CN110632541A - 一种磁共振系统的匀场方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振系统的匀场方法。该匀场方法包括：采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度；获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量；根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布；构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流。本发明采用线性规划模型进行匀场，无需构建磁场回归方程，解决了现有的构建磁场回归方程的主动匀场方法得到的匀场电流误差大、磁场均匀度差的问题，达到了匀场电流偏差更小、磁共振系统的均匀度更好的效果。

Description

一种磁共振系统的匀场方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及磁场处理技术领域，尤其涉及一种磁共振系统的匀场方法和装置。

背景技术

在磁共振系统中，磁场均匀度是一项重要指标。磁共振设备在制造过程中，不可避免会受到装配误差和温度等因素的影响，使得磁共振系统实际的磁场均匀度比设计的均匀度差1～2个数量级。因此，在磁共振设备的实际应用中，为了能使磁共振系统的磁场达到使用要求，需要采用额外的匀场方法对均匀区内磁场进行矫正。

在现有技术中，磁共振系统的匀场方法包括主动匀场方法和被动匀场方法。其中，主动匀场方法因其可应用于高场强的磁共振系统，以及具有匀场精度高的优点，大量应用于磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)和核磁共振(Nuclear MagneticResonance，NMR)等磁共振系统中，主动匀场方法已经成为决定磁共振设备最终性能的关键技术之一。

主动匀场方法是指，通过给主动匀场线圈通以特定的电流，以补偿掉主磁场的不均匀分量。现有的主动匀场方法有正则化法和最小二乘拟合法，其具体步骤为：测量均匀区内采样点的磁场，将各项谐波分量作为变量，得到关于特定均匀区的磁场的线性方程组，该方程可称之为磁场回归方程；通过正则化法或最小二乘法来求解该方程组，得到主磁场的各阶谐波分量；主磁场的各阶谐波分量除以相应各阶匀场线圈的谐波强度，得到各阶匀场线圈所需的电流。由此可见，现有的主动匀场方法实质为通过均匀区磁场得到主磁场的各阶谐波分量，而求解磁场回归方程为电磁场逆问题，求解得出的匀场电流的各阶谐波分量的误差大、精度低，导致匀场后的磁场均匀度差。

发明内容

本发明提供一种磁共振系统的匀场方法和装置，以减小匀场电流的偏差，进而提升磁共振系统的匀场效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种磁共振系统的匀场方法，该磁共振系统的匀场方法包括：

采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度；

获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量；

根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布；

根据所述理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流，所述线性规划模型的目标函数为预设目标值的最大值或最小值；所述线性规划模型的约束条件包括每个所述采样点的理论匀场磁场分布与匀场后的理论平均磁场的偏差小于或等于所述预设目标值，所述匀场电流小于或等于所述匀场线圈可承载的最大电流。

可选地，在根据所述理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流之后，还包括：

为各阶匀场线圈施加各阶所述匀场电流，采集多个所述采样点匀场后的磁场强度，并根据所述匀场后的磁场强度计算多个所述采样点匀场后的磁场均匀度；

若所述匀场后的磁场均匀度大于预设的磁场均匀度，则根据所述构建线性规划模型修正各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量，并继续执行构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的步骤，否则结束匀场操作。

可选地，所述理论匀场磁场分布包括：

其中，N为所述采样点的个数，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；Bzp(N,n,m)为N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点的所述匀场前的磁场强度；C(N,n,m)为第m项n阶匀场线圈在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Inm为第m项n阶所述匀场线圈的匀场电流。

可选地，所述理论匀场磁场分布包括：

其中，N为所述采样点的个数；m为磁场谐波项数；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流，Bzp(N,m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点匀场前的磁场强度；C(N,m)为Im在第N个采样点处单位电流的磁场贡献量。

可选地，所述线性规划模型包括：

obj：min(E)

其中，中E为预设目标值，N为所述采样点的个数；n为磁场谐波阶数；m为磁场谐波项数；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流，Bzp(N,m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点匀场前的磁场强度；C(N,m)为Im在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Bavg为匀场后的理论平均磁场，Imax为匀场线圈允许的最大电流。Bmin、Bmax分别为匀场前的磁场强度中的最小值及最大值。

