CN103885012B - 磁体电学中心定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了磁体电学中心的定位方法，在测量了以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点的磁场强度值之后，通过计算的方式判定磁体电学中心的位置。本发明提供的技术方案避免了现有技术中繁琐的测场过程以及过多的人工操作而导致的磁体电学中心定位精度降低的问题；与现有技术相比，本发明不仅可以定位磁体电学中心在Z轴上相对于磁体几何中心的偏移量，还可以定位X轴，Y轴上的偏移量。

Description

磁体电学中心定位方法

【技术领域】

本发明涉及磁共振领域，尤其涉及在磁共振系统中磁体电学中心的定位方法。

【背景技术】

磁共振设备中，磁体在制作的过程中，实际电学中心往往会偏离磁体几何中心(制作时一般设定磁体几何中心为磁体的电学中心)，能否准确定位磁体电学中心对系统的均匀度有很大的影响，同时梯度线圈、体线圈等部件也需要根据磁体电学中心进行定位，因此磁体的实际电学中心是很重要的参数，需要对其进行准确定位。

现有技术中，对磁体电学中心的测量是通过如下方法进行的：将分布着一定数量探头的测量面板放入磁体中，按固定角度旋转测量面板，每旋转一次测量面板测得一组磁场分布，旋转360度(即一周)后，便能得到一个完整的球面上的磁场分布；根据磁场分布计算某些特征量，若该特征量的数值在一定数值范围以内，则此时测量区域的中心为磁体电学中心，否则将根据该特征量的数值向前或向后移动测量面板，重新旋转测量面板测量球面上的磁场分布，再次计算特征值进行判断，直到找到磁体电学中心为止。

由于每对一个位置测量球面上的磁场分布，都需要多次旋转测量面板，上述测量方法大大增加了测试时间，提高了测试成本。另一方面，整个测量磁体电学中心的过程中，旋转和移动测量面板都是通过人工操作进行的，过多的人工操作将带来操作复杂性，降低测量结果的精度。

【发明内容】

为了解决现有技术中，磁体电学中心测试过程繁琐，测试结果精度低的问题，本发明提供了一种磁体电学中心的定位方法，

一种磁体电学中心定位方法，包括如下步骤：

S10)测量以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点的磁场强度值B_n；

S11)将所述磁场强度值B_n、所述第一球面上n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值(γ_n，θ_n代入公式计算出谐函数系数A_lm及B_lm；

S12)距离磁体几何中心O预定范围内，沿X轴、Y轴或Z轴选取点O₁，将以所述点O₁为球心、R₁为半径的第二球面上的n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值所述第二球面上多个点距离磁几何中心O的距离r_n以及所述谐函数系数A_lm及B_lm代入公式计算出所述第二球面上n个点的磁场强度B′_n；

S13)将所述磁场强度B′_n、所述第二球面上n个点在以点O₁为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A′_lm及B′_lm；

S14)从所述谐函数系数A′_lm或B′_lm中选取特征项，判断所述特征项是否位于阈值范围内；

S15)若是，则所述点O₁即为磁体电学中心，若否，重新执行步骤S12～S14。

可选的，所述步骤S11之后还包括：

S16)从所述谐函数系数A_lm或B_lm中选取特征项，判断所述特征项是否位于阈值范围内；

S17)若是，则所述磁体几何中心O即为磁体电学中心，若否，则执行步骤S12。

可选的，所述预定范围为±10mm之内。

可选的，所述若选取Z轴方上的点，则所述特征项为A′_13，0、A′_15，0或A′_17，0。

可选的，所述若选取X轴方上的点，则所述特征项为A′_13，1、A′_15，1或A′_17，1。

可选的，所述若选取Y轴方上的点，则所述特征项为B′_13，1、B′_15，1或B′_17，1。

可选的，所述阈值范围为±5.00E-07之内。

可选的，所述R₀与R₁的差值绝对值要大于所述磁体几何中心O以及选取的点O₁之间的距离L₁。

可选的，所述第一球面上n个点的数量与所述第二球面上n个点的数量均为480。

可选的，所述第一球面上点的数量不等于所述第二球面上点的数量。

一种磁体电学中心定位方法，包括如下步骤：

S20)测量以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点的磁场强度值B_n；

S21)将所述磁场强度值B_n、所述第一球面上n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值(γ_n，θ_n代入公式计算出谐函数系数A_lm及B_lm；

