永磁磁共振系统中有源端盖屏蔽梯度线圈设计

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永磁体设计技术和永磁材料制备技术的进一步发展,使永磁系统由原有的低场步入中场,为高场功能在永磁系统上实现奠定了基础。由于快速序列的高梯度、高爬升率梯度的引入,以前被认为在永磁系统中已被解决而可忽略不计的涡流将影响高场序列的运行,中场永磁系统中梯度线圈的设计面临着新的挑战,要求更小的涡流影响,不但如此,由于场强和梯度切换率的提高使得由于梯度线圈引起的振动噪声问题也浮现出来。传统的永磁系统主要通过设计双平面主次级梯度线圈降低了磁体系统中的涡流,但不能解决梯度线圈边缘对周围导体产生的涡流。  本文提出了一种降低中场永磁系统中涡流的设计方法,即通过在主次级梯度线圈之间加入了端盖屏蔽线圈方法以降低梯度线圈两侧的边缘场,从而进一步降低磁体模块中的涡流。主要研究如何降低梯度线圈在永磁体周围导体中主要是在铁轭中产生的边缘场,进而降低涡流。本文所采用的计算方法以求解第一类Fredholm积分方程为基础,该方程由比萨定律推导而得。首先将电流分布约束在一个有限半径的线圈平面内,将电流密度以正交基做傅里叶扩展。其次,将未知的电流密度的傅里叶展开系数作为方程的待求解变量。再次,通过设置目标场点和成像灵敏区内的Bz值,以求解未知的电流密度的傅里叶展开系数。最后,使用流函数法将电流密度离散化,得到具体的绕线形式。  为了验证理论与方法的正确性,使用MATLAB对已建立的有源端盖屏蔽梯度线圈模型进行了仿真。利用比萨定律来计算以上方法得到的电流密度产生的梯度磁场,通过计算机仿真计算,得到了加入屏蔽线圈时和未加入屏蔽线圈时的梯度线圈的最优参数。在保证其线性度的前提下,仿真结果显示该设计可以有效地减少边缘场外泄,在主次级梯度线圈的两侧弥散场的能量最低降低为原有方案的1/50,大大减少涡流的产生,为进一步提高中场永磁体的图像质量提供了保障。
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