[发明专利]基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法

权利要求书

1.基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1：根据梯度线圈或匀场线圈的具体类型，在布线区域中选取对应的特征区域，以及线圈轨迹几何类型；

S2：在特征区域内确定对应每匝导线路径中的特征点，包括圆弧与抛物线或圆弧与对称直线的交点Pn、抛物线与对称轴交点Qn、对称直线与对称轴交点Qn，以及圆弧外径Rn，将通过分段函数构建线圈的最终整体结构；

S3：根据线圈的优化需求，确定优化目标和限制条件，包括磁场线性度、磁场相对目标场偏差度、梯度效率、最小线间距、指定区域杂散磁场和电阻；

S4：基于毕奥-萨伐尔定律建立线圈结构与磁场的对应关系，并根据S3建立数值优化问题，采用内点法等算法进行数值优化，获取满足S3需求下的最优解，即最优特征点参数集。

2.根据权利要求1所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述S1中，对于Z梯度线圈和Z²-(X²+Y²)/2匀场线圈，特征区域选取整个圆形布线域，线圈几何类型为渐开线；

对于X梯度线圈、Y梯度线圈、XZ匀场线圈和YZ匀场线圈，特征区域选取二分之一圆形布线域，线圈几何类型为圆弧、变半径弧、抛物线的组合；

对于X²-Y²匀场线圈和2XY匀场线圈，特征区域选取四分之一圆形布线域，线圈几何类型为圆弧、变半径弧和对称直线的组合。

3.根据权利要求2所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述S2中，对于Z梯度线圈和Z²-(X²+Y²)/2匀场线圈，特征点由集R＝{R1、R2、…、RN}组成，其代表每一匝渐开线与对称轴的交点；

对于其余线圈，特征点由集P＝{P1，P2，…，PN}、Q＝{Q1,Q2,…，QN}、R＝{R1，R2，…，RN}组成，P代表抛物线与对称轴交点，Q代表抛物线或对称直线与圆弧的交点，R代表某匝圆弧外径。

4.根据权利要求2所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述S2中，若抛物线与圆弧交点处、对称直线与对称轴交点处连接存在锐角，则在相邻点处取切线，作出连接圆弧，实现平滑化处理。

5.根据权利要求1所述的基于分段函数轨迹优化的梯度及匀场线圈设计方法，其特征在于：所述设计方法用于双平面型永磁体、电磁体或超导磁共振成像系统的梯度和匀场线圈，包括3种梯度线圈：X方向梯度线圈、Y方向梯度线圈和Z方向梯度线圈，以及5种高阶匀场线圈：XZ匀场线圈、YZ匀场线圈、X²-Y²匀场线圈、2XY匀场线圈和Z²-(X²+Y²)/2匀场线圈。