S22)距离磁体几何中心O预定范围内，沿X轴、Y轴或Z轴选取点O₁，将以所述点O₁为球心、R₁为半径的第二球面上的n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值所述第二球面上n个点距离磁几何中心O的距离r_n以及所述谐函数系数A_lm及B_lm代入公式计算出所述第二球面上n个点的磁场强度B′_n；

S23)将所述磁场强度B′_n、所述第二球面上n个点在以点O₁为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A′_lm及B′_lm；

S24)重复步骤S22-S23，选取不同的点，测得N组所述谐函数系数A′_lm或B′_lm，从所述N组谐函数中选取一组特征项，所述一组特征项中的最小项所对应的O_N即为磁体电学中心。

可选的，若选取Z轴方上的点，则所述特征项为A′_14，0、A′_16，0或A′_18，0。

可选的，若选取X轴方上的点，则所述特征项为A′_14，1、A′_16，1或A′_18，1。

可选的，若选取Y轴方上的点，则所述特征项为B′_14，1、B′_16，1或B′_18，1。

可选的，在步骤S24中，将选取的特征项求导，求导等于零的特征项即为最小项。

可选的，在步骤S24中，所述特征项还包括以磁体几何中心O为球心，测量并计算得出的谐函数系数。

与现有技术相比，本发明具备如下有益技术效果：

技术方案中，只需要测量仪磁体几何中心为球心的一个球面上多个点的磁场强度，然后再沿着轴方向取点，通过计算得出特征项，来判断这些点是否为磁体的电学中心。整个过程中，在一次测场的情况下，就可以定位磁体的电学中心，在可选的技术方案中，与现有技术相比，本发明不仅可以定位磁体电学中心在Z轴上相对于磁体几何中心的偏移量，还可以定位X轴，Y轴上的偏移量。

【附图说明】

图1为本发明中磁体电学中心定位方法的流程图；

图2为本发明中另一磁体电学中心定位方法的流程图；

图3为本发明中另一磁体电学中心定位方法的流程图；

图4为本发明中本发明中选取点的示意图；

图5是本发明实施例一中所选取的奇次项谐函数系数A′_15，0与所述磁体几何中心的位置关系示意图；

图6是本发明实施例一中所选取的另一奇次项谐函数系数A′_17，0与所述磁体几何中心的位置关系示意图；

图7为图6中曲线穿过零点部分的局部放大示意图；

图8是本发明实施例二中所选取的偶次项谐函数系数A′_14，0与所述磁体几何中心的位置关系示意图；

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术中描述的一样，磁体电学中心是磁共振设备的一个重要参数，其能否准确定位对于系统的均匀度以及其他的部件的安装都有很大的影响，因此有必要提供一种精准定位磁体电学中心的方法。

实施例一：

一种磁体电学中心定位方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S10)测量以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点(此处的n个点为测量的点)的磁场强度值B_n。

优选的，第一球面的半径R₀＝250mm，上述测量磁场强度的过程可以使用专利CN202471939U中所提供测场工具进行，所述测场工具中测量面板上有24个探头，测量面板绕Z轴旋转20个角度，即可测得半径为250mm的球面上480个点的磁场强度。

步骤S11)将所述磁场强度值B_n、所述第一球面上n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A_lm及B_lm，其中参数L为球谐函数的阶，L＞M。

