CN114252824A - 一种偏中心梯度线圈及基于流函数的梯度线圈设计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种偏中心梯度线圈及基于流函数的梯度线圈设计方法，用于磁共振引导介入治疗，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，使得用于成像的梯度磁场范围位于所述主磁场的均匀区域内。本申请在不改变主磁体开放度情况下，产生较强的梯度磁场信号叠加到主磁场上，实现在磁共振引导介入成像过程中对人体组织进行X、Y、Z三个方向的空间编码，预留更大的手术空间，便于介入手术的实施，使得产品更具有市场竞争力。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别的，尤其涉及用于磁共振引导介入治疗的一种偏中心梯度线圈及基于流函数的梯度线圈设计方法。
背景技术
梯度线圈是磁共振成像系统的核心配件，常规磁共振系统(通常主磁场为上下方向的永磁体或者水平方向的圆筒超导磁体)一般仅用于全身检查，近年来图像引导的微创介入治疗技术和行业的不断发展，而磁共振作为软组织最佳的成像技术，具有无电离辐射、软组织成像分辨率高、对比度高、可实时成像等一系列特点，使得介入磁共振成像系统在图像引导微创介入治疗行业发展迅速起来。
现有的常规磁共振系统如永磁C或两柱型、超导圆筒磁共振中的梯度线圈，梯度磁场的中心位于磁体主磁场B0的中心，由此决定了磁共振成像系统的感兴趣区域同样是位于以主磁场和梯度磁场为中心的球状区域或者椭球状区域，如图1-图2所示。而这些常规磁共振成像系统，因为医生无法获得更开放的空间实施手术，无法作为介入治疗的磁共振图像引导。
为了满足磁共振引导介入治疗的需要，通常需要改造主磁体的结构，从而将磁体空间加大；但主磁体是磁共振系统中成本最高的主要部件，通常占系统总硬件成本的50％左右。因此，为了提高开放度来改造磁体会大幅度的增加磁体成本，从而会大幅度的增加磁共振系统产品的总成本。
发明内容
鉴于上述内容中的问题，本申请提供了一种偏中心梯度线圈及基于流函数的梯度线圈设计方法，用于磁共振引导介入治疗，用以在不改变主磁体开放度情况下，产生较强的梯度磁场信号叠加到主磁场上，实现在磁共振引导介入成像过程中对人体组织进行X、Y、Z三个方向的空间编码，预留更大的手术空间，便于介入手术的实施。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种偏中心梯度线圈，用于磁共振引导介入治疗，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，使得用于成像的梯度磁场范围位于所述主磁场的均匀区域内。
进一步的，所述偏中心梯度线圈为双平板偏中心梯度线圈。
进一步的，所述偏中心梯度线圈为柱状偏中心梯度线圈。
一种基于流函数的梯度线圈设计方法，应用于上述所述偏中心梯度线圈，该方法包括：
设电流平面上的流函数，所述流函数为二维傅立叶展开的前mn项的叠加，线圈为所述流函数上的等高线；
定义函数F，所述函数F为mn维空间上的函数，其自变量为前mn项展开的系数，因变量为所述线圈产生磁场的最小非线性度或者其他性能约束条件；
选定初始点，利用爬山算法计算局部最优解或者粒子群等算法计算全局最优解，得到各展开项系数；
根据各展开项系数确定线圈形状。
进一步的，所述设电流平面上的流函数，所述流函数为二维傅立叶展开的前mn项的叠加，线圈为所述流函数上的等高线，包括：
获取构建流函数的函数参数值，所述函数参数值包括：所述偏中心梯度线圈的线圈匝数、电流分布区域、目标磁场、傅里叶展开阶数、最大可接受误差函数、初始步长、最小步长以及最大可接受重设次数；
对所述电流分布区域进行傅里叶展开，并随机产生傅里叶级数系数；
根据预设计算公式计算电流密度，并使用流函数法得到线圈形状。
本申请所述的偏中心梯度线圈及基于流函数的梯度线圈设计方法，用于磁共振引导介入治疗，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，使得用于成像的梯度磁场范围位于所述主磁场的均匀区域内。本申请在不改变主磁体开放度情况下，产生较强的梯度磁场信号叠加到主磁场上，实现在磁共振引导介入成像过程中对人体组织进行X、Y、Z三个方向的空间编码，预留更大的手术空间，便于介入手术的实施，使得产品更具有市场竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。
图1为现有技术中常规分立磁共振系统的双平板梯度线圈示意图；
图2为现有技术中常规圆筒磁共振系统的柱状梯度线圈示意图；
图3为本申请实施例公开的双平板偏中心梯度线圈示意图；
图4为本申请实施例公开的柱状偏中心梯度线圈示意图；
图5为本申请实施例公开的一种基于流函数的梯度线圈设计方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供的一种偏中心梯度线圈，用于磁共振引导介入治疗，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，使得用于成像的梯度磁场范围位于所述主磁场的均匀区域内。
