CN105975731B - 磁共振射频线圈仿真方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁共振射频线圈仿真方法及其装置，该方法包括：对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布；根据所述第一瞬态电磁场分布计算得到所述磁共振射频线圈模型的第一S参数；基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数；改变所述激励源的幅值及相位，根据所述第一瞬态电磁场分布的初始值及所述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。本发明能够提高磁共振射频线圈仿真的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁共振成像技术领域，尤其涉及一种磁共振射频线圈仿真方法及其装置。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging：MRI)是一种无创伤、无辐射、高分辨率、高对比度的人体成像诊断方法，被广泛运用于医学成像诊断。射频线圈用来接收和发射磁共振信号，其性能对最终图像有直接影响。多通道射频线圈可以提高磁共振成像图像的信噪比和成像速度。
采用计算机对射频线圈进行仿真设计，可以降低开发成本和提高设计效率。目前多通道射频线圈仿真设计主要采用时域仿真方法，具体而言，给出电流源或者电流源激励后，计算一定时间段内电磁场分布，再根据电磁场分布计算S参数(Scattering Parameter，散射参数)、射频线圈发射场(B1+)和接收场(B1-)等。
然而，目前多通道射频线圈时域仿真方法需要计算一定时间段内电磁场分布。当对多通道射频线圈进行调谐和匹配时，每改变一次电容值或电感值都需要对一定时间内电磁场分布重新来计算，导致仿真效率低下。
发明内容
本发明提供一种磁共振射频线圈仿真方法及其装置，以解决现有技术中的一项或多项缺失。
本发明提供一种磁共振射频线圈仿真方法，包括：对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布；根据所述第一瞬态电磁场分布计算得到所述磁共振射频线圈模型的第一S参数；基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数；改变所述激励源的幅值及相位，根据所述第一瞬态电磁场分布的初始值及所述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。
一个实施例中，对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布，包括：对所述射频线圈的实际结构进行建模，生成所述磁共振射频线圈模型；为所述磁共振射频线圈模型所在仿真空间设置电磁场吸收边界条件，并对所述仿真空间进行网格划分；为所述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口配置设定阻抗，并在该端口设置所述激励源；在每个端口单独受所述激励源激励时，对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到相应的所述第一瞬态电磁场分布。
一个实施例中，基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数，包括：根据所述第一S参数计算所述磁共振射频线圈模型的等效电路的结构及参数；基于所述等效电路的结构及参数对所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到初始仿真结果；根据所述初始仿真结果计算所述磁共振射频线圈模型的初始S参数；依据所述初始S参数判断是否需要对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；若是，通过改变电容或电感对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；对调谐及阻抗匹配后的所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到电路仿真结果，其中，调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗；根据所述电路仿真结果计算得到所述第二S参数。
一个实施例中，对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，包括：通过时域有限体积法或时域有限元法对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。
一个实施例中，对所述仿真空间进行网格划分，包括：将所述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格。
一个实施例中，所述激励源为电流源或电压源。
一个实施例中，所述设定阻抗为50欧姆。
一个实施例中，所述磁共振射频线圈模型为多通道磁共振射频线圈模型。
本发明还提供一种磁共振射频线圈仿真装置，包括：第一电磁场分布生成单元，用于对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布；第一S参数生成单元，用于根据所述第一瞬态电磁场分布计算得到所述磁共振射频线圈模型的第一S参数；第二S参数生成单元，用于基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数；第二电磁场分布生成单元，用于改变所述激励源的幅值及相位，根据所述第一瞬态电磁场分布的初始值及所述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。
