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     

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.     

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.     

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．     

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.     

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.     

一种用于开放式MRI的射频发射线圈设计

介绍了一种用于开放式MRI系统的射频发射线圈. 此发射线圈为上下2个相同的线圈,分别安装在磁体的2极,两线圈采用非对称的正交方式放置. 线圈为矩形螺线管结构,通过电磁场数值计算的方法对线圈的匝间距进行了优化,使线圈在300 mm的球形区域内达到偏差不超过3 dB的均匀性要求. 根据优化结果制作了一套用于0.23 T开放式MRI系统的发射线圈,并对线圈的均匀性及射频发射的效率进行了测试. 测试结果表明,线圈具有较高的发射效率和较好的均匀性,由此验证了设计方案的可行性.     

短腔自屏蔽核磁共振成像超导磁体的设计

本文提出了一种短腔自屏蔽核磁共振成像(MRI)超导磁体的设计方法.先将矩形截面螺线管线圈简化成截面为一个点的电流环,得到一个线性规划模型,采用线性规划的方法得到合适的线圈位置和电流大小,然后再利用遗传算法对线圈的截面形状进行优化,得到合适的线圈截面尺寸.线性规划的引入,减少了优化变量,降低了优化规模,结合遗传算法,使得短腔自屏蔽MRI超导磁体设计变得简单易行.文章最后给出了一个设计算例.     

14T全身超导MRI磁体的技术挑战——大规模应用强场超导磁体未来十年的发展目标之一

本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为:1)Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题—作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距;2)14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.     

利用Monte Carlo进行MRI主磁体的优化设计

磁共振成像（MRI）中的磁体系统是MRI整体装置的主体,而主磁体作为磁体系统的核心,为整个磁体系统提供基础磁场。其磁场位型、均匀性直接关系到磁体系统其它组件的设计以及最终的性能。文中提出一种利用ANSYS中的概率设计——Monte Carlo进行主磁体优化的设计方法,使得中心场区的磁场偏差从几千ppm降低到120 ppm左右。达到设计的目的．