在本申请实施例中，为了满足医生对于磁共振图像引导介入治疗的需求，在不改变主磁体结构的前提下，设计梯度时，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，需要保证此时的用于成像的梯度磁场范围位于主磁场的均匀区域内，同时需要保证梯度线圈的其他主要性能指标(如成像区域的梯度磁场线性度、梯度线圈的电感量、电阻)等梯度线圈的主要性能参数与常规磁共振系统中的梯度线圈一致，就能实现在不改动磁体空间和磁共振成像质量不受影响的情况下，可为医生预留更大的手术空间，便于介入手术的实施。
需要说明的是，本申请实施例中，上述所述偏中心梯度线圈可以为双平板偏中心梯度线圈，如图3所示。
需要说明的是，本申请实施例中，所述偏中心梯度线圈可以为柱状偏中心梯度线圈，如图4所示。
本申请实施例提供一种偏中心梯度线圈，可应用于磁共振引导介入治疗，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，使得用于成像的梯度磁场范围位于所述主磁场的均匀区域内。本申请实施例在不改变主磁体开放度情况下，产生较强的梯度磁场信号叠加到主磁场上，实现在磁共振引导介入成像过程中对人体组织进行X、Y、Z三个方向的空间编码，预留更大的手术空间，便于介入手术的实施，使得产品更具有市场竞争力。
在上述提供的一种偏中心梯度线圈的基础上，本申请实施例还提供了一种基于流函数的梯度线圈设计方法，应用于上述所述偏中心梯度线圈，如图5所示，该方法具体步骤包括：
S501：设电流平面上的流函数，所述流函数为二维傅立叶展开的前mn项的叠加，线圈为所述流函数上的等高线；
需要说明的是，上述所述设电流平面上的流函数，所述流函数为二维傅立叶展开的前mn项的叠加，线圈为所述流函数上的等高线，包括：
获取构建流函数的函数参数值，所述函数参数值包括：所述偏中心梯度线圈的线圈匝数、电流分布区域、目标磁场、傅里叶展开阶数、最大可接受误差函数、初始步长、最小步长以及最大可接受重设次数；对所述电流分布区域进行傅里叶展开，并随机产生傅里叶级数系数；根据预设计算公式计算电流密度，并使用流函数法得到线圈形状。
S502：定义函数F，所述函数F为mn维空间上的函数，其自变量为前mn项展开的系数，因变量为所述线圈产生磁场的最小非线性度或者其他性能约束条件；
S503：选定初始点，利用爬山算法计算局部最优解或者粒子群等算法计算全局最优解，得到各展开项系数；
S504：根据各展开项系数确定线圈形状。
在本申请实施例提供的基于流函数的梯度线圈设计方法中，首先需要先输入线圈匝数、电流分布区域、目标磁场、傅里叶展开阶数、误差函数、最大可接受误差函数、初始步长、最小步长以及最大可接受重设次数；然后对电流分布区域进行傅里叶展开，并随机产生傅里叶级数系数；之后根据计算公式计算电流密度，并使用流函数法得到线圈形状；再计算线圈产生的磁场以及磁场的误差函数，并在傅里叶级数系数空间中取不同方向，计算向不同方向移动一步后的误差函数；在当前所在点为局部极小值、当前步长小于最小步长，且当前误差函数满足预设要求，则输出线圈形状；若当前所在点不是局部极小值时，则取误差函数小于当前点的点为新的傅里叶级数系数，重新计算电流密度；当当前步长不小于步长时，则减小步长，重新在傅里叶级数系数空间中取不同方向，计算向不同方向移动一步后的误差函数；在当前误差函数不满足预设要求时，判断当前重设次数是否达到最大可接受重设次数，若是，则不存在解，结束流程，若否，则重新随机产生傅里叶级数系数。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种偏中心梯度线圈，其特征在于，用于磁共振引导介入治疗，将梯度线圈的中心设定在偏离主磁场中心处，使得用于成像的梯度磁场范围位于所述主磁场的均匀区域内。
2.根据权利要求1所述的偏中心梯度线圈，其特征在于，所述偏中心梯度线圈为双平板偏中心梯度线圈。
3.根据权利要求1所述的偏中心梯度线圈，其特征在于，所述偏中心梯度线圈为柱状偏中心梯度线圈。
4.一种基于流函数的梯度线圈设计方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任意一项所述偏中心梯度线圈，该方法包括：
设电流平面上的流函数，所述流函数为二维傅立叶展开的前mn项的叠加，线圈为所述流函数上的等高线；
定义函数F，所述函数F为mn维空间上的函数，其自变量为前mn项展开的系数，因变量为所述线圈产生磁场的最小非线性度或者其他性能约束条件；
选定初始点，利用爬山算法计算局部最优解或者粒子群等算法计算全局最优解，得到各展开项系数；
根据各展开项系数确定线圈形状。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述设电流平面上的流函数，所述流函数为二维傅立叶展开的前mn项的叠加，线圈为所述流函数上的等高线，包括：
获取构建流函数的函数参数值，所述函数参数值包括：所述偏中心梯度线圈的线圈匝数、电流分布区域、目标磁场、傅里叶展开阶数、最大可接受误差函数、初始步长、最小步长以及最大可接受重设次数；
对所述电流分布区域进行傅里叶展开，并随机产生傅里叶级数系数；