一个实施例中，所述第一电磁场分布生成单元包括：射频线圈模型生成模块，用于对所述射频线圈的实际结构进行建模，生成所述磁共振射频线圈模型；网格划分模块，用于为所述磁共振射频线圈模型所在仿真空间设置电磁场吸收边界条件，并对所述仿真空间进行网格划分；端口设置模块，用于为所述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口配置设定阻抗，并在该端口设置所述激励源；第一电磁场分布生成模块，用于在每个端口单独受所述激励源激励时，对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到相应的所述第一瞬态电磁场分布。
一个实施例中，所述第二S参数生成单元包括：电路结构及参数生成模块，用于根据所述第一S参数计算所述磁共振射频线圈模型的等效电路的结构及参数；初始仿真结果生成模块，用于基于所述等效电路的结构及参数对所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到初始仿真结果；初始S参数生成模块，用于根据所述初始仿真结果计算所述磁共振射频线圈模型的初始S参数；判断模块，用于依据所述初始S参数判断是否需要对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；调谐及阻抗匹配模块，用于若是，通过改变电容或电感对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；电路仿真结果生成模块，用于对调谐及阻抗匹配后的所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到电路仿真结果，其中，调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗；第二S参数生成模块，用于根据所述电路仿真结果计算得到所述第二S参数。
一个实施例中，所述第一电磁场分布生成模块包括：电磁场仿真模块，用于通过时域有限体积法或时域有限元法对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。
一个实施例中，所述网格划分模块包括：多面体网格生成模块，用于将所述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格。
一个实施例中，所述第一电磁场分布生成单元还用于执行：所述激励源为电流源或电压源。
一个实施例中，所述端口设置模块和所述电路仿真结果生成模块还用于执行：所述设定阻抗为50欧姆。
一个实施例中，第一电磁场分布生成单元还用于执行：所述磁共振射频线圈模型为多通道磁共振射频线圈模型。
现有的电磁场仿真方法，对磁共振射频线圈进行调谐和匹配等各个过程均通过电磁场仿真完成，每次电磁场仿真均需耗费大量仿真时间。与此不同，本发明实施例的磁共振射频线圈仿真方法及装置，利用电磁场仿真与电路仿真相结合的方式(场路一体化仿真)对磁共振射频线圈进行仿真，先通过电磁场仿真方法计算多通道射频线圈多个端口电磁场分布的初始值，然后基于电路理论利用电路仿真对射频线圈进行调谐和阻抗匹配，最后根据电路仿真S参数组合得到最终射频线圈的电磁场分布，只需要进行一次磁共振射频线圈的时域电磁场仿真，并在电路里对磁共振射频线圈进行调谐和阻抗匹配。由于电路仿真多通道射频线圈的速度很快，所以这种场路一体化的仿真方法能够显著节省仿真时间，大大提升仿真效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明一实施例的磁共振射频线圈仿真方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例中通过电磁场仿真得到电磁场分布方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例中通过电路仿真对射频线圈进行调谐及阻抗匹配的方法的流程示意图；
图4是本发明一实施例的磁共振射频线圈仿真方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例的磁共振射频线圈仿真装置的结构示意图；
图6是本发明一实施例中第一电磁场分布生成单元的结构示意图；
图7是本发明一实施例中第二S参数生成单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
为了解决现有技术中需要重复多次仿真计算电磁场及S参数对射频线圈调谐和匹配而导致仿真效率低下的问题，发明人发现现有技术仿真效率低下的主要原因，在于电磁场仿真耗时太长，而对射频线圈调谐和匹配又需要多次电磁场仿真，所以发明人经过创造性劳动设计出一种磁共振射频线圈仿真方法，无需重复多次仿真计算电磁场。
图1是本发明一实施例的磁共振射频线圈仿真方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的磁共振射频线圈仿真方法，可包括步骤：
S110：对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布；
S120：根据上述第一瞬态电磁场分布计算得到上述磁共振射频线圈模型的第一S参数；