可选地，所述线性规划模型的约束条件还包括：所述匀场后的理论平均磁场介于第一预设值和第二预设值之间。

可选地，所述第一预设值为多个所述采样点匀场前的磁场强度中的最小值，所述第二预设值为多个所述采样点匀场前的磁场强度中的最大值。

可选地，所述根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布，还包括：

根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度、各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量以及磁场漂移量确定理论匀场磁场分布。

可选地，所述理论匀场磁场分布包括：

其中，N为所述采样点的个数，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；Bzp(N,m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点的所述匀场前磁场强度；DBz为磁场漂移量，单位为T/秒；dt为两次测量磁场时间差；C(N,m)为Im在第N个采样点处单位电流的磁场贡献量；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流。

可选地，所述预设目标值为最大磁场偏差，所述目标函数为最小化所述最大磁场偏差；

或者，所述预设目标值为所述匀场电流的最大值，所述目标函数为最小化所述匀场电流的最大值；

或者，所述预设目标值为匀场后理论磁场均匀度的最大值，所述目标函数为最小化所述理论磁场均匀度的最大值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种磁共振系统的匀场装置，该磁共振系统的匀场装置包括：

采集模块，用于采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度；

单位电流磁场贡献量获取模块，用于获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量；

理论匀场磁场分布获取模块，用于根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布；

匀场电流获取模块，用于根据所述理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流，所述线性规划模型的目标函数为预设目标值的最大值或最小值；所述线性规划模型的约束条件包括每个所述采样点的理论匀场磁场与匀场后平均磁场的偏差小于或等于所述预设目标值，所述匀场电流小于或等于所述匀场线圈可承载的最大电流。

可选地，该磁共振系统的匀场装置还包括：

磁场均匀度计算模块，用于为各阶匀场线圈施加各阶所述匀场电流，采集多个所述采样点匀场后的磁场强度，并根据所述匀场后的磁场强度计算匀场后的磁场均匀度；

判断及修正模块，用于判断所述匀场后的磁场均匀度是否大于预设磁场均匀度，若是，则根据所述构建线性规划模型修正各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量，且由所述匀场电流获取模块继续执行根据理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的操作，否则结束匀场操作。

本发明通过获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量；根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点的匀场前磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布；构建线性线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流，从而实现对主磁场进行补偿。由本发明提供的匀场方法的各步骤可以看出，该方法为正向主动匀场的优化方法。而现有的主动匀场方法通过构建磁场回归方程求解匀场电流，存在求解误差大和磁场均匀度差的问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的匀场方法无需构建磁场回归方程，因而求解得出的匀场电流误差小、求解精度高，进而提升了匀场效果。另外，本发明实施例提供的匀场方法无需操作人员具有较高的匀场技能，降低了人力成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种磁共振系统的匀场方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种磁共振系统的匀场方法的流程图；

图3是本发明实施例提供一种磁共振系统匀场前的磁场分布示意图；

图4是本发明实施例提供一种磁共振系统匀场后的磁场分布示意图；

图5是本发明实施例提供的一种磁共振系统的匀场装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种磁共振系统的匀场装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种磁共振系统的匀场方法。该方法可以应用于具有匀场线圈的磁共振系统。该磁共振系统通过对匀场线圈施加匀场电流，使得匀场线圈产生的各阶谐波分量磁场叠加在主磁场上，从而抵消均匀区内各阶谐波分量。该方法可以由磁共振系统的匀场装置执行，所述装置由硬件和/或软件实现。

图1是本发明实施例提供的一种磁共振系统的匀场方法的流程图。参见图1，该磁共振系统的匀场方法的步骤包括：

S110、采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度Bz0。

其中，均匀区内的磁场一般为连续磁场，对该连续磁场进行离散化可以得到多个采样点，设采样点的个数为N个。然后通过磁场测量工具(例如，磁共振探头等)测量N个采样点匀场前的磁场强度Bz0。

