基于0-1整数线性规划的自屏蔽磁共振成像超导磁体设计

本文提出一种基于0-1整数线性规划的自屏蔽磁共振成像（MRI）超导磁体设计方法．在磁体线圈可行载流区内按照所用线材尺寸划分网格,同时综合考虑线材内最大磁感应强度、成像区磁场均匀度、漏场范围等设计要求,以超导线材使用量最小为目标函数,采用0—1整数线性规划算法得到磁体线圈的初始导线集中区块分布;然后通过合理的调整限制各分离导线区块截面尺寸及其中心位置,得到最终易于实际加工和绕制的矩形磁体线圈结构．并根据不同的约束要求,该方法也适用于其他结构超导磁体的优化设计．文中最后给出一个设计实例．     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

14T核磁共振成像超导磁体电源拓扑设计及纹波抑制

根据14T 核磁共振成像(MRI)大电感超导体磁体(电感307H、连接阻抗2mΩ)负载纹波的需求(低压为3V、电流为1500A、电流纹波小于1ppm)，基于常见拓扑结构出现的问题，提出了一种适用于这种大电感超导磁体运行电源的拓扑结构。此拓扑结构采用多级处理、无源滤波和有源滤波相结合的思想来设计。介绍了电源的输入级、中间变换级及输出级三个部分的拓扑，并阐述了各部分拓扑设计对负载电流纹波抑制的作用。通过 Matlab 仿真分析，验证了拓扑设计的合理性。     

开放式自屏蔽全身成像高场超导MRI磁体优化设计

本文发展了开放式自屏蔽全身成像高场超导磁共振成像（MRI）磁体的优化设计方法,使设计出来的磁体仅有4 对超导线圈. 这种开放结构的超导MRI磁体优化设计方法集成了线性规划算法和遗传算法. 通过迭代线性规划算法可以在考虑成像区域（DSV）磁感应强度约束、磁场不均匀度约束、5 Gs线范围约束、线圈区域最大磁场值约束和最大环向应力约束的条件下,获得用线量最少的线圈初始形状和位置,同时可以得到每个线圈的层数和每层匝数;通过遗传算法可以提高DSV区域的磁场不均匀度,以达到高质量成像的要求. 这种集成的优化设计方法既可以灵活有效的设计开放式MRI磁体,也可以设计传统的圆柱形MRI磁体,本文通过一个1.2 T的开放式MRI磁体的设计清楚的展示了这种优化方法. 关键词： 线性规划算法 遗传算法 自屏蔽 开放式超导MRI磁体     

核磁共振谱仪超导磁体研究

对核磁共振谱仪超导磁体作了一些调研 ,并在理论的基础上对 4 0 0 MHz NMR谱仪超导磁体进行了方案设计计算     

一种开放式磁共振成像主磁体的设计方法

本文提出了一种开放式磁共振成像(MRI)超导磁体的设计方法.在对磁体模型进行简化的基础上获得初始的电流分布,然后将线圈截面的优化问题转化成一个非线性最小二乘问题,通过求解最小二乘问题得到实际的线圈截面参数.文章最后给出了一个设计算例.     

14T MRI大口径全身自屏蔽超导磁体的一种优化设计方法

磁共振成像(MRI)的磁体设计首先是确保中心成像区的场值和均匀性, 二是尽可能减少场值耗散的距离即漏磁5Gs 线. 基于此本文提出了一种线性与非线性规划联合优化的方法. 首先将导体作为基本单元, 在预布置线圈的空间范围内构建二维连续导体网格. 通过线性规划搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图. 再将存在电流的网格离散为一个个矩形线圈区域, 在保证场值均匀性、 杂散场5 Gs 线范围以及线圈位置间隔、 导体超导线安全裕度的前提下利用非线性规划, 具体确定各个线圈的轴向和径向位置、 线圈内导体层数和各层匝数以及通电流大小等. 采用这种联合优化方法, 不仅节省优化时间, 还可以自行设计线圈形状有利于工程实现. 文中由此方法给出了14 T MRI 磁体的一种设计方案, 依靠4 组线圈使得45 cm 中心球形成像内不均匀度降低到5 ppm, 而高场耗散的5 Gs 线通过磁体自屏蔽减小到15 m 以内. 满足了设计的要求.     

1.5 T关节磁共振成像超导磁体的设计、制作与测试

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是当今世界上最先进的医学影像技术之一,现阶段MRI技术正朝着成像质量更清晰、功能更强大、效率更高、个体化更强的趋势发展.与全身MRI设备相比,专科型MRI设备具有体积小、重量轻、成本低、病人舒适度高、成像质量高、功能更强等优点.但是关节专用超导MRI系统需要长度方向上被严格限制的超导磁体在160 mm直径球域(diameter sphere volume,DSV)内产生高均匀度的磁场.本文综合考虑了超导线用量、中心磁感应强度和成像区磁场不均匀度等因素,使用0-1规划和遗传算法相结合的方法设计了一种非屏蔽型1.5 T关节MRI超导磁体,该磁体的室温孔径为280 mm,总长度为520 mm,液氦量为30 L,载流区最大磁场为5.48 T,5高斯线范围为径向3.2 m、轴向2.6 m,160 mm DSV的磁场不均匀度设计值为22 ppm,考虑加工误差及冷缩因素,磁体加工完成并经过被动匀场后的预估值为60 ppm.经过绕制、固化、组装、焊接等工序,该磁体已制作完成.经过3次锻炼后成功励磁到1.5 T,经过被动匀场后160 mm DSV的磁场不均匀度达到50 ppm,各项指标均达到设计目标.     