S130：基于上述第一S参数，通过电路仿真对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到上述磁共振射频线圈模型的第二S参数；
S140：改变上述激励源的幅值及相位，根据上述第一瞬态电磁场分布的初始值及上述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。
本发明各实施例中的磁共振射频线圈模型可以是多通道磁共振射频线圈模型或单通道磁共振射频线圈模型，对于多通道磁共振射频线圈模型可以是各种通道数。S参数，即散射参数，是微波传输中的一个重要参数，可以反映端口匹配(反射系数及输入驻波)、端口的输出驻波、信号的增益或插损、反向隔离度等参数信息，具体参数信息可以根据磁共振射频线圈模型的通道数和结构等确定。以两端口为例，S参数可以包括S12、S21、S11及S22参数，其中，S12为反向传输系数，即隔离，S21为正向传输系数，即增益，S11为输入反射系数，即输入回波损耗，S22为输出反射系数，即输出回波损耗。
在上述步骤S110中，对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，其中的射频线圈(建模对象)可以是待设计的磁共振射频线圈。对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真时，上述设定的激励源的形式可以是电流源或电压源，激励源的大小可以根据调节幅值和相位的大小确定。对射频线圈进行建模及电磁场仿真可以采用多种仿真软件实现，例如CST仿真软件或HFSS软件。该第一瞬态电磁场分布是上述磁共振射频线圈模型所在仿真空间的电磁场分布，可以表示一段时间内的电磁场分布变化情况。
在上述步骤S120中，可以通过本领域公知的方法根据上述第一瞬态电磁场分布计算得到上述磁共振射频线圈模型的第一S参数。
在上述步骤S130中，该电路仿真是在磁共振射频线圈模型所对应的电路中进行仿真计算。根据电路仿真结果可以通过本领域公知的方法计算出相应的S参数。
在上述步骤S140中，通过改变上述激励源的幅值及相位可以改变上述激励源的大小。上述激励源的幅值及相位可视需要进行改变，可改变幅值和相位二者或其中之一，例如，仅使相位变化45°，幅值保持不变。在改变幅值及相位后的激励源下，可以根据上述第一瞬态电磁场分布的初始值和上述第二S参数线性组合生成上述第二瞬态电磁场分布，该线性组合的方式可以是本领域技术人员公知的方法。
在上述步骤S110中，可以计算磁共振射频线圈模型的各个频点的第一瞬态电磁场分布，例如50MHz～150MHz之间，每间隔0.5MHz或1MHz计算一次电磁场分布，相应地，步骤S120～S140可分别针对个频点进行，最终根据S参数值和已有频点的电磁场组合得到第二瞬态电磁场分布。
本发明实施例的磁共振射频线圈仿真方法，利用电磁场仿真与电路仿真相结合的方式(场路一体化仿真)对磁共振射频线圈进行仿真，先通过电磁场仿真方法计算多通道射频线圈多个端口电磁场分布的初始值，然后基于电路理论利用电路仿真对射频线圈进行调谐和阻抗匹配，最后根据电路仿真S参数组合得到最终射频线圈的电磁场分布。本发明实施例的仿真方法只需要进行一次多通道射频线圈的时域电磁场仿真，在电路里对线圈调谐和匹配，并且电路仿真多通道射频线圈的速度很快，因此这种场路一体化的仿真方法能够大大提升仿真效率。
图2是本发明一实施例中通过电磁场仿真得到电磁场分布方法的流程示意图。如图2所示，在上述步骤S110中，对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布的方法，可包括步骤：
S111：对上述射频线圈的实际结构进行建模，生成上述磁共振射频线圈模型；
S112：为上述磁共振射频线圈模型所在仿真空间设置电磁场吸收边界条件，并对上述仿真空间进行网格划分；
S113：为上述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口配置设定阻抗，并在该端口设置上述激励源；
S114：在每个端口单独受上述激励源激励时，对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到相应的上述第一瞬态电磁场分布。
在上述步骤S111中，对上述射频线圈的实际结构进行建模可以得到磁共振射频线圈模型的线圈形状，还可以设置该线圈形状的材料属性，例如设置材料属性为铜。
在上述步骤S112中，可以采用多种方法对上述仿真空间进行网格划分，例如四面体网格划分方法或六面体网格划分方法，具体可视待仿真的射频线圈的需要而定。
在上述步骤S113中，可将射频线圈上需要加电容的地方设为上述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口。例如，实际的射频线圈中每通道线圈可包含四段，相应地可以在四个位置中的一个位置加电容，需要加电容的位置，可以设置为端口。对于多通道磁共振射频线圈模型而言，每通道线圈上可以设置不同的端口。对于单通道磁共振射频线圈模型而言，只包含一通道射频线圈，仅需对该通道射频线圈设置端口。上述设定阻抗可以为多种数值，例如50欧姆或75欧姆，具体可视实际的射频线圈(仿真对象)所连接的同轴线的阻抗而定。
在上述步骤S114中，对于多通道磁共振射频线圈模型而言，每通道线圈的端口上单独受上述激励源激励时，对整个磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。在上述步骤S120中，可根据所有通道线圈的端口受激励情况下的述第一瞬态电磁场分布计算得到第一S参数。
一实施例中，在上述步骤S114中，对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真的方法，可包括步骤：