S120、获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C。

其中，磁共振系统的均匀区域内的主磁场Bz(r)可以分解成各项谐波分量的展开式：

将公式(1)在直角坐标系下展开，得到：

在公式(1)和公式(2)中，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；A_nm和B_nm为第m项n阶匀场线圈的谐波系数；A₀₀为常数项，即中心磁场，消除n>1阶的各项(即公式(2)中的非常数项)之后可以得到均匀的磁场。因此，匀场线圈在设计时需要根据公式(2)确定各阶匀场线圈的谐波系数A_nm和B_nm，因此各阶匀场线圈的谐波系数A_nm和B_nm是已知的，根据各阶匀场线圈的谐波系数A_nm和B_nm可以确定第m项n阶匀场线圈在第N个采样点处的磁场贡献量C(N,n,m)。

S130、根据各阶匀场线圈的匀场电流I、多个采样点匀场前的磁场强度Bz0以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C确定理论匀场磁场分布Bzp。

其中，每阶匀场线圈的匀场电流为I为未知量，根据匀场电流I和各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C可以得到匀场线圈的匀场电流I在N个采样点的磁场贡献量Bzs的表达式。进而可以根据匀场电流I在N个采样点的磁场贡献量Bzs和采样点的匀场前磁场强度Bz0得到理论匀场磁场分布Bzp的表达式。匀场线圈的电流I在N个采样点的磁场贡献量Bzs用于抵消匀场前主磁场中n>1阶的谐波分量。

S140、根据理论匀场磁场分布Bzp构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流I，线性规划模型的目标函数为预设目标值E的最小值；线性规划模型的约束条件包括每个采样点的理论匀场磁场分布Bzp与匀场后的理论平均磁场Bavg的偏差小于或等于预设目标值E，匀场电流I小于或等于匀场线圈可承载的最大电流。

其中，该线性规划模型可以快速得到在该条件下的全局最优解，即得到每阶线圈需要施加的匀场电流I。

本发明实施例通过获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C；根据各阶匀场线圈的匀场电流I、多个采样点匀场前的磁场强度Bz0以及各阶匀场线圈的的单位电流磁场贡献量C确定理论匀场磁场分布Bzp；构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流I，从而对主磁场进行补偿。由本发明提供的匀场方法的各步骤可以看出，该方法为正向主动匀场的优化方法。而现有的主动匀场方法多构建磁场回归方程，求解磁场回归方程的方法有最小二乘法和正则化法。由于测量的匀场前的磁场强度Bz0会存在一定偏差，采用最小二乘法往往会造成高阶谐波的过拟合；由于正则化因子的人为取舍对磁场谐波计算影响很大，采用正则化法需要操作人员具有较高的匀场技能，且正则化法会平滑掉主磁场的高阶谐波。因此，现有的匀场方法存在求解误差大和匀场后均匀度差的问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的匀场方法无需构建磁场回归方程，因而求解得出的匀场电流I误差小、求解精度高，进而提升了匀场效果。另外，本发明实施例提供的匀场方法无需操作人员具有较高的匀场技能，降低了人力成本。

在上述各实施例中，可选地，在S110、采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度Bz0之后，还可以计算得到初始磁场均匀度，以便于对匀场后的磁场均匀度进行比较。其中，磁场均匀度的计算可以有多种，例如磁场均匀度可以为多个采样点中最大磁场强度和最小磁场强度的差值，或者磁场均匀度可以为多个采样点的磁场强度的均方根值。

图2是本发明实施例提供的另一种磁共振系统的匀场方法的流程图。参见图2，在上述各实施例的基础上，可选地，在S140、根据理论匀场磁场分布Bzp构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的电流I之后，即完成了一次线性规划之后，还包括步骤：

S150、为各阶匀场线圈施加各阶匀场电流I，采集多个采样点匀场后的磁场强度，并根据匀场后的磁场强度计算多个采样点匀场后的磁场均匀度。

S160、判断匀场后的磁场均匀度是否大于预设的磁场均匀度，若是，执行S170、根据构建线性规划模型修正各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C，并继续执行S140、构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的步骤，若否，执行S180、结束匀场操作。