将坐标值代入公式后得如下的超定方程组：

上述超定方程组，其特性在于，所解出来的谐函数系数的精度与方程组的中方程数量成正比例关系，也即测量的点也多，方程的数量越多，解出的谐函数系数越精确。

如上所述，球面上取的点越多，得到的谐函数系数值就越精确，判定的磁体电学中心也越精确。优选的，在本实施例中选取480个点，但是需要说明的是，以下所述的第二球面上的选取点的数量并不一定与上述第一球面上被测点的数量相等，且球面上所选取的或者被测的点的数量与参数L有如下关系：n≥(M+1)²+(2M+1)(L-M)。

步骤S12)距离磁体几何中心O预定范围内，沿X轴、Y轴或Z轴选取点O₁，将以所述点O₁为球心、R₁为半径的第二球面上的n个点(此处的n个点为选取的点)在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值所述第二球面上多个点距离磁几何中心O的距离r_n以及所述谐函数系数A_lm及B_lm代入公式列出超定方程组，计算出所述第二球面上n个点的磁场强度B′_n。

所述预定范围为±10mm，即沿轴向上，在磁体几何中心的前后、上下、或者左右各10mm内取点，因为如果磁体电学中心偏移磁体几何中心超过10mm，则所述磁体为不合格产品，无法进行使用。

如图4所示，所述R₀与R₁的差值绝对值要大于所述磁体几何中心O以及选取的点O₁之间的距离L₁，这样才能保证所述第二球面上的点全部位于第一球面内部。

现有技术中测量磁体电学中心的方法一般都只能测量在Z轴向上磁体的电学中心的偏移，在X轴、Y轴向上的偏移无法得到测量，而本发明中可利用与Z轴上相同的方法来测磁体电学中心在X轴、Y轴上的偏移，即在X轴、Y轴上取点进行计算。

步骤S13)将所述磁场强度B′_n，所述第二球面上n个点在以点O₁为原点的坐标系中的值(γ_n′′，θ_n代入公式列出超定方程组，计算出谐函数系数A′_lm及B′_lm。

步骤S14)从所述谐函数系数A′_lm或B′_lm中选取特征项，判断所述特征项是否位于阈值范围内。

步骤S15)若是，则所述点O₁即为磁体电学中心，若否，重新执行步骤S12～S14。

在本实施例中，所选取的特征项都是谐函数奇次项的系数，优选的，在Z轴上为A′_13，0、A′_15，0或A′_17，0，在X轴上为A′_13，1、A′_15，1或A′_17，1，在Y轴上为B′_13，1、B′_15，1或B′_17，1。

在Z轴上，以磁体几何中心前后的多个点，计算得到一组谐函数系数，并取出了一组A′_15，0与A′_17，0，图5与图6即分别表示A′_15，0、A′_17，0的曲线图，其中横轴代表了Z轴，其中横轴上的0表示磁体几何中心的位置，比如±2mm即代表在Z轴上距离磁体几何中心左右2mm的点，纵轴表示谐函数系数值的大小。如图5与图6所示，曲线为成奇对称，距离磁体几何中心正方向4.6mm处的点对应的谐函数系数为零，此点即为磁体实际电学中心(实际上为磁体电学中心在Z轴方向上距离磁体几何中心4.6mm)。

理想状态下，所述特征项为零，即可确定所述特征项对应的点即为磁体电学中心，如图6所示，距离磁体几何中心正方向4.6mm位置的点即为磁体电学中心。但实际操作中允许有一定的误差范围，如图7所示(图7为图6中的曲线穿过零点部分的局部放大图)，在本实施例中，所述允许的偏差为±2.6mm，相应地，所述阈值范围为±5.00E-07，即距离磁体几何中心正方向2mm～7.6mm位置的点都可以被确定磁体的电学中心。需要说明的是，所述允许偏差也可以为其他值，具体根据对磁体电学中心位置偏差的严苛程度决定，即若对磁体电学中心的位置要求非常精准，则所述允许偏差取值较小；反之较大。