S1141：通过时域有限体积法或时域有限元法对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。
本实施例中，时域有限体积法或时域有限元法可以有效实现磁共振射频线圈模的电磁场仿真。在其他实施例中，可以采用其他数值模拟方法对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。可以利用多种仿真软件实现电磁场仿真计算，例如CST仿真软件或HFSS软件。
一实施例中，在上述步骤S112中，对上述仿真空间进行网格划分的方法，可包括：
S1121：将上述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格。
本实施例中，将上述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格，可以得到更准确的电磁场仿真结果。
图3是本发明一实施例中通过电路仿真对射频线圈进行调谐及阻抗匹配的方法的流程示意图。如图3所示，在上述步骤S130中，基于上述第一S参数，通过电路仿真对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到上述磁共振射频线圈模型的第二S参数的方法，可包括步骤：
S131：根据上述第一S参数计算上述磁共振射频线圈模型的等效电路的结构及参数；
S132：基于上述等效电路的结构及参数对上述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到初始仿真结果；
S133：根据上述初始仿真结果计算上述磁共振射频线圈模型的初始S参数；
S134：依据上述初始S参数判断是否需要对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；
S135：若是，通过改变电容或电感对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；
S136：对调谐及阻抗匹配后的上述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到电路仿真结果，其中，调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗；
S137：根据上述电路仿真结果计算得到上述第二S参数。
在上述步骤S131中，该等效电路可以包括实际的或等效的电路元件，例如电容、电感和电阻。该等效电路的结构可以是其电路元件的连接方式，例如电容、电感和电阻的串并联关系。该等效电路的参数可以是其电路元件的参数，例如电容大小、电感大小和电阻大小。
在上述步骤S132中，基于上述等效电路的结构及参数，可以根据电路理论方程利用数值计算的方法对上述磁共振射频线圈模型进行电路仿真计算。
在上述步骤S133中，可以利用本领域技术人员公知的方法根据上述初始仿真结果计算磁共振射频线圈模型的初始S参数。
在上述步骤S134中，可以根据上述初始S参数是否在设定S参数范围判断是否需要对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配。
在上述步骤S135中，通过改变电容或电感对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，可以是改变电容和电感二者或其中一者，其中的“改变”可以是调节电容或电感的大小，或者是给上述等效电路并联或串联一个或多个电容或电感。可以通过改变电容值大小对上述磁共振射频线圈模型进行调谐，同时也可以通过调整电容值将上述磁共振射频线圈模型中端口的尽可能匹配至设定阻抗。上述设定阻抗可以是50欧姆或75欧姆，具体可视射频线圈(建模对象)所连接同轴线的阻抗来确定。
在上述步骤S136中，该设定谐振条件可以根据需要或经验确定。该设定阻抗可以与步骤S113中的设定阻抗相同或不同。该设定阻抗的大小可以根据需要设定，例如50欧姆或75欧姆。当调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗时，说明对上述磁共振射频线圈模型调谐及阻抗匹配完毕。得到上述电路仿真结果和步骤S132中得到上述初始仿真结果的方法一般相同，上述电路仿真结果(步骤S136)一般是调谐及阻抗匹配完毕后的结果。若上述磁共振射频线圈模型不满足设定谐振条件和/或其端口未匹配至设定阻抗，则重复执行步骤S135继续进行调谐和/或阻抗匹配。
在上述步骤S137中，上述第二S参数的计算方法可与步骤S133中计算初始S参数的方法相同。
本实施例中，发明人突破现有的仅通过电磁场仿真对磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配的固有思维，将上述磁共振射频线圈模型看作一个等效电路，并基于电磁场仿真的结果得到该等效电路的结构及参数，从而能够实现对磁共振射频线圈模型进行电路仿真计算，如此一来，可以有效实现在电路中对磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配。