其中，在S120中获取的各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C为根据匀场线圈的设计确定的理论值，在磁共振系统的实际生产和使用中，各阶匀场线圈的的单位电流磁场贡献量C会与理论值存在偏差，当该偏差较大时，会影响计算出的匀场电流I的精确度。因此，若匀场后的磁场均匀度大于预设磁场均匀度，需要对各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C进行修正。对各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C的修正方法具体可以是，根据上述线性规划模型，将计算出的匀场电流I作为已知量，将各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C的各阶分量Anm，Bnm当作未知变量，计算得到修正后的各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C。并在后续执行S140时采用修正后的各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C计算得到新的匀场电流I，直至匀场后磁场均匀度满足要求。通过S150-S180，即多次线性规划，可以进一步提升匀场精度，扩大了该匀场方法的应用范围。以及，由于本发明实施例提供的匀场方法中一次线性规划得出的匀场电流I的精度高，因此，该匀场方法的线性规划次数较少，能够快速得到各阶匀场线圈所需的匀场电流，提升了磁共振系统的匀场效率，以及提升了匀场电流的各阶谐波分量的精度。

在上述各实施例的基础上，可选地，匀场线圈的匀场电流I在N个采样点的磁场贡献量Bzs的表达式包括：

Bzs(N,n,m)＝C(N,n,m)*Inm (3)

其中，Bzs(N,n,m)为第m项n阶匀场线圈在第N个采样点处的磁场；C(N,n,m)为第m项n阶匀场线圈在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Inm为第m项n阶匀场线圈的匀场电流。

在上述各实施例的基础上，可选地，理论匀场磁场分布包括：

其中，N为采样点的个数，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；Bzp(N,n,m)为N个采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个采样点的匀场前的磁场强度；C(N,n,m)为第m项n阶匀场线圈在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Inm为第m项n阶匀场线圈的匀场电流，且Inm为二维矩阵。

在上述实施例中，可选地，对理论匀场磁场分布Bzp(N,n,m)及匀场电流Inm进行排序及转换，得到理论匀场磁场分布包括：

其中，N为采样点的个数；m为磁场谐波项数；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流，Bzp(N,m)为排序后Im对应的N个采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个采样点匀场前的磁场强度；C(N,m)为Im在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量。与上述实施例中匀场电流Inm为二维矩阵不同的是，本实施例中匀场电流Im为列向量，该列向量可以使用映射表对匀场电流Inm进行排序，从而用于线性规划得到全局最优解。

在上述各实施例的基础上，可选地，线性规划模型的约束条件还包括：匀场后的理论平均磁场Bavg介于第一预设值和第二预设值之间。其中，匀场后的理论平均磁场Bavg在做规划时是未知变量，设置匀场后的理论平均磁场Bavg介于第一预设值和第二预设值之间提升了线性规划模型的收敛速度，进一步提升了匀场效率。

在上述各实施例的基础上，可选地，第一预设值为多个采样点匀场前的磁场强度中的最小值Bmin，第二预设值为多个采样点匀场前的磁场强度中的最大值Bmax，以进一步提升线性规划模型的收敛速度。

在上述各实施例的基础上，可选地，线性规划模型包括：

obj：min(E)

该线性规划模型可以经过简单转换为线性线性规划模型，由此可以快速得到在该条件的全局最优解，从而得到每阶线圈需要施加的匀场电流Inm。可选地，线性线性规划模型的迭代方法可以采用非线性方法来实现，例如最快爬坡法或牛顿梯度法等，采用多次迭代可以进一步提高匀场电流Inm精确度以及改善匀场后磁场的均匀度。

在上述实施例中，对理论匀场磁场分布Bzp(N,n,m)及匀场电流Inm进行排序及转换，得到线型规划模型包括：

obj：min(E)

其中，中E为预设目标值，N为所述采样点的个数；n为磁场谐波阶数；m为磁场谐波项数；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流，Bzp(N,m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点匀场前的磁场强度；C(N,m)为Im在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Bavg为匀场后的理论平均磁场，Imax为匀场线圈允许的最大电流。Bmin、Bmax分别为匀场前的磁场强度中的最小值及最大值。

在上述各实施例的基础上，可选地，预设目标值E的选择可以有多种，例如，在本发明实施例中预设目标值E为最大磁场偏差E1，目标函数为最小化最大磁场偏差E1；或者，预设目标值E为匀场电流Inm的最大值，目标函数为最小化匀场电流Inm的最大值；或者，预设目标值E为匀场后理论磁场均匀度homo的最大值，目标函数为最小化理论磁场均匀度homo的最大值。

