基于边界元方法的超导核磁共振成像设备高阶轴向匀场线圈优化算法

在磁共振成像设备中,为了消除目标区域内的高阶谐波磁场分量,传统方法采用无源匀场,但该方法匀场精度较低,针对性较差,适用于全局匀场,而有源匀场则可以通过优化线圈分布来产生所需要的特定的磁场分布.但是,由于匀场线圈线型的复杂度会随着线圈阶数的增加而增加,难以满足设计需要,因此本文提出了一种用于磁共振成像超导匀场线圈系统的多变量非线性优化设计方法.该方法基于边界元方法,将匀场线圈所产生的磁场与目标磁场之间的偏差作为目标函数,线匝间距、线圈半径等作为约束条件,通过非线性优化算法,得到满足设计要求的线圈分布.通过一个中心磁场为0.5 T的开放式双平面磁共振成像超导轴向匀场线圈的设计案例,说明本方法具有计算效率高、灵活性好的特点.     

基于目标场点法和流函数的磁共振有源匀场线圈设计方法

磁场均匀性是磁共振系统的重要参数,提高磁场均匀性有助于磁共振时域信号的检测和磁共振频域信号分辨率的改善.基于有源匀场连续电流密度分布的思想,采用目标场点法和流函数结合的方法设计匀场线圈,即由毕奥-萨伐尔定律确定磁场分布与电流密度的关系,约束线圈半径和设置约束点后,根据目标场分布逆向求解线圈平面的电流密度分布,再用流函数将电流密度分布离散化处理,得到匀场线圈的绕线位置分布.根据电磁仿真计算结果制作包含一阶与二阶匀场线圈应用于磁共振分析仪,实验验证表明该匀场线圈能有效地改善永磁体核磁共振系统磁场的均匀性.     

宽平顶低横向场分量螺线管线圈设计

介绍了非均匀绕线技术和匀场环技术在螺线管线圈设计中的应用。分析表明这两种技术的采用可以减小线圈间隙的磁场波动、屏蔽线圈磁场的横向分量,从而设计出宽平顶低横向场分量的螺线管线圈。针对中国工程物理研究院12 MeV直线感应加速器螺旋管线圈的设计结果表明,非均匀绕线技术可以使线圈间隙处的轴向磁场波动减小约70%,匀场环的采用则能使线圈磁场的横向分量减小96.5%。     

高性能核磁共振弛豫分析仪匀场系统的设计与实现

磁场的高均匀性是高性能核磁共振弛豫分析仪实现短弛豫时间样品和微弱信号核磁共振（NMR）检测的基本保障.该文以0.45 T双极型永磁体作为设计核心部件,在大范围磁体空间-25.4 mm球空间（DSV）内,基于目标场法设计了X、Y、Z、XY、XZ、YZ、Z²共7组有源匀场线圈,根据线圈供电要求,设计了可编程恒流电源,搭建了可用于高性能核磁共振弛豫分析仪磁体的有源匀场系统,介绍了系统的基本结构、设计过程及匀场方法.实验测试结果验证了大范围磁体空间内该匀场系统的实用性.     

矩阵梯度线圈研究现状与发展趋势

梯度和匀场线圈性能的好坏直接影响磁共振成像质量．常规线圈在成像过程中存在一些固有的不足,如产生的磁场形态单一、不灵活,需要的线圈种类较多,结构较复杂等．而新型矩阵梯度线圈可以较好地弥补这些缺点．本文首先介绍了矩阵梯度线圈的概念及其特性,然后根据结构和功能对其研究现状进行分类汇总,在此基础上对矩阵线圈未来的发展趋势进行分析．此外,本文还对矩阵梯度线圈的前期研究基础进行了介绍．     

大尺寸螺线管线圈的磁轴控制技术

从匀场环结构参数优化设计、线圈线包材料规格的选择、绕制工艺探索、超大幅面二极校正线圈研制、全新准直方法的磁轴检测技术等多方面研究大尺寸螺线管线圈的磁轴控制技术。突破了磁轴倾斜小于等于1 mrad的技术指标,成功研制出磁轴倾斜小于等于0.5 mrad的大尺寸聚焦线圈,解决了其中的关键单元部件研制的核心技术问题。     

