插入式MRI梯度线圈设计与制作

摘要

近年来，磁共振成像(MRI)技术不断向快速、高分辨率的方向发展。成像速度加快，有利于降低病人扫描过程中的不适感并减少成像过程中的运动伪影，而更高分辨率的图像可以为临床提供更准确的诊断信息。梯度线圈作为MRI系统的重要部件，为了满足上述成像需求，需要产生更高的梯度场强和更快的切换速度。为了获得更丰富的图像信息并在治疗过程中进行图像引导，MRI系统逐渐与正电子发射断层扫描成像(PET)、直线加速器(LINAC)等融合，这种融合的MRI系统通常是分离式的，所以具有分离式结构的梯度线圈也逐渐发展起来。
　　基于梯度线圈的发展需要，本文进行了自屏蔽插入式梯度线圈和分离式梯度线圈的设计研究。首先利用模拟退火算法进行了z方向梯度线圈的仿真设计，并研究了不同感兴趣区域大小以及线圈圈数对梯度线圈性能的影响。为了获得更好的梯度线圈性能，又使用了基于有限差分的流函数方法对自屏蔽插入式梯度线圈进行仿真设计，由于这种方法适用于任意形状的梯度线圈，所以将该方法推广到分离式梯度线圈的设计研究中。根据得到的梯度线圈绕制模式，本文设计了一套梯度线圈的制作工艺流程，并对制作完成的梯度线圈进行了初步测试。
　　从本文的设计结果可以看出，插入式梯度线圈通过线圈尺寸的缩小，在梯度线圈效率以及梯度磁场均匀性等方面有了显著的提升，并且由于距离系统铁磁性结构较远，工作过程中产生的涡流效应也大大减小，实际制作中甚至不需要使用屏蔽线圈。对于分离式梯度线圈，仿真得到的梯度线圈效率和梯度磁场的均匀性都明显下降，为了减小由于线圈空间缩减导致的线圈性能恶化，可以考虑使用法兰式的梯度线圈结构。制作得到的插入式梯度线圈虽然因为所用铜线较细并且线圈圈数较多等原因，线圈电感和电阻相比1.5T磁共振系统梯度线圈并没有减小，但由于线圈效率的显著提升，在梯度场强和切换速率上仍然有明显的提高。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 梯度线圈研究现状

1．2 研究目的及意义

1．3 本文主要研究内容

第2章 磁共振成像原理

2．1 磁共振物理基础

2．1．1 自旋与进动

2．1．2 射频脉冲与磁共振现象

2．1．3 弛豫

2．2 磁共振信号产生与采集

2．3 空间编码与k空间

2．4 磁共振系统

2．4．1 主磁体系统

2．4．2 梯度系统

2．4．3 射频系统

2．5 本章小结

第3章 插入式梯度线圈设计

3．1 基于模拟退火的z方向梯度线圈设计

3．1．1 控制方程

3．1．2 模拟退火算法和代价函数

3．1．3 设计实例

3．2 基于有限差分的自屏蔽插入式梯度线圈设计

3．2．1 流函数

3．2．2 控制方程

3．2．3 线圈有限差分分析

3．2．4 线圈场域分析

3．2．5 矩阵方程

3．2．6 Tikhonov正则化求解

3．2．7 设计实例

3．2．8 分离式梯度线圈设计初探

第4章 梯度线圈工艺设计和制作

4．1 工艺流程

4．1．1 选材

4．1．2 线圈绕制

4．1．3 灌注封装

4．2 初步测试

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

个人简历