其中，理论磁场均匀度homo，可通过公式(7)求得。

若预设目标值E为最大磁场偏差E1，理论磁场均匀度可以通过最大磁场偏差E1计算求得。具体地，通过线性规划模型可以得到匀场电流Inm，同时得到了最大磁场偏差E1，那么，匀场后的理论磁场均匀度homo可以通过公式(8)求得。

在上述各实施例的基础上，可选地，S130、根据各阶匀场线圈的匀场电流I、多个采样点匀场前的磁场强度Bz0以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C确定理论匀场磁场分布Bzp，还包括：根据各阶匀场线圈的匀场电流I、多个采样点匀场前的磁场强度Bz0、各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量C以及磁场漂移量DBz确定理论匀场磁场分布Bzp。其中，磁场漂移量DBz的单位为T/秒，前后两次测量磁场时间为dt，单位为秒。对于磁场漂移比较严重的磁共振系统，将磁场漂移量DBz添加至理论匀场磁场分布Bzp中，进一步提升了匀场电流I的求解精度，进而提升了匀场精度。

在上述各实施例的基础上，可选地，对于磁场漂移比较严重的磁共振系统，理论匀场磁场分布Bzp(N,n,m)包括：

其中，N为采样点的个数，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；Bzp(N,m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个采样点的匀场前磁场强度；DBz为磁场漂移量，单位为T/秒；dt为两次测量磁场时间差；C(N,m)为Im在第N个采样点处单位电流的磁场贡献量；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流。

在上述各实施例的基础上，可选地，在S110、采集均匀区内多个采样点的匀场前磁场强度Bz0之前，还包括：S100、将均匀区划分为多个网格，网格的形状为多边形，多边形的顶点为采样点。其中，该多边形可以为三角形、四边形，或其他多边形，从而实现采样点的均匀分布，进一步提升匀场电流I的求解精度。

在上述各实施例的基础上，可选地，均匀区的磁场形状为球形、椭球或圆柱体，因此，本发明实施例提供的匀场方法不仅适用于形状规则的均匀区，还适用于形状不规则的均匀区，应用范围更广。

在上述各实施例的基础上，可选地，对匀场线圈的匀场电流的优化阶数可以根据匀场线圈的阶数确定，例如优化4阶以内的匀场线圈的匀场电流或优化2阶以内的匀场线圈的匀场电流。

在上述各实施例的基础上，本发明还提供了一种具体的实施例。设磁共振系统主磁场含有10组匀场线圈，分别对应Z、Z2、X、Y、ZX、ZY、XY、X2Y2、Z2X和Z2Y的谐波分量。各阶匀场线圈的谐波分量与谐波系数的对应关系如表1所示。

表1

磁共振系统的匀场方法的步骤具体包括：

S100、对该磁共振系统的均匀区进行网格划分，并排序，获取N个采样点，且N个采样点均匀分布于均匀区。

S110、通过磁共振探头测得N个采样点的磁场强度Bz0(i)，其中，i＝1,2,…,N。N个采样点的坐标分别为[x(i),y(i),z(i)]，其中，i＝1,2,…,N。

S120、通过表1的表达式或公式(2)得到各阶线圈的单位电流磁场贡献量C(i,j),其中j为表1所示的各项线圈的序号，j＝1,2,…,M，M＝10。例如要得到X线圈的单位电流磁场贡献量，则C(i,3)＝A₁₁*x(i),其中谐波系数A₁₁已经在设计主动匀场线圈时确定，因此是已知量。

S130、对各阶线圈所需要施加的电流进行排序，得到一个匀场电流I₁～I₁₀的行向量，由此可以得到理论的匀场后的磁场分布：

Bzp(i)＝Cnm*Ij+Bz0(i) (10)

其中，Cnm为的单位电流磁场贡献量矩阵，公式(10)通过矩阵表达出匀场后的磁场，从而可以使用线性规划进行匀场。

S140、将最大磁场偏差E1作为目标函数，同时将匀场电流I₁～I₁₀及该最大磁场偏差E1作为自变量，得到线性线性规划模型如下所示：

obj：min(F*x)

