包括非屏蔽x梯度线圈，非屏蔽y梯度线圈和普通屏蔽z梯度线圈，其中的屏蔽z梯度线圈中的主线圈层的线圈电流走向一致，屏蔽线圈层的线圈电流走向一致，都不存在反向线圈；中国专利CN108802645A提出了一种整数规划的永磁型纵向梯度线圈设计方法，其线圈屏蔽区域为位于屏蔽线圈外侧的平面区域，没有涉及到梯度线圈侧面的杂散场屏蔽问题；中国专利CN109696645A提出了一种曲面结构的开放式梯度线圈，和平面梯度线圈相比，所述的梯度线圈主线圈由平面改为曲面，使得线圈外侧更接近成像区，而屏蔽线圈采用平面结构，设计的梯度线圈包含屏蔽x梯度线圈，屏蔽y梯度线圈和屏蔽z梯度线圈，屏蔽区域为磁体极板平面。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，针对平面超导磁共振系统的结构特点，提出一种屏蔽梯度线圈及设计方法其梯度线圈。

本发明用于平面超导磁共振系统的屏蔽梯度线圈设计方法，步骤如下：

第一步，确定磁体上贴近梯度线圈的导体结构外轮廓，即屏蔽区域；

第二步，计算非屏蔽梯度线圈在所述屏蔽区域内的杂散场分布；

第三步，根据第二步得到的非屏蔽梯度线圈的杂散场分布对屏蔽区域进行分区，并确定每个分区处相应的杂散场强度约束，即对于屏蔽区域S_i，相应的杂散场强度绝对值不超过指定的杂散场强度约束值i为屏蔽区域分区编号；

第四步，将依据屏蔽区域分区确定的杂散场强度约束写入优化函数的约束条件中，即

其中，为屏蔽区域i中的杂散场强度；

第五步，确定梯度线圈优化设计的目标函数，并将成像区域目标磁场的控制偏差约束写入优化函数的约束条件中。