(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210879509.2 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 中国科学院电工 研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北二条6 号 (72)发明人 贺红艳　魏树峰　王慧贤　杨文晖　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 江亚平 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) A61B 5/055(2006.01) G01R 33/385(2006.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 磁共振成像系统的矩阵梯度线圈结构设计 方法 (57)摘要 本发明涉及一种磁共振成像系统的矩阵梯 度线圈结构设计方法。 线圈结构设计包括对线圈 元素的形状、 尺寸、 数量以及位置分布等参数的 设计。 本发明在满足线圈系统设计要求的前提 下， 通过计算线圈元素之间的相互作用与矩阵梯 度线圈结构之间关系， 进一步完成对其结构的设 计， 减小线圈元素之间的相互作用。 基于本发明 设计的矩阵梯度线圈结构， 能够减小线圈元素之 间的相互作用以及线圈元素与周围导体之间的 相互作用， 从而降低了由此给磁共振成像系统带 来的负面影响。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115292916 A 2022.11.04 CN 115292916 A 1.一种磁共 振成像系统的矩阵梯度线圈结构设计方法， 其特 征在于， 所述的磁共振成像系统中的矩阵梯度线 圈由多个线 圈元素组成， 并分布在线圈载体表 面； 所述线圈元素之 间的相互作用通过 互感耦合系数k表示， 即线圈元素之 间的互感与线圈 元素自感之间的比值， 如式(1)所示： 其中， M12为任意两个线圈元素之间的互感， 由线圈元素的匝数、 线圈元素的积分路径， 以及线圈元素积分路径之间的距离获得； Lself1、 Lself2为两个圆形线圈元素的自感， 由真空 磁场常数、 线圈元 素半径， 以及绕线半径获得； 根据线圈元素之间的互感耦合系数k对矩阵梯度线圈结构， 即对线圈元素的形状、 尺 寸、 数量和位置 分布进行设计， 使设计的线圈结构在 满足线圈系统性能设计要求， 即产生的 磁场满足准确 性要求、 线圈系统的功率损耗在要求范围内的前提下， 降低线圈元素之间的 相互作用。 2.根据权利要求1所述的磁共 振成像系统的矩阵梯度线圈结构设计方法， 其特 征在于， 在设计矩阵梯度线圈结构时， 构建一个线圈结构设计优化方程， 即将线圈系统性能与 线圈元素相互作用之间的关系作为一个正则项引入线圈结构设计优化方程， 用于约束线圈 元素之间的相互作用； 线圈元素之 间相互作用所占优化方程中比重的大小通过调节权重因 子来实现。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115292916 A 2磁共振成像系统的矩阵梯度线圈结构设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于磁共振 成像系统中线圈设计领域， 尤其涉及 一种磁共振 成像系统的矩 阵梯度线圈结构设计方法。 背景技术 [0002]随着磁共振成像技术的发展， 对用户体验的要求越来越高。 提高用户体验方法之 一即为用户预留更大 的检查空间， 降低用户在做磁共振检查时由幽闭环境带来的焦虑、 恐 慌。 磁共振成像设备中， 包含梯度线圈和匀 场线圈， 用于产生梯度磁场以及匀场所需的球谐 函数磁场， 从而实现线性编码、 非线性编码以及匀场功能。 [0003]通常情况下， 传统线圈为Maxwell线圈、 Golay线圈， 以及 基于目标场法和流函数法 等设计出 的线圈。 传统的线圈针对单一的目标磁场进行设计， 即一种线圈结构只能产生一 种磁场形态， 如需产生n种磁场， 则必须对应 设计n种线圈结构。 图1所示的即为用于产生X方 向梯度磁场的传统线圈结构。 大量的线圈需求导致线圈系统体积和质量的增加， 进一步占 用了设备扫描空间， 降低了用户体验。 此外， 传统线圈的绕线以串联的形式分布至整个载体 表面， 线圈的电阻和电感值较大， 增加了线圈的感应电动势及其与周围导体之间的相互作 用。 [0004]矩阵梯度线圈是一种新型的线圈结构， 由多个线圈元素组成， 这些线圈元素分布 在矩阵梯度线圈载体表面， 其产生的磁场是所有线圈元素产生磁场的线性叠加。 线圈元素 通入不同的电流即可在成像范围内获得不同形态的磁场。 因此， 仅使用一组线圈结构即可 灵活地产生不同形态的磁场。 所以， 矩阵梯度线圈可以降低线圈系统所占设备 空间的比例， 为用户提供 更大的检查空间， 提高用户体验。 [0005]由于矩阵梯度线圈产生的磁场为一个线性合成磁场， 因此， 矩阵梯度线圈在结构 设计方面也是非常灵活的。 矩阵梯度线圈的结构设计， 包括对线圈元素形状、 尺寸、 数量及 其位置分布的设计等。 目前常用的线圈元素形状有圆形、 方形以及不规则形状； 线圈元素尺 寸则是根据线圈元素 的数量决定的。 矩阵梯度线圈结构会影响线圈系统性能， 即产生磁场 的准确性和系统的功率损耗。 [0006]矩阵梯度线圈安装在磁共振成像设备主磁体内部， 一直受到主磁场的作用。 线圈 元素是由导线绕制而成的， 其自身存在电感。 由于线圈元素距离较近， 当电流流过线圈元素 时， 其周围的线圈元素将受到影响而产生感应电动势， 同时也会与周围导体产生相互作用。 此外， 如果线圈元素之间的相互作用较大， 还会增加功率放大器的工作负担， 导致其在驱动 线圈元素工作时不能满足驱动需求。 例如， 当线圈元素产生较大的感应电动势时， 需要更高 等级的电压对线圈元素进行驱动。 若功率放大器电压等级达不到要求， 会导致其带负载能 力不足， 影响对线圈元 素的驱动， 进 而影响其产生的磁场以及成像质量。 发明内容 [0007]为解决上述技术问题， 本发明提供一种磁共振 成像系统的矩阵梯度线圈结构设计说　明　书 1/5 页 3 CN 115292916 A 3