其中，BzpM，Bz0M，CM为对应磁场矩阵的扩展矩阵，其扩展方式在公式(11)中已经体现出来。

求解上述线性规划模型即可得到各阶匀场线圈的匀场电流I₁～I₁₀及最大磁场偏差E1，由此可以得到理论的匀场后磁场分布及均匀度，方便后续测量时的磁场对比。

S150、给每阶线圈施加相应的匀场电流I₁～I₁₀之后，再次测量N个采样点的磁场强度，并计算匀场后的磁场均匀度。

S160、判断匀场后的磁场均匀度是否满足要求。若匀场后的磁场均匀度满足要求，则匀场完成。若匀场后的磁场均匀度不满足要求，执行S170、则将公式(10)中的I₁～I₁₀设为已知量，将对应的各阶分量Anm，Bnm当作未知变量，得到各阶线圈的修正谐波强度，利用该修正谐波强度，再一次进行线性规划，得到新的匀场电流I₁～I₁₀。重复执行S140-S170，直至磁场均匀度满足要求。

图3是本发明实施例提供一种磁共振系统匀场前的磁场分布示意图，图4是本发明实施例提供一种磁共振系统匀场后的磁场分布示意图。参见图3和图4，匀场前的磁场均匀度为350ppm，匀场后的磁场均匀度为3.3ppm，由此可见，使用本发明实施例提供的匀场方法可以得到全局最优结果，求解匀场电流的精度高，匀场效果好。

本发明实施例还提供了一种磁共振系统的匀场装置。图5是本发明实施例提供的一种磁共振系统的匀场装置的结构示意图。参见图5，该磁共振系统的匀场装置包括：采集模块310、单位电流磁场贡献量获取模块320、理论匀场磁场分布获取模块330和匀场电流获取模块340。采集模块310用于采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度，单位电流磁场贡献量获取模块320用于获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量，理论匀场磁场分布获取模块330用于根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布，匀场电流获取模块340用于根据理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流，线性规划模型的目标函数为预设目标值的最大值或最小值；线性规划模型的约束条件包括每个采样点的理论匀场磁场与匀场后理论平均磁场的差异小于或等于预设目标值，匀场电流小于或等于匀场线圈可承载的最大电流。

本发明实施例通过用于获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量单位电流磁场贡献量获取模块320；用于根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布的理论匀场磁场分布获取模块330和构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的匀场电流获取模块340，对主磁场进行补偿。本发明提供的匀场装置为正向主动匀场的优化装置。与现有技术相比，本发明实施例提供的匀场装置无需构建磁场回归方程，因而求解得出的匀场电流误差小、求解精度高，进而提升了匀场效果。另外，本发明实施例提供的匀场装置无需操作人员具有较高的匀场技能，降低了人力成本。

图6是本发明实施例提供的另一种磁共振系统的匀场装置的结构示意图。参见图6，在上述各实施例的基础上，可选地，该匀场装置还包括：磁场均匀度计算模块350和判断及修正模块360。磁场均匀度计算模块350用于为各阶匀场线圈施加各阶匀场电流，采集多个采样点匀场后的磁场强度，并根据匀场后的磁场强度计算多个采样点的匀场后磁场均匀度。判断及修正模块360用于判断匀场后的磁场均匀度是否大于预设磁场均匀度，若是，则根据构建线性规划模型修正各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量，且由匀场电流获取模块继续执行根据理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的操作，否则结束匀场操作。通过判断及修正模块360实现了多次线性规划，可以进一步提升匀场精度，扩大了该匀场方法的应用范围。以及，由于本发明实施例提供的匀场装置中一次线性规划得出的匀场电流的精度高，因此，该匀场装置的线性规划次数较少，能够快速得到各阶匀场线圈所需的匀场电流，提升了磁共振系统的匀场效率，以及提升了匀场电流的各阶谐波分量的精度。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种磁共振系统的匀场方法，其特征在于，该匀场方法包括：

