[发明专利]开放式磁共振系统梯度线圈磁场强度的计算方法

摘要

一种开放式磁共振系统梯度线圈磁场强度的计算方法，该方法采用基于扇环单元的积分方程法，将开放式磁共振中铁磁性材料划分为扇环型的三维网格单元，通过计算梯度线圈加载梯度电流时铁磁性材料内部的磁化强度，得到铁磁性材料对空间中梯度磁场强度的影响，最后求得开放式磁共振中梯度线圈产生的实际梯度磁场强度。

主权项

一种开放式磁共振系统梯度线圈磁场强度的计算方法，其特征在于，所述的计算方法首先将靠近所述梯度线圈、对梯度磁场有影响的铁磁性材料划分为扇环形状的铁磁性材料单元，采用毕萨定律计算梯度线圈在目标场点和铁磁性材料单元质心产生的磁场强度；用等效磁流法和毕萨定律计算各铁磁性材料单元在目标场点和其他铁磁性材料单元质心产生的磁场强度系数矩阵；其次，通过建立方程组计算所有铁磁性材料单元内的磁化强度，并得到铁磁性材料内部磁化在目标场点产生的磁场强度；最后，将铁磁性材料在目标场点产生的磁场强度和梯度线圈在目标场点产生的磁场强度相加，得到开放式磁共振系统中梯度磁场强度的实际值；所述的磁场强度系数矩阵的计算方法为：利用等效磁流法将铁磁性材料单元中的磁化强度等效为磁化电流密度，将目标场点、各铁磁性材料单元的空间位置和等效磁流法得到的磁化电流密度代入毕萨定律的电流密度形式：式中：B为梯度磁通密度，μ0为真空磁导率，Ids为面电流元，r为面电流元指向目标场点的矢量，r为面电流元指向场点的矢量的模；求得铁磁性材料单元在自身单元外空间中任一点处产生的三维空间磁场强度H，记为H与铁磁性材料单元内的磁化强度M的关系式表述为：式中，Hr、Hz为空间任一点P处三维磁场强度的三个分量；Mr、Mz表示该铁磁性材料单元内三维磁化强度的三个分量；Arr、Arz、Azr、Azz为该铁磁性材料单元内磁化强度与空间任一点P处磁场强度之间的系数，Arr为r方向磁化强度产生的r方向磁场强度分量的磁场强度系数，为方向磁化强度分量产生的r方向磁场强度分量的磁场强度系数，Arz为z方向磁化强度分量产生的r方向磁场强度分量的磁场强度系数，为r方向磁化强度分量产生的方向磁场强度分量的磁场强度系数，为方向磁化强度分量产生的方向磁场强度分量的磁场强度系数，为z方向磁化强度分量产生的方向磁场强度分量的磁场强度系数，Azr为r方向磁化强度分量产生的z方向磁场强度分量的磁场强度系数，为方向磁化强度分量产生的z方向磁场强度分量的磁场强度系数，Azz为z方向磁化强度分量产生的z方向磁场强度分量的磁场强度系数；将9个磁场强度系数联立得到磁场强度系数矩阵磁场强度系数矩阵由相关铁磁性材料单元的几何尺寸、空间位置以及所求空间磁场点空间位置决定；所述的建立方程组计算所有铁磁性材料单元内的磁化强度，得到铁磁性材料内部磁化在目标场点产生的磁场强度的方法为：空间中的磁场由源区和磁化区域两者各自产生的磁场线性叠加产生：H＝HS+HM式中，H为空间中任一点磁场强度，HS为源区产生的磁场，HM为磁化区域产生的磁场；式(5)中，H1S表示源区在第一个铁磁性材料单元内产生的磁场HabM表示第b个铁磁性材料单元在第a个铁磁性材料单元内产生的磁场强度；Aab为磁场系数矩阵；Mb由该铁磁性材料单元内铁磁性材料磁化率χb和该铁磁性材料单元内磁场强度Hb决定，即Mb＝χb·Hb，将式Mb＝χb·Hb代入方程组(5)，整理可得：方程的个数等于未知数个数，因此可求解出唯一解，此解即为各铁磁性材料单元内的磁场强度；将每个铁磁性材料单元的磁场强度乘以每个铁磁性材料单元的磁化率，得到每个铁磁性材料单元的磁化强度；磁场强度系数矩阵乘以铁磁性材料单元内的磁化强度，即得到铁磁性材料单元在目标场点产生的磁场强度。