根据预设计算公式计算电流密度，并使用流函数法得到线圈形状。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5977771A (en) * | 1997-11-03 | 1999-11-02 | Picker International, Inc. | Single gradient coil configuration for MRI systems with orthogonal directed magnetic fields |
| CN102736044A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-10-17 | 南京麦菲电子科技有限公司 | 超导磁共振成像装置用的梯度线圈制作方法 |
| CN103654787A (zh) * | 2012-09-24 | 2014-03-26 | 三星电子株式会社 | 磁共振成像装置及其制造方法 |
| US20140292337A1 (en) * | 2013-04-01 | 2014-10-02 | Elfar Adalsteinsson | Decoupling of Parallel Transmission Arrays in Magnetic Resonance Imaging |
| CN105718677A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-06-29 | 中国科学院电工研究所 | 自屏蔽超导核磁共振成像系统梯度线圈设计方法 |
| CN107957565A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-24 | 武汉中科牛津波谱技术有限公司 | 一种核磁共振波谱仪自屏蔽梯度线圈及其设计方法 |
| CN108272452A (zh) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 上海康达卡勒幅医疗科技有限公司 | 一种磁共振偏中心成像二阶匀场方法 |
| CN109946630A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-28 | 中国计量大学 | 最小化最大温度值的盘式梯度线圈设计方法 |
-
2021
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5977771A (en) * | 1997-11-03 | 1999-11-02 | Picker International, Inc. | Single gradient coil configuration for MRI systems with orthogonal directed magnetic fields |
| CN102736044A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-10-17 | 南京麦菲电子科技有限公司 | 超导磁共振成像装置用的梯度线圈制作方法 |
| CN103654787A (zh) * | 2012-09-24 | 2014-03-26 | 三星电子株式会社 | 磁共振成像装置及其制造方法 |
| US20140292337A1 (en) * | 2013-04-01 | 2014-10-02 | Elfar Adalsteinsson | Decoupling of Parallel Transmission Arrays in Magnetic Resonance Imaging |
| CN105718677A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-06-29 | 中国科学院电工研究所 | 自屏蔽超导核磁共振成像系统梯度线圈设计方法 |
| CN108272452A (zh) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 上海康达卡勒幅医疗科技有限公司 | 一种磁共振偏中心成像二阶匀场方法 |
| CN107957565A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-24 | 武汉中科牛津波谱技术有限公司 | 一种核磁共振波谱仪自屏蔽梯度线圈及其设计方法 |
| CN109946630A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-28 | 中国计量大学 | 最小化最大温度值的盘式梯度线圈设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 窦建辉 等: "基于COMSOL的磁共振成像双平面梯度线圈的仿真研究", 《计算机测量与控制.》, vol. 26, no. 9, pages 191 - 194 * |
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