采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度；

获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量；

根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布；

根据所述理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流，所述线性规划模型的目标函数为预设目标值的最大值或最小值；所述线性规划模型的约束条件包括每个所述采样点的理论匀场磁场分布与匀场后的理论平均磁场的偏差小于或等于所述预设目标值，所述匀场电流小于或等于所述匀场线圈可承载的最大电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流之后，还包括：

为各阶匀场线圈施加各阶所述匀场电流，采集多个所述采样点匀场后的磁场强度，并根据所述匀场后的磁场强度计算多个所述采样点匀场后的磁场均匀度；

若所述匀场后的磁场均匀度大于预设的磁场均匀度，则根据所述构建线性规划模型修正各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量，并继续执行构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的步骤，否则结束匀场操作。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论匀场磁场分布包括：

其中，N为所述采样点的个数，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；Bzp(N，n，m)为N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点的所述匀场前的磁场强度；C(N，n，m)为第m项n阶匀场线圈在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Inm为第m项n阶所述匀场线圈的匀场电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论匀场磁场分布包括：

其中，N为所述采样点的个数；m为磁场谐波项数；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流，Bzp(N，m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点匀场前的磁场强度；C(N，m)为Im在第N个采样点处单位电流的磁场贡献量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性规划模型包括：

obj：min(E)

其中，中E为预设目标值，N为所述采样点的个数；n为磁场谐波阶数；m为磁场谐波项数；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流，Bzp(N，m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点匀场前的磁场强度；C(N，m)为Im在第N个采样点处的单位电流磁场贡献量；Bavg为匀场后的理论平均磁场；Imax为匀场线圈允许的最大电流；Bmin、Bmax分别为匀场前的磁场强度中的最小值及最大值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性规划模型的约束条件还包括：所述匀场后的理论平均磁场介于第一预设值和第二预设值之间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一预设值为多个所述采样点匀场前的磁场强度中的最小值，所述第二预设值为多个所述采样点匀场前的磁场强度中的最大值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布，还包括：

根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度、各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量以及磁场漂移量确定理论匀场磁场分布。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述理论匀场磁场分布包括：

其中，N为所述采样点的个数，n为磁场谐波阶数，m为磁场谐波项数；Bzp(N，m)为排序后Im对应的N个所述采样点的理论匀场磁场；Bz0(N)为N个所述采样点的所述匀场前磁场强度；DBz为磁场漂移量，单位为T/秒；dt为两次测量磁场时间差；C(N，m)为Im在第N个采样点处单位电流的磁场贡献量；Im为排序后第m项匀场线圈对应的匀场电流。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设目标值为最大磁场偏差，所述目标函数为最小化所述最大磁场偏差；

或者，所述预设目标值为所述匀场电流的最大值，所述目标函数为最小化所述匀场电流的最大值；

或者，所述预设目标值为匀场后理论磁场均匀度的最大值，所述目标函数为最小化所述理论磁场均匀度的最大值。

11.一种磁共振系统的匀场装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集均匀区内多个采样点匀场前的磁场强度；

单位电流磁场贡献量获取模块，用于获取各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量；

理论匀场磁场分布获取模块，用于根据各阶匀场线圈的匀场电流、多个采样点匀场前的磁场强度以及各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量确定理论匀场磁场分布；

匀场电流获取模块，用于根据所述理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流，所述线性规划模型的目标函数为预设目标值的最大值或最小值；所述线性规划模型的约束条件包括每个所述采样点的理论匀场磁场与匀场后平均磁场的偏差小于或等于所述预设目标值，所述匀场电流小于或等于所述匀场线圈可承载的最大电流。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：

磁场均匀度计算模块，用于为各阶匀场线圈施加各阶所述匀场电流，采集多个所述采样点匀场后的磁场强度，并根据所述匀场后的磁场强度计算匀场后的磁场均匀度；

判断及修正模块，用于判断所述匀场后的磁场均匀度是否大于预设磁场均匀度，若是，则根据所述构建线性规划模型修正各阶匀场线圈的单位电流磁场贡献量，且由所述匀场电流获取模块继续执行根据理论匀场磁场分布构建线性规划模型并获取各阶匀场线圈的匀场电流的操作，否则结束匀场操作。

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