如图2所示，在优选的方案中，所述步骤S11之后还包括：

S16)从所述谐函数系数A_lm或B_lm中选取特征项，判断所述判断项是否位于阈值范围内；

S17)若是，则所述磁体几何中心O即为磁体电学中心，若否，则执行步骤S12。

因为在实际情况下，磁体电学中心并不一定偏离磁体的几何中心，或者偏移量在我们所述允许的偏差范围之内，这时也可确定磁体几何中心为磁体的电学中心。

实施例二：

如图3所示，一种磁体电学中心定位方法，包括如下步骤：

步骤S20)测量以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点的磁场强度值B_n；

步骤S21)将所述磁场强度值B_n、所述第一球面上n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A_lm及B_lm；

步骤S22)距离磁体几何中心O预定范围内，沿X轴、Y轴或Z轴选取点O₁，将以所述点O₁为球心、R₁为半径的第二球面上的n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值所述第二球面上n个点距离磁几何中心O的距离r_n以及所述谐函数系数A_lm及B_lm代入公式计算出所述第二球面上n个点的磁场强度B′_n；

步骤S23)将所述磁场强度B′_n、所述第二球面上n个点在以点O₁为原点的坐标系中的值(γ_n′′，θ_n代入公式计算出谐函数系数A′_lm及B′_lm；

步骤S24)重复步骤S22～S23，选取不同的点，测得N组所述谐函数系数A′_lm或B′_lm，从所述N组谐函数中选取一组特征项，所述一组特征项中的最小项所对应的O_N即为磁体电学中心。

在实施例中，选取的特征项为偶次项谐函数的系数，优选的，若选取Z轴方上的点，则所述特征项为A′_14，0、A′_16，0或A′_18，0；若选取X轴方上的点，则所述特征项为A′_14，1、A′_16，1或A′_18，1；若选取Y轴方上的点，则所述特征项为B′_14，1、B′_16，1或B′_18，1。

步骤S24中，判定最小项的过程为：将选取的特征项求导，求导等于零的特征项即为最小项，如图8所示，选取的特征项为A′_14，0，距离磁体几何中心正方向4.6mm处的点计算出的谐函数系数A′_14，0值的导数为零，即此特征项为最小项，则此点即磁体的电学中心(从图中的曲线可以看出，此点位于最低点，但是实际测量计算过程中，事先并不绘制这样的曲线图，而是对选取的特征项求导后，等于零的项即为最小项，其对应的点即为磁体电学中心，绘制的曲线图可以用来验证我们计算结果是否正确)。

因为在实际情况下，磁体电学中心并不一定偏离磁体的几何中心，或者偏移量在我们所述允许的偏差范围之内，这时也可确定磁体几何中心即为磁体的电学中心，所以所述特征项应当包括刚开始得到一组谐函数系数，即以磁体几何中心O为球心，测量并计算得出的谐函数系数项。

如背景技术中提到的，磁共振设备中梯度线圈、体线圈的安装都要以实际的磁体电学中心为基准，即需要梯度线圈、体线圈的电学中心(梯度线圈与体线圈的电学中心是通过其他方式测量得到的)与磁体的电学中心重合。在实际的安装过程中，预先也是不知道磁体电学中心的具体位置，因此可以梯度线圈或者体线圈的电学中心为所述点O，利用实施例1或实例2中的方法，定位所述磁体的电学中心，将所述梯度线圈或者体线圈电学中心调整至磁体的电学中心处。

综上所述，本发明提供的技术方案，只需要测量磁体几何中心为球心的一个球面上多个点的磁场强度，然后再沿着轴方向取点，通过计算得出特征项来判断这些点是否为磁体的电学中心。整个过程中，在一次测场的情况下，即可以定位磁体的电学中心，完全避免了现有技术中繁琐的测场过程以及过多的人工操作而导致的磁体电学中心定位精度降低的问题。与现有技术相比，本发明不仅可以定位磁体电学中心在Z轴上相对于磁体几何中心的偏移量，还可以定位X轴，Y轴上的偏移量。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (16)

