本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于流函數(shù)的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，包括以下各步驟：(1)確定感興趣區(qū)域；(2)初始參數(shù)設(shè)定：設(shè)定主線圈的幾何參數(shù)，屏蔽線圈的幾何參數(shù)；設(shè)定內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度和外部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度；設(shè)定線圈工作的諧振頻率；(3)將主線圈沿角度分量方向和高度分量方向分別等分為K份和Q份；用流函數(shù)對線圈表面的電流密度分量(包括角度分量、高度分量)進(jìn)行離散；(4)通過矩陣計(jì)算得到流函數(shù)的傅里葉級數(shù)表達(dá)式；(5)對流函數(shù)繪制等勢線，等勢線形狀即為主線圈和屏蔽線圈的具體繞線形。本發(fā)明專利技術(shù)能夠根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)精確設(shè)計(jì)磁共振線圈形狀，線圈在其內(nèi)部感興趣區(qū)的磁場分布均勻，提高了成像系統(tǒng)的信噪比。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及磁共振領(lǐng)域，具體地講是一種基于流函數(shù)的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方 法。
技術(shù)介紹
磁共振成像技術(shù)由于其在提供組織化學(xué)信息方面的潛在能力以及對人體沒有因 放射線引起的電離輻射作用等特點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)今眾所矚目的醫(yī)學(xué)成像方法。磁共振成像 系統(tǒng)由主磁體、梯度線圈、射頻線圈、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備構(gòu)成。射頻線圈是磁共 振成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，有發(fā)射線圈和接受線圈之分，有的線圈也同時具有發(fā)射和接收功 能。發(fā)射線圈發(fā)射射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振，發(fā)射線圈需要在感興趣區(qū)產(chǎn)生一 個均勻磁場；接收線圈以高信噪比接收感興趣區(qū)的信號，接收線圈離檢查部位越近，所接收 到的信號越強(qiáng)，線圈內(nèi)體積越小則所接收到的噪聲越低，因而各廠家開發(fā)了多種適用于各 檢查部位的專用表面線圈，如心臟線圈、肩關(guān)節(jié)線圈、直腸內(nèi)線圈、脊柱線圈等。表面線圈對信號檢測的靈敏度最高，但是由于線圈靈敏度與線圈的尺寸呈逆相 關(guān)，過大的表面線圈用于信號檢測效率不高，因此單個表面線圈可以采集信號的區(qū)域較小。 相控陣線圈可以解決這一問題，它由一些空間緊密排布的表面線圈組成，可以覆蓋較大的 區(qū)域，如人體的脊柱、頭部、脖子和軀干等。相控陣線圈可以比單個表面線圈覆蓋更大的體 積，由于其保持有表面線圈高靈敏度的特性，可以明顯提高磁共振圖像的信噪比，有助于改 善薄層掃描、高分辨率掃描以及圖像質(zhì)量。射頻線圈的電磁設(shè)計(jì)可以歸結(jié)為一個電磁場的逆問題，即給定成像系統(tǒng)的信噪比 和敏感度的均勻度的要求，反算求出所需的射頻線圈的結(jié)構(gòu)和幾何形狀。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 是采用已有的特定的線圈結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)對線圈的形狀和位置進(jìn)行適當(dāng)的優(yōu) 化，以求提高其信噪比和均勻度。這類方法的缺點(diǎn)是線圈的形狀難有很大的變化，設(shè)計(jì)方法 也不系統(tǒng)完備，設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)效果難以預(yù)計(jì)，也就無法盤算所得的結(jié)果是否最優(yōu)，這樣的 設(shè)計(jì)是靠經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)和優(yōu)化現(xiàn)有的形狀，通用性較差。傳統(tǒng)射頻線圈會在梯度線圈和勻場線圈中產(chǎn)生渦流損耗，從而影響系統(tǒng)信噪比， 隨著主磁場場強(qiáng)的提高，這種效應(yīng)顯得尤為明顯。因此，需要對射頻線圈需要施加專門的射 頻屏蔽，防止射頻磁場進(jìn)入梯度磁場和勻場線圈，以降低射頻磁場對梯度磁場和勻場磁場 的影響。屏蔽線圈可分為被動屏蔽和主動屏蔽線圈兩種，被動屏蔽線圈一般由有一定厚度 的金屬薄板構(gòu)成，主動屏蔽線圈載有電流，產(chǎn)生的磁場可以抵消由射頻線圈產(chǎn)生的外部磁 場。采用現(xiàn)有技術(shù)的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法時，尤其是在屏蔽線圈的設(shè)計(jì)上，防止射頻磁 場進(jìn)入梯度磁場和勻場線圈的效果不明顯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)精確設(shè)計(jì)磁共振線圈形 狀的。