永磁型MRI梯度线圈设计方法研究

摘要

自从100多年前伦琴发现X射线至今，多种医学影像技术先后问世并取得了前所未有的发展，医疗水平也获得了极大的提高。磁共振成像就是一种新兴的医学影像方法，它根据核磁共振原理对处于静磁场中的人体器官施加射频激励信号，利用组织器官内氢原子核所表现出的共振特性进行信号采集并对信号进行重建成像。磁共振成像具有成像参数多、对人体无伤害、软组织分辨率高等诸多优点，在现代医学领域中得到广泛应用。在MRI系统中，梯度线圈是一个重要的组成部分，主要作用是产生线性梯度磁场对MRI信号进行空间定位、相位编码以及频率编码，其性能的好坏将直接影响到MRI的成像速度和质量。因此如何设计出结构合理、性能良好的梯度线圈，对提高MRI系统整体性能，改善MRI图像质量具有重要的意义。 我国的磁共振成像研究工作起步较晚，在这一领域的相关技术相对落后，目前成像系统仍然以设备引进为主，尽管国内一些企业已经在永磁型领域开发出一些产品，但是核心技术上仍然缺乏足够的竞争力。针对目前我国磁共振成像领域的现状，为了提高我国磁共振成像设备的自主研发水平，本文对梯度线圈系统设计方法进行了比较深入的研究，并以永磁型磁共振系统为突破口做了大量工作，设计出一种适用于开放式永磁型磁共振系统的结构特点的梯度线圈系统。论文工作主要包括纵向和横向梯度线圈设计方法研究以及纵向和横向屏蔽线圈设计方法研究。 (1)梯度线圈设计方法研究本文基于经典电磁学理论，对梯度线圈设计方法进行了分析和研究。在分析和比较前人方法的基础上，针对永磁型磁共振系统的结构特点，将分离导线法应用到该系统的梯度线圈设计当中，并对设计方法进行了改进。根据目标磁场的不同，设计过程分为纵向梯度线圈设计和横向梯度线圈设计两个部分。应用本文设计方法，在纵向和横向均设计得到了结构简单、性能优良的梯度线圈结构。 (2)屏蔽线圈设计方法研究梯度线圈的高速开关导致在线圈外部的金属内产生涡流。涡流会对梯度磁场的性能带来负面影响，降低成像速度和成像质量。本文通过设计自屏蔽线圈，在保证成像区域内梯度磁场性能不变的前提下，来减小梯度线圈外部的磁场，从而达到减小涡流、改善系统性能的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1磁共振成像系统

1.2研究内容及意义

1.3 国内外研究现状

1.4本文的内容安排

第2章梯度系统简介

2.1 MRI系统简介

2.1.1成像原理

2.1.2系统组成

2.1.3 MRI系统中的坐标系

2.2 MRI梯度系统组成

2.2.1层面选择

2.2.2相位编码

2.2.3频率编码

2.3 MRI梯度系统性能指标

2.3.1梯度场强

2.3.2梯度磁场的线性度

2.3.3有效容积

2.3.4梯度场切换率

2.3.5涡流问题

2.4本章小结

第3章梯度线圈设计方法研究

3.1梯度线圈设计的基本方法

3.1.1 电流密度法

3.1.2分离导线法

3.2纵向梯度线圈设计方法

3.2.1单个载流圆线罔产生的磁场

3.2.2 Maxwell线圈产生的磁场

3.2.3多线圈产生的磁场

3.3横向梯度线圈设计方法

3.3.1传统横向梯度线圈结构

3.3.2改进的横向梯度线圈结构

3.4实验结果及分析

3.4.1纵向梯度线圈

3.4.2横向梯度线圈

3.5本章小结

第4章屏蔽线圈设计方法研究

4.1 纵向屏蔽线圈设计方法

4.1.1 Maxwell线圈的屏蔽线圈

4.1.2 改进后纵向梯度线圈的屏蔽线圈

4.2横向屏蔽线圈设计方法

4.2.1传统横向梯度线圈的屏蔽线圈

4.2.2 改进后横向梯度线圈的屏敝线圈

4.3实验结果及分析

4.3.1 纵向梯度线圈的屏蔽线圈

4.3.2横向梯度线圈的屏蔽线圈

4.4本章小结

第5章论文总结及展望

5.1本文内容总结

5.2研究工作展望

参考文献

致谢

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