MRI磁體系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的快速發(fā)展，利用人體組織器官的影像進行臨床診斷已經(jīng)成為一種必不可少的診療途徑，極大地促進了醫(yī)療水平的提高。磁共振成像就是其中一種新興的醫(yī)學(xué)影像方法，主要利用核磁共振原理對處于均勻靜磁場中的人體器官進行成像，具有成像參數(shù)多、無電離輻射、可任意方向斷層等諸多優(yōu)點，在臨床診斷中被廣泛應(yīng)用。在磁共振成像設(shè)備中磁體系統(tǒng)是一個重要的組成部分，負(fù)責(zé)產(chǎn)生均勻靜磁場，為磁共振成像提供基礎(chǔ)物理環(huán)境，其性能的優(yōu)劣是決定磁共振圖像質(zhì)量的重要

2、因素，也是衡量整個成像系統(tǒng)性能的主要參考指標(biāo)，因此具有重要的研究意義。磁體系統(tǒng)主要由磁體和勻場部件兩部分組成，其中磁體負(fù)責(zé)在成像空間產(chǎn)生一定強度的靜磁場，勻場部件負(fù)責(zé)對磁場進行補償校正，使磁場均勻度滿足磁共振成像要求。 由于我國的磁共振成像研究工作起步較晚，在這一領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)比較落后，目前成像系統(tǒng)仍然以設(shè)備引進為主。為了提高我國磁共振成像設(shè)備的國產(chǎn)化能力，本文結(jié)合我國磁共振成像設(shè)備的實際發(fā)展需要，針對性價比較高的永磁型磁體系統(tǒng)

3、設(shè)計方法進行了深入研究，內(nèi)容涉及到永磁體磁路設(shè)計、磁體結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及成像磁場的無源勻場計算和有源勻場設(shè)計等，主要在以下幾個方面進行了有特色和創(chuàng)新性的研究工作： (1)磁體磁路設(shè)計磁共振成像永磁體的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)系統(tǒng)對成像磁場的性能要求進行設(shè)計，本文將磁路計算理論與有限元分析方法相結(jié)合，利用磁體仿真模型對磁路結(jié)構(gòu)及成像磁場進行分析研究，確保了磁場性能參數(shù)滿足設(shè)計要求。另外針對永磁體成像磁場均勻性差的缺點，設(shè)計了勻場環(huán)部件用以減弱磁場的

4、邊緣效應(yīng)，增強了成像磁場均勻性，同時改進了磁體勻場板結(jié)構(gòu)，提高了磁場的磁感應(yīng)強度。 (2)磁體結(jié)構(gòu)優(yōu)化針對永磁體重量大的缺點，本文利用計算機仿真分析方法對磁體中的磁場分布特征進行了詳細(xì)研究，根據(jù)精確的磁場分布數(shù)據(jù)對磁體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，去除了磁體支架材料中的冗余部分，大幅減輕了磁體重量，同時對磁體勻場環(huán)的尺寸結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，進一步提高了成像磁場的均勻性。 (3)無源勻場計算由于永磁體的初始磁場均勻性通常無法滿足磁共振成像

5、要求，一般采用無源勻場方法對磁場進行校正。本文提出了一種利用磁場分布特征對勻場磁片進行綜合規(guī)劃的方法，根據(jù)成像磁場樣本數(shù)據(jù)分析磁場分布特征，利用電磁理論建立磁片校正磁場的數(shù)學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)提出了極值定位方法對磁片勻場軌道半徑進行規(guī)劃，同時提出了逐次逼近算法進行勻場計算，減少了磁場的重復(fù)校正。該算法能夠準(zhǔn)確算出勻場磁片的校正位置及使用數(shù)量，有效地指導(dǎo)無源勻場工作。 (4)勻場線圈設(shè)計當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時成像磁場的均勻性會隨之改

6、變，通常采用有源勻場方法對磁場進行再校正。本文針對永磁體的組成結(jié)構(gòu)提出了一種平板式勻場線圈設(shè)計方法，通過研究成像磁場的球諧函數(shù)以及通電圓弧在自由空間產(chǎn)生磁場的泰勒展開級數(shù)，導(dǎo)出了x、y、xz、xz<'2> X<'2>-y<'2>等低階徑向線圈的設(shè)計方法，同時針對軸向線圈提出了一種新的混合式設(shè)計方案，能夠通過控制線圈中的電流組合實現(xiàn)對不同軸向磁場分量的獲取，簡化了軸向線圈的設(shè)計過程，提高了校正磁場的準(zhǔn)確性。 (5)勻場電流計算對