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是，提供以下步驟的，包括以下各步驟(I)確定感興趣區(qū)域內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域和外部感應(yīng)興趣區(qū)域，內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)殄F形空間，外部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)閳A柱形空間；所述的內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)主線圈內(nèi)部，外部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)屏蔽線圈的外部，待設(shè)計(jì)屏蔽線圈位于待設(shè)計(jì)主線圈外部；(2)初始參數(shù)設(shè)定設(shè)定主線圈的幾何參數(shù)，屏蔽線圈的幾何參數(shù)；設(shè)定內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度和外部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度；設(shè)定線圈工作的諧振頻率；(3)將主線圈沿角度分量方向和高度分量方向分別等分為K份和Q份，得到KXQ 的相控陣射頻線圈；用流函數(shù)對線圈表面的電流密度分量(包括角度分量、高度分量)進(jìn)行離散，得到電流密度分量的傅里葉級數(shù)表達(dá)式，傅里葉級數(shù)表達(dá)式與K和Q相關(guān)；(4)將實(shí)際感應(yīng)磁場強(qiáng)度與目標(biāo)磁場強(qiáng)度之間的差值對步驟3中給出的傅里葉系數(shù)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零，可以得到關(guān)于傅里葉系數(shù)的線性方程組，線性方程組的矩陣形式為AX = T，其中矩陣A與磁場強(qiáng)度的傅里葉級數(shù)表達(dá)式相關(guān)，矩陣X包含傅里葉系數(shù)，矩陣 T與期望磁場強(qiáng)度相關(guān)；得到流函數(shù)的傅里葉級數(shù)表達(dá)式；(5)對流函數(shù)繪制等勢線，等勢線形狀即為主線圈和屏蔽線圈的具體繞線形狀；采用本專利技術(shù)的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本專利技術(shù)基于流函數(shù)技術(shù)的設(shè)計(jì)磁共振射頻線圈(包括主線圈和主動屏蔽線圈)，并將主線圈分割為相控陣線圈， 得到與流函數(shù)表達(dá)式、分割份數(shù)(K和Q)相關(guān)的傅里葉表達(dá)式，通過矩陣計(jì)算，最終得到流函數(shù)的傅里葉級數(shù)表達(dá)式，進(jìn)而就可以對流函數(shù)繪制等勢線了，由于存在主線圈和屏蔽線圈，故需要分別對兩個流函數(shù)繪制等勢線，根據(jù)流函數(shù)的等勢線繞制線圈即可達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)；本專利技術(shù)能夠有效的解決線圈設(shè)計(jì)逆問題中的積分方程的病態(tài)特性，得到較精確的傅里葉系數(shù)的解，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)精確設(shè)計(jì)磁共振線圈形狀，線圈在其內(nèi)部感興趣區(qū)的磁場分布均勻，外部屏蔽區(qū)域磁場微弱，提高了成像系統(tǒng)的信噪比，從而有利于磁共振成像，確保了磁共振成像的清晰度，提高了診斷效率 和準(zhǔn)確度。作為改進(jìn),步驟4中，采用Tikhonov正則化技術(shù)求解傅里葉級數(shù)引入最小曲率懲罰函數(shù)，用矩陣(Α+Γ)代替矩陣A求解傅里葉系數(shù)，最小曲率懲罰函數(shù)存在于矩陣Γ中， 用于降低矩陣A的條件數(shù)，使得傅里葉系數(shù)的解更為精確。作為改進(jìn)，引入懲罰因子λ，用矩陣(Α+λ Γ)代替矩陣A求解傅里葉系數(shù)，根據(jù)矩陣A和矩陣Γ的條件數(shù)確定的λ的取值范圍，以矩陣(Α+λ Γ)的條件數(shù)最小為目標(biāo)，確定λ的取值；通過引入和自動優(yōu)選懲罰因子λ，提高了傅里葉級數(shù)表達(dá)式系數(shù)的準(zhǔn)確度， 從而得到線圈的繞制形狀與預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)更吻合。作為改進(jìn)，在線圈內(nèi)部感興趣區(qū)和線圈外部屏蔽區(qū)域選取有限個采樣點(diǎn)，根據(jù)采樣點(diǎn)處的磁場強(qiáng)度與期望磁場強(qiáng)度的誤差值對懲罰因子進(jìn)行校正；參數(shù)的校正是對設(shè)計(jì)方法的二次優(yōu)化，進(jìn)一步提高磁場均勻度，提高屏蔽線圈的屏蔽效果。附圖說明圖1為專利技術(shù)的流程圖。圖2為專利技術(shù)的模型示意圖。圖3為專利技術(shù)的主線圈繞線仿真示意圖。 (實(shí)施例1)。圖4為專利技術(shù)的屏蔽線圈繞線仿真示意圖。 (實(shí)施例1)。圖5為專利技術(shù)的主線圈繞仿真示意圖(實(shí)施例2)。圖6為專利技術(shù)的屏蔽線圈繞線仿真示意圖 (實(shí)施例2)。如圖2所不1、王線圈，2、屏蔽線圈，3、內(nèi)部感興趣區(qū)域，4、外部感興趣區(qū)域。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本專利技術(shù)的，包括以下具體實(shí)施步驟(I)確定感興趣區(qū)域內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域和外部感應(yīng)興趣區(qū)域，內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)殄F形空間，外部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)閳A柱形空間；所述的內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)主線圈內(nèi)部，外部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)屏蔽線圈的外部，待設(shè)計(jì)屏蔽線圈位于待設(shè)計(jì)主線圈外部；(2)初始參數(shù)設(shè)定設(shè)定主線圈的幾何參數(shù)(如圖2所示，主線圈為圓柱形，其幾何參數(shù)主要是兩端面半徑和高度)，屏蔽線圈(在圖2中，屏蔽線圈也為圓柱形，其幾何參數(shù)也為兩端面半徑和高度)的幾何參數(shù)；設(shè)定內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度和外部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度(內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域的磁場強(qiáng)度主要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)而定；外部感應(yīng)興趣區(qū)域的磁場強(qiáng)度一般為零)；設(shè)定線圈工作的諧振頻率(即拉莫爾頻率f);(3)將主線圈沿角度分量方向和高度分量方向分別等分為K份和Q份，得到KXQ 