开放式线圈屏蔽高场超导MRI磁体的优化设计

提出了开放式高场线圈屏蔽超导MRI磁体的混合优化设计方法,所设计的开放式MRI磁体仅有2对超导线圈。首先采用ISIGHT集成有限元分析软件ANSYS,构成协同式集成优化设计平台,设计磁体的主线圈和屏蔽线圈;然后提出改进的电磁场形状优化方法,设计磁体的匀场铁环,最后通过MATLAB运行遗传算法调用ANSYS进一步优化成像区域(Diameter of Spherical Volume,DSV)的磁场不均匀度,以达到高质量成像的要求。通过一个1.2T的开放式MRI磁体的设计实例清楚地展示了这种优化方法。     

3个共轴圆线圈形成的匀强磁场

分析了3个共轴圆线圈形成磁场的均匀性，得到了3个共轴圆线圈形成匀强磁场的条件，并且通过数值计算，全面展示3个共轴圆线圈磁场的均匀性．只要合理配置3个共轴圆线圈的大小、线圈中的电流强度和线圈之间的距离，3个共轴圆线圈的磁场在强度和均匀性方面都优于亥姆霍兹线圈的磁场。     

HL-2M环向场线圈电磁场和受力的计算分析

在建的HL-2M装置的环向场线圈采用了比特板式结构,介绍了采用封闭多边形电流丝模型计算分析HL-2M装置环向场线圈电磁场和纹波情况;环向场线圈电流与环向场引起的电磁力以及与极向场产生的倾覆力也做了计算。计算结果对环向场线圈的设计具有一定的参考意义。     

SUNIST低环径比托卡马克的供电系统

介绍了SUNIST低环径比托卡马克的纵向场线圈、欧姆加热场线圈和平衡场线圈的电学参数。所用电容器组储能系统采用电容换流式准恒流充电回路。测量了这三组线圈中的放电电流,并将测量结果与回路计算结果作了比较。     

改进型Helmholtz线圈及其磁场均匀性的分析

提出将Helmholtz线圈改为3个同半径的串联线圈,以得到改进型的Helmholtz线圈,经计算得到了改进型Helmholtz线圈磁场的简单公式,对公式的分析表明：改进型Helmholtz线圈的均匀磁场区比一般Helmholtz线圈大得多。     

二次曲面线圈中的均匀磁场

基于对旋转椭球内部磁场的讨论,采用Matlab数值计算的方法计算了旋转椭球的内部磁场.对于旋转抛物球和双曲球面,用相同方法绕制线圈也能得到均匀的磁场.印证了内部磁场计算的公式,并提出了一种产生大范围均匀磁场的方法.     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

Modeling the static fringe field of superconducting magnets

The resonance frequency-space and the frequency gradient-space relations are evaluated analytically for the static fringe magnetic field of superconducting magnets used in the NMR diffusion measurements. The model takes into account the actual design of the high-homogeneity magnet coil system that consists of the main coil and the cryoshim coils and enables a precise calibration of the on-axis magnetic field gradient and the resonance frequency inside and outside of the superconducting coil.     

Inverse design of an organ-oriented RF coil for open,vertical-field,MR-guided,focused ultrasound surgery

The advantages of open, vertical-field, magnetic resonance-guided, focused ultrasound surgery (MRgFUS) are attractive. The inverse technique using the bi-boundary conditions is proposed to design a uterine-oriented intraoperative RF coil with an ultrasound aperture for the MRgFUS system. In the current proposed scheme, the desired magnetic field of the RF coil was set to completely overlap the target organ. The current density distribution on the RF coil surface, accounting for the expected magnetic field, was solved using the inverse technique. The stream function was available through the ‘discretization’ of the current density distribution on the RF coil surface. The coil windings were obtained from the contour plot of the stream function. As a modification of previous designs, the bi-boundary conditions are proposed in the inverse technique for the existence of the ultrasound aperture. Based on the obtained coil windings, a prototype coil was constructed. MR imaging of the phantom and the human body was performed to show the efficacy of the prototype coil. The results of temperature measurement using the prototype coil in a 0.4-T MR system were satisfactory. The performance of the prototype coil improved compared with the previously reported design.     

