14T MRI磁体设计及磁场位型优化

14T MRI磁体设计及磁场位型优化

磁共振成像(MRI)领域主要有两个发展方向:高磁场及高均匀度。因为高磁场可以极大地提高信噪比从而改善成像分辨率;而高均匀的稳定磁场由其时间和空间的同步性更好可以完成更快速地扫描,从而为探知生物体更加极限的功能信息、研究智能作用、人脑意识和心理及情感诱因等提供途径。

由于我国在高场磁共振领域一直处于空白,严重落后于国外的发展,因此适

时地开展14T高场磁共振的研究显得十分必要。其中14T的磁体系统作为核心,其磁场设计要求中心成像区的均匀性达到10-6(ppm)量级,同时磁屏蔽5Gs线距

离要在15m以内,本文为此进行了详细的电磁优化设计和算法研究。

主磁体主要是为整个磁体系统提供满足要求的高均匀度和高稳定性的基础

磁场。为此对超导磁体的主磁体进行设计和改进,采用APDL概率设计模块的Monte Carlo算法分析了影响主磁体磁场均匀性的主要参量因素,构造各变量对

结果影响的相关性数据,初步以多绕组结构将主磁体直径22cm的球形成像区内

的不均匀度从几千ppm降低到65ppm。

建立了圆环磁场计算的三种电磁理论,并编写了各种方法对应的程序。找到了效率最好的磁场计算理论和程序实现。

同时建立了无源静磁场的基本表达,得到磁场的各阶球谐分量,为以后的各

种理论设计球谐匀场线圈时提供帮助。利用线性和非线性规划联合优化的方法给出了14 T MRI磁体的一种设计方案,通过磁场点取样法依靠4组线圈使得22cm

中心球形成像内不均匀度降低到1ppm,而高场耗散的5Gs线通过磁体自屏蔽减小到13m以内。

同时通过修改优化算法,采用球谐级数消除的计算方法进行优化迭代后,不

均匀度降低到0.05ppm,满足了设计的均匀度要求,而5Gs线减小到11.5m。计算时间也从30min降低到10min,整体效率大大提高。