的相控陣射頻線圈；用流函數(shù)對線圈表面的電流密度分量(包括角度分量、高度分量)進(jìn)行離散，得到電流密度分量的傅里葉級數(shù)表達(dá)式，傅里葉級數(shù)表達(dá)式與K和Q相關(guān)；此時，電流密度是 未知的，只是用流函數(shù)表達(dá)之后所得到的表達(dá)式；(4)將實(shí)際感應(yīng)磁場強(qiáng)度與目標(biāo)磁場強(qiáng)度之間的差值對步驟3中給出的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于流函數(shù)的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)確定感興趣區(qū)域：內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域和外部感應(yīng)興趣區(qū)域，內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)殄F形空間，外部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)閳A柱形空間；所述的內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)主線圈內(nèi)部，外部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)屏蔽線圈的外部，待設(shè)計(jì)屏蔽線圈位于待設(shè)計(jì)主線圈外部；(2)初始參數(shù)設(shè)定：設(shè)定主線圈的幾何參數(shù)，屏蔽線圈的幾何參數(shù)；設(shè)定內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度和外部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度；設(shè)定線圈工作的諧振頻率；(3)將主線圈沿角度分量方向和高度分量方向分別等分為K份和Q份，得到K×Q的相控陣射頻線圈；用流函數(shù)對線圈表面的電流密度分量(包括角度分量、高度分量)進(jìn)行離散，得到電流密度分量的傅里葉級數(shù)表達(dá)式，傅里葉級數(shù)表達(dá)式與K和Q相關(guān)；(4)將實(shí)際感應(yīng)磁場強(qiáng)度與目標(biāo)磁場強(qiáng)度之間的差值對步驟3中給出的傅里葉系數(shù)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零，可以得到關(guān)于傅里葉系數(shù)的線性方程組，線性方程組的矩陣形式為：AX＝T，其中矩陣A與磁場強(qiáng)度的傅里葉級數(shù)表達(dá)式相關(guān)，矩陣X包含傅里葉系數(shù)，矩陣T與期望磁場強(qiáng)度相關(guān)；得到流函數(shù)的傅里葉級數(shù)表達(dá)式；(5)對流函數(shù)繪制等勢線，等勢線形狀即為主線圈和屏蔽線圈的具體繞線形狀。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于流函數(shù)的磁共振射頻線圈設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟(1)確定感興趣區(qū)域內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域和外部感應(yīng)興趣區(qū)域，內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)殄F形空間，外部感應(yīng)興趣區(qū)域?yàn)閳A柱形空間；所述的內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)主線圈內(nèi)部，外部感應(yīng)興趣區(qū)域在待設(shè)計(jì)屏蔽線圈的外部，待設(shè)計(jì)屏蔽線圈位于待設(shè)計(jì)主線圈外部;(2)初始參數(shù)設(shè)定設(shè)定主線圈的幾何參數(shù)，屏蔽線圈的幾何參數(shù)；設(shè)定內(nèi)部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度和外部感應(yīng)興趣區(qū)域的目標(biāo)磁場強(qiáng)度；設(shè)定線圈工作的諧振頻率；(3)將主線圈沿角度分量方向和高度分量方向分別等分為K份和Q份，得到KXQ的相控陣射頻線圈；用流函數(shù)對線圈表面的電流密度分量(包括角度分量、高度分量)進(jìn)行離散，得到電流密度分量的傅里葉級數(shù)表達(dá)式，傅里葉級數(shù)表達(dá)式與K和Q相關(guān)；(4)將實(shí)際感應(yīng)磁場強(qiáng)度與目標(biāo)磁場強(qiáng)度之間的差值對步驟3中給出的傅里葉系數(shù)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零，可以得到關(guān)于傅里葉系數(shù)的線性方程組，線性方程組的矩陣形式為AX =T，其中矩陣A與磁...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張鞠成，鄭重，徐文龍，
申請(專利權(quán))人：嘉恒醫(yī)療科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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