一种脉冲强电流条件下导线电阻测量方法

在超强激光辐照电容线圈靶产生强磁场实验中,在约50 ps时,线圈电流达到20 kA以上。通过该实验结果与磁场产生理论模型对比,可得出该导线电阻值比常温直流电阻高出3个量级。对导线材料电阻率与趋肤效应的分析结果表明,该电阻值在量级上是合理的。获得超快脉冲强电流条件下的导线电阻值,有助于更深入理解线圈靶产生强磁场过程。     

10T脉冲磁场的亥姆霍兹线圈热和力分析

亥姆霍兹线圈在产生数十T的准静态脉冲磁场的装置中得到广泛应用。以自行研制的一套用于磁压剪实验技术的脉冲磁场发生系统的亥姆霍兹线圈为研究对象,结合装置的电参数,利用有限元软件ANSYS对装置放电过程中线圈的热和力进行了仿真研究。研究结果表明,当装置在线圈中产生上升时间约1.34 ms、幅值14.37 kA的放电电流和10.7 T的磁场时,线圈中的最大温升约150℃,最大应力近0.5 GPa,铜导线中的最大应力约0.2 GPa,线圈导线变形位移小于0.05 mm。基于分析结果,在线圈制作时,选择绝缘层耐温超过200℃、抗拉强度0.5 GPa的铜导线作为线圈绕线,选择抗拉强度达5.8 GPa的柴龙纤维绕制在铜导线外层进行加固,并制作了相应结构的亥姆霍兹线圈对。利用该线圈对进行的放电实验测试结果表明,在满足设计指标的情况下,线圈对结实可靠,可重复使用。     

基于二阶矢量位的矩形截面回折线圈阻抗和脉冲磁场的解析建模与计算

本文基于二阶矢量位建立了回折线圈的阻抗和磁场计算的解析模型,并提出了计算磁场脉冲响应的方法.根据回折线圈用于涡流检测和电磁超声检测时的通用模型,将回折线圈的阻抗和磁场计算问题转化为多个单匝矩形线圈阻抗和磁场的叠加问题.基于二阶矢量位和时谐电磁场方程,推导了回折线圈的频域标势表达式;利用标势与矢量磁位和磁通密度间的关系,推导了计算区域的磁通密度和式样表面涡流的频域解析计算公式;通过计算线圈的感应电势和阻抗变化表达式,得到了线圈阻抗的频域解析表达式;采用FFT-IFFT方法计算了脉冲磁场的时域响应.以一双层双 关键词： 无损检测 回折线圈 二阶矢量位 解析建模     

AC loss in a high-temperature superconducting coil

In a typical superconducting coil made of BSCCO/Ag tape, both amplitude and direction of the magnetic field determine the critical current, resistive voltage and AC loss. The distribution of the magnetic field along and across the superconducting tape in a coil is rather complex. This gives rise to the question: how accurate can one predict the critical current, V–I characteristic and AC loss of the AC coil from results of short sample measurements? To answer this question, we have measured and compared the characteristics of a short sample and a small coil employing 14 m of the same tape at 77 K. The comparison is performed as follows. First, a short sample is characterised with regard to the field dependence of the critical current, V–I characteristic and the AC loss. Second, the distribution of the magnetic field along the tape in a coil is accurately calculated. From the data, the voltage along the tape and the loss of the tape in the coil are found. Finally, the resistive voltage and the AC loss of the complete coil are calculated and compared to measured AC losses in the frequency range of 0 to 160 Hz, typical for power applications.     

An extended-length coil design for peripheral MR angiography.

Magnetic resonance angiography of the peripheral vascular system has been hampered by the limited view provided by available imaging coils. We have constructed an extended-length, split-saddle design radiofrequency (rf) coil for peripheral angiography. The two coil halves are inductively coupled, to each other and to the rf source. Details regarding the construction of the coil and comparison of the performance with the knee coil are described here. This coil provides the benefit of a larger field of view but with image quality comparable to that of a commercial knee coil.