1.一种磁体电学中心定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10)测量以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点的磁场强度值B_n；

S11)将所述磁场强度值B_n、所述第一球面上n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A_lm及B_lm；

S12)距离磁体几何中心O预定范围内，沿X轴、Y轴或Z轴选取点O₁，将以所述点O₁为球心、R₁为半径的第二球面上的n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值所述第二球面上多个点距离磁体几何中心O的距离r_n以及所述谐函数系数A_lm及B_lm代入公式计算出所述第二球面上n个点的磁场强度B'_n；

S13)将所述磁场强度B'_n、所述第二球面上n个点在以点O₁为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A′_lm及B′_lm；

S14)从所述谐函数系数A′_lm或B′_lm中选取特征项，判断所述特征项是否位于阈值范围内；

S15)若是，则所述点O₁即为磁体电学中心，若否，重新执行步骤S12～S14。

2.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，所述步骤S11之后还包括：

S16)从所述谐函数系数A_lm或B_lm中选取特征项，判断所述特征项是否位于阈值范围内；

S17)若是，则所述磁体几何中心O即为磁体电学中心，若否，则执行步骤S12。

3.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，步骤S12)所述距离磁体几何中心O预定范围为±10mm之内。

4.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，若选取Z轴方向上的点，则所述特征项为A′_13,0、A′_15,0或A′_17,0。

5.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，若选取X轴方向上的点，则所述特征项为A′_13,1、A′_15,1或A′_17,1。

6.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，若选取Y轴方向上的点，则所述特征项为B′_13,1、B′_15,1或B′_17,1。

7.如权利要求4-6任一项所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，所述阈值范围为±5.00E-07之内。

8.如权利要求7所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，所述R₀与R₁的差值绝对值要大于所述磁体几何中心O以及选取的点O₁之间的距离L₁。

9.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，所述第一球面上n个点的数量与所述第二球面上n个点的数量均为480。

10.如权利要求1所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，所述第一球面上点的数量不等于所述第二球面上点的数量。

11.一种磁体电学中心定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S20)测量以磁体几何中心O为球心、R₀为半径的第一球面上n个点的磁场强度值B_n；

S21)将所述磁场强度值B_n、所述第一球面上n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A_lm及B_lm；

S22)距离磁体几何中心O预定范围内，沿X轴、Y轴或Z轴选取点O₁，将以所述点O₁为球心、R₁为半径的第二球面上的n个点在以磁体几何中心O为原点的坐标系中的值所述第二球面上n个点距离磁体几何中心O的距离r_n以及所述谐函数系数A_lm及B_lm代入公式计算出所述第二球面上n个点的磁场强度B'_n；

S23)将所述磁场强度B'_n、所述第二球面上n个点在以点O₁为原点的坐标系中的值代入公式计算出谐函数系数A′_lm及B′_lm；

S24)重复步骤S22～S23，选取不同的点，测得N组所述谐函数系数A′_lm或B′_lm，从所述N组谐函数系数中选取一组特征项，所述一组特征项中的最小项所对应的选取的点即为磁体电学中心。

12.如权利要求11所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，若选取Z轴方向上的点，则所述特征项为A′_14,0、B′_16,0或A′_18,0。

13.如权利要求11所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，若选取X轴方向上的点，则所述特征项为A′_14,1、A′_16,1或A′_18,1。

14.如权利要求11所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，若选取Y轴方向上的点，则所述特征项为B′_14,1、B′_16,1或B′_18,1。

15.如权利要求12-14中任一项所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，在步骤S24中，将选取的特征项求导，求导等于零的特征项即为最小项。

16.如权利要求11所述的磁体电学中心定位方法，其特征在于，在步骤S24中，所述特征项还包括以磁体几何中心O为球心，测量并计算得出的谐函数系数。