图4是本发明一实施例的磁共振射频线圈仿真方法的流程示意图。如图4所示，上述磁共振射频线圈模型可为多通道磁共振射频线圈模型。过多通道射频线圈建模和仿真设置(步骤S301)和设置离散激励端口位置(步骤S302)为该多通道磁共振射频线圈模型的电磁场仿真做好准备。然后，通过多端口电磁场仿真(步骤S303)对该多通道磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真计算，得到仿真空间的电磁场分布数据，进而得到第一S参数(步骤S304)和各端口电磁场初始值(步骤S305)。之后，根据设置的DS调谐网络及仿真条件(步骤S306)和第一S参数进行射频电路仿真(步骤S307)，此时，若不符合调谐调节，则可进行瞬态场路联合仿真(步骤S308)，得到射频线圈电磁场数据(步骤S309)，并据此判断是否需要再次调谐，若需要则重复进行步骤S306。进行射频电路仿真(步骤S307)后，若符合调谐条件，则根据电路仿真结果计算得到第二S参数S310，结合设置的各端口的电动势(S311)和各端口电磁场初始值(步骤S305)，组合得到射频线圈电磁场数据(S312)。其中，多次调谐的过程即步骤S308～S309是可选的。
值得说明的是，本发明各实施例的仿真方法对磁共振射频线圈的发射场和接收场等各种电磁场的仿真均适用，区别在于所针对的电磁场分布不同。例如，对磁共振射频线圈的发射场进行仿真时，第一瞬态电磁场分布和第二瞬态电磁场分布均为发射场的电磁场分布；对磁共振射频线圈的接收场进行仿真时，第一瞬态电磁场分布和第二瞬态电磁场分布均为接收场的电磁场分布。
现有的电磁场仿真方法，对磁共振射频线圈进行调谐和匹配等各个过程均通过电磁场仿真完成，每次电磁场仿真均需耗费大量仿真时间。与此不同，本发明实施例的磁共振射频线圈仿真方法，利用电磁场仿真与电路仿真相结合的方式(场路一体化仿真)对磁共振射频线圈进行仿真，先通过电磁场仿真方法计算多通道射频线圈多个端口电磁场分布的初始值，然后基于电路理论利用电路仿真对射频线圈进行调谐和阻抗匹配，最后根据电路仿真S参数组合得到最终射频线圈的电磁场分布，只需要进行一次磁共振射频线圈的时域电磁场仿真，并在电路里对磁共振射频线圈进行调谐和阻抗匹配。由于电路仿真多通道射频线圈的速度很快，所以这种场路一体化的仿真方法能够显著节省仿真时间，大大提升仿真效率。
基于与图1所示的磁共振射频线圈仿真方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种磁共振射频线圈仿真装置，如下面实施例所述。由于该磁共振射频线圈仿真装置解决问题的原理与磁共振射频线圈仿真方法相似，因此该磁共振射频线圈仿真装置的实施可以参见磁共振射频线圈仿真方法的实施，重复之处不再赘述。
图5是本发明一实施例的磁共振射频线圈仿真装置的结构示意图。如图5所示，本发明实施例的磁共振射频线圈仿真装置，可包括：第一电磁场分布生成单元210、第一S参数生成单元220、第二S参数生成单元230及第二电磁场分布生成单元240，上述各单元顺序连接。
第一电磁场分布生成单元210用于对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布。
一个实施例中，第一电磁场分布生成单元210还用于执行：上述激励源为电流源或电压源。
一个实施例中，第一电磁场分布生成单元210还用于执行：上述磁共振射频线圈模型为多通道磁共振射频线圈模型。
第一S参数生成单元220用于根据上述第一瞬态电磁场分布计算得到上述磁共振射频线圈模型的第一S参数。
第二S参数生成单元230用于基于上述第一S参数，通过电路仿真对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到上述磁共振射频线圈模型的第二S参数。
第二电磁场分布生成单元240用于改变上述激励源的幅值及相位，根据上述第一瞬态电磁场分布的初始值及上述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。
本发明实施例的磁共振射频线圈仿真装置，利用电磁场仿真与电路仿真相结合的方式对磁共振射频线圈进行仿真，通过第一电磁场分布生成单元得到多通道射频线圈多个端口电磁场分布的初始值，基于电路理论利用第二S参数生成单元进行调谐和阻抗匹配，最后利用第二电磁场分布生成单元根据电路仿真S参数组合得到最终射频线圈的电磁场分布，只需要进行一次多通道射频线圈的时域电磁场仿真，并在电路里对线圈调谐和匹配，而且电路仿真多通道射频线圈的速度很快，因此本发明实施例的装置具有较高的仿真效率。
图6是本发明一实施例中第一电磁场分布生成单元的结构示意图。如图6所示，第一电磁场分布生成单元210可包括：射频线圈模型生成模块211、网格划分模块212、端口设置模块213及第一电磁场分布生成模块214，上述各模块顺序连接。
射频线圈模型生成模块211用于对上述射频线圈的实际结构进行建模，生成上述磁共振射频线圈模型。
网格划分模块212用于为上述磁共振射频线圈模型所在仿真空间设置电磁场吸收边界条件，并对上述仿真空间进行网格划分。
端口设置模块213用于为上述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口配置设定阻抗，并在该端口设置上述激励源。
一个实施例中，上述端口设置模块还用于执行：上述设定阻抗为50欧姆或75欧姆。
第一电磁场分布生成模块214用于在每个端口单独受上述激励源激励时，对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到相应的上述第一瞬态电磁场分布。
一个实施例中，第一电磁场分布生成模块214可包括：电磁场仿真模块2141。
电磁场仿真模块2141用于通过时域有限体积法或时域有限元法对上述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。该电磁场仿真模块2141能够提高电磁场仿真结果的准确度。
一个实施例中，网格划分模块212可包括：多面体网格生成模块2121。