核磁共振成像系列实验教学探讨

超小型核磁共振成像仪已经应用在近代物理实验教学中,该仪器可以研究各种样品的脉冲核磁共振.本文从教学内容和教学方法上对核磁共振成像实验进行了探讨·     

新一代永磁型磁共振成像系统及其医学应用

简述了世界磁共振成像技术的发展趋势,分析了永磁型共振成像系统的常见不足及其产生的物理原因,据此,提出了解决这些问题的方法,同时,介绍了解决这些问题之后开发出的新一代永磁型磁振成像系统Ｏｐｅｎ Ｍａｒｋ２０００的特点及其在医学上的应用。     

传导冷却磁分离用高温超导磁体的杜瓦设计

随着环境污染的加重,具有高梯度磁场的高温超导磁分离系统作为一种新型高效便捷的污水处理系统得到发展和应用.本文主要介绍了制冷机传导冷却高温超导磁体的便于装卸杜瓦的设计,利用ANSYS软件分析了杜瓦的应力和形变,分析了漏热、温度分布和对磁体的冷却情况,使高温超导磁体在磁分离系统中满足要求并保持正常运行.     

MRI、NMR低温超导磁体失超保护综述

用超导磁体制造NMR、MRI等核磁共振设备越来越普遍,超导磁体的失超保护在磁体设计中是一个很关键的问题.本文从失超保护方式,保护电路设计、加速失超方法等三个方面总结了如何为一个超导磁体尤其是核磁共振用超导磁体设计失超保护方案,指出了一些常见的问题的解决办法,最后还介绍并比较了一些常用失超模拟软件,以期为相关科研人员提供有价值的参考.     

基于PWM整流器双闭环控制的超导电磁储能功率调节器的研究

本文基于电压型超导电磁储能系统(Superconducting Magnet Energy Storage,简称SMES)的基本结构和工作原理,结合脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)整流器的应用,建立了三相电压型PWM整流器控制的超导电磁储能系统的数学模型.设计了具有前馈解耦控制的PWM整流器双闭环控制系统,并运用Mat-lab/Simulink仿真分析软件对基于PWM整流器的超导电磁储能双闭环控制系统进行了仿真研究.仿真结果表明PWM整流器双闭环控制策略应用于SMES电压型SMES功率控制器比直接电流控制等传统的控制策略反应速度更快,向电网注入谐波电流更小,有利于提高了电网的稳定性.     

高场超导MRI系统铁磁屏蔽的几何优化

磁共振成像（MRI）系统是一种重要的医学影像诊断设备,它根据核磁共振原理对处于静磁场中的人体器官进行成像,具有清晰度高和任意层面成像等优点,在医学检查和诊断方面有着重要的作用,与低场MRI相比,高场MRI系统可提高质子的磁化率,增加图像的信噪比,缩短MRI信号采集时间,从而使脑功能成像的信号变化更为明显;但是较高的背景...     

三线圈超导磁体在脉冲电流下的动力稳定性分析

对于聚变反应堆中超导载流磁体在稳态电流基础上受到脉冲电流影响时的动力稳定性给出了定量分析方法。结合其超导载流磁体的实验结构,给出了超导磁体在不同稳态工作电流（即低于稳态的磁弹性人稳临界电流）作用下受到矩形脉冲电流作用 磁弹性动力响应的数值模拟结果。在此基础上,给出了关于稳态工作电流、脉冲电流强度和脉冲持续时间等参数的磁弹性动力稳定性参数范围。     

高温超导磁共振成像射频接收线圈的研究

为了提高低场磁共振成像系统的信噪比,提出了具有失谐电路的Bi2223带高温超导射频接收线圈.该线圈采用了电耦合方式传输超导谐振回路的磁共振信号,这种方式有利于进一步制成正交结构或相阵结构的超导接收线圈.为了防止趋肤效应降低超导接收线圈的性能,采用化学腐蚀的方法先将超导带的包套去掉,然后再制成超导主谐振电感.采用一种双探测线圈法对高温超导接收线圈和相同结构的常规铜线圈的Q值进行了测量,结果表明超导接收线圈比常规铜线圈的Q值约高一倍.     

6T NbTi传导冷却超导磁体系统杜瓦容器的研制

成功研制了6T NbTi 传导冷却超导磁体系统,制冷机为二级GM-制冷机.磁体冷却到4K需用74小时左右.目前磁体系统已分别完成了115A(6T),45小时和95A,264小时的无间断运行实验.该磁体所用杜瓦容器外径为742mm,高为558mm,室温孔径为100mm.磁体系统可在支架上以0度,45度,90度旋转.     

GSI收集环二极磁体稳定性分析

收集环二极磁体在探测反质子和离子加速器装置中有着重要的作用.在本文中,通过对收集环二极磁体的绝热理论分析,得出其稳定性参数与运行电流之间的关系.另外运用Miils方程计算得出失超后收集环二极磁体内导体温度与时间的对应关系.