多面体网格生成模块2121用于将上述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格。该网格划分模块212能够提高电磁场仿真结果的准确度。
图7是本发明一实施例中第二S参数生成单元的结构示意图。如图7所示，第二S参数生成单元230可包括：电路结构及参数生成模块231、初始仿真结果生成模块232、初始S参数生成模块233、判断模块234、调谐及阻抗匹配模块235、电路仿真结果生成模块236及第二S参数生成模块237，上述各模块顺序连接。
电路结构及参数生成模块231用于根据上述第一S参数计算上述磁共振射频线圈模型的等效电路的结构及参数。
初始仿真结果生成模块232用于基于上述等效电路的结构及参数对上述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到初始仿真结果。
初始S参数生成模块233用于根据上述初始仿真结果计算上述磁共振射频线圈模型的初始S参数。在初始S参数生成模块233中，可以根据公知的方法计算得到该初始S参数。
判断模块234用于依据上述初始S参数判断是否需要对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配。可以根据设定的调谐网络进行调谐。
调谐及阻抗匹配模块235用于若是，通过改变电容或电感对上述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配。该等效电路可以包括实际的或等效的电路元件，例如电容、电感和电阻。该等效电路的结构可以是其电路元件的连接方式，例如电容、电感和电阻的串并联关系。该等效电路的参数可以是其电路元件的参数，例如电容大小、电感大小和电阻大小。
电路仿真结果生成模块236用于对调谐及阻抗匹配后的上述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到电路仿真结果，其中，调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗。若上述磁共振射频线圈模型不满足设定谐振条件和/或其端口未匹配至设定阻抗，则重复进行调谐和/或阻抗匹配。
一个实施例中，电路仿真结果生成模块236还用于执行：上述设定阻抗为50欧姆或75欧姆。该设定阻抗大小可视射频线圈(仿真对象)所连接的同轴线而定。
第二S参数生成模块237用于根据上述电路仿真结果计算得到上述第二S参数。在第二S参数生成模块237中，可通过公知的方法计算上述第二S参数。
本实施例中，发明人突破现有的仅通过电磁场仿真对磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配的固有思维，将上述磁共振射频线圈模型看作一个等效电路，并基于电磁场仿真的结果得到该等效电路的结构及参数，从而能够实现对磁共振射频线圈模型进行电路仿真计算，如此一来，可以有效实现在电路中对磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配。
本发明实施例的磁共振射频线圈仿真装置，利用电磁场仿真与电路仿真相结合的方式(场路一体化仿真)对磁共振射频线圈进行仿真，只需要进行一次磁共振射频线圈的时域电磁场仿真，并在电路里对磁共振射频线圈进行调谐和阻抗匹配。由于电路仿真多通道射频线圈的速度很快，所以这种场路一体化的仿真方法能够大大提升仿真效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，包括：
对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布；
根据所述第一瞬态电磁场分布计算得到所述磁共振射频线圈模型的第一S参数；
基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数；
改变所述激励源的幅值及相位，根据所述第一瞬态电磁场分布的初始值及所述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。
2.如权利要求1所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布，包括：
对所述射频线圈的实际结构进行建模，生成所述磁共振射频线圈模型；
为所述磁共振射频线圈模型所在仿真空间设置电磁场吸收边界条件，并对所述仿真空间进行网格划分；
为所述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口配置设定阻抗，并在该端口设置所述激励源；
在每个端口单独受所述激励源激励时，对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到相应的所述第一瞬态电磁场分布。
3.如权利要求1所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数，包括：
根据所述第一S参数计算所述磁共振射频线圈模型的等效电路的结构及参数；
基于所述等效电路的结构及参数对所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到初始仿真结果；
根据所述初始仿真结果计算所述磁共振射频线圈模型的初始S参数；
依据所述初始S参数判断是否需要对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；
若是，通过改变电容或电感对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；
对调谐及阻抗匹配后的所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到电路仿真结果，其中，调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗；
根据所述电路仿真结果计算得到所述第二S参数。
4.如权利要求2所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，包括：
通过时域有限体积法或时域有限元法对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。
5.如权利要求2所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，对所述仿真空间进行网格划分，包括：
将所述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格。
6.如权利要求1所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，所述激励源为电流源或电压源。
7.如权利要求2或3所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，所述设定阻抗为50欧姆。
8.如权利要求1所述的磁共振射频线圈仿真方法，其特征在于，所述磁共振射频线圈模型为多通道磁共振射频线圈模型。
9.一种磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，包括：
第一电磁场分布生成单元，用于对射频线圈进行建模得到磁共振射频线圈模型，在设定的激励源下对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到第一瞬态电磁场分布；
第一S参数生成单元，用于根据所述第一瞬态电磁场分布计算得到所述磁共振射频线圈模型的第一S参数；
第二S参数生成单元，用于基于所述第一S参数，通过电路仿真对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配，并得到所述磁共振射频线圈模型的第二S参数；
第二电磁场分布生成单元，用于改变所述激励源的幅值及相位，根据所述第一瞬态电磁场分布的初始值及所述第二S参数生成第二瞬态电磁场分布。
10.如权利要求9所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，所述第一电磁场分布生成单元包括：
射频线圈模型生成模块，用于对所述射频线圈的实际结构进行建模，生成所述磁共振射频线圈模型；
网格划分模块，用于为所述磁共振射频线圈模型所在仿真空间设置电磁场吸收边界条件，并对所述仿真空间进行网格划分；
端口设置模块，用于为所述磁共振射频线圈模型中每通道线圈的端口配置设定阻抗，并在该端口设置所述激励源；
第一电磁场分布生成模块，用于在每个端口单独受所述激励源激励时，对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真，得到相应的所述第一瞬态电磁场分布。
11.如权利要求9所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，所述第二S参数生成单元包括：
电路结构及参数生成模块，用于根据所述第一S参数计算所述磁共振射频线圈模型的等效电路的结构及参数；
初始仿真结果生成模块，用于基于所述等效电路的结构及参数对所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到初始仿真结果；
初始S参数生成模块，用于根据所述初始仿真结果计算所述磁共振射频线圈模型的初始S参数；
判断模块，用于依据所述初始S参数判断是否需要对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；
调谐及阻抗匹配模块，用于若是，通过改变电容或电感对所述磁共振射频线圈模型进行调谐及阻抗匹配；
电路仿真结果生成模块，用于对调谐及阻抗匹配后的所述磁共振射频线圈模型进行电路仿真，得到电路仿真结果，其中，调谐及阻抗匹配后的磁共振射频线圈模型满足设定谐振条件且其端口匹配至设定阻抗；
第二S参数生成模块，用于根据所述电路仿真结果计算得到所述第二S参数。
12.如权利要求10所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，所述第一电磁场分布生成模块包括：
电磁场仿真模块，用于通过时域有限体积法或时域有限元法对所述磁共振射频线圈模型进行电磁场仿真。
13.如权利要求10所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，所述网格划分模块包括：
多面体网格生成模块，用于将所述仿真空间划分为多个六面体或多个四面体的网格。
14.如权利要求9所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，所述第一电磁场分布生成单元还用于执行：所述激励源为电流源或电压源。
15.如权利要求10或11所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，所述端口设置模块和所述电路仿真结果生成模块还用于执行：所述设定阻抗为50欧姆。
16.如权利要求9所述的磁共振射频线圈仿真装置，其特征在于，第一电磁场分布生成单元还用于执行：所述磁共振射频线圈模型为多通道磁共振射频线圈模型。
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