导读:本文包含了梯度线圈设计论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:磁共振成像,梯度线圈,不可展曲面,法向量
梯度线圈设计论文文献综述
任浩[1]（2019）在《磁共振系统梯度线圈不可展面设计方法研究》一文中研究指出核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)作为一种医疗影像诊断方法已经在近年来得到了越来越广泛的应用。梯度线圈是核磁共振系统的一个重要组成部分,它可以产生一个梯度磁场来对被检测物体进行空间编码。梯度线圈产生的梯度磁场的线性度对MRI系统的成像分辨率有很大影响。此外,当梯度线圈的电流承载面与被检测物体间距离减少时,成像的有效范围与梯度线圈的线圈效率可以得到提高。大多数现存的梯度线圈采用圆柱面作为电流承载面。梯度线圈的电流承载面与被检测物体之间的距离越小,线圈的效率提升越明显。一种更加贴近于人体躯干形状的以椭圆柱面为电流承载面的梯度线圈也已经被提出。这些梯度线圈的电流承载面都是可展曲面。为了适应更多的实际需求,如专用于人体头部的MRI系统,将电流承载面由可展面扩展到不可展面是很有必要的。梯度线圈的设计大多是基于有限元离散的方法,在计算中会多次涉及到电流承载面上的法向量,所以法向量的正确表达对计算结果的准确性有十分重要的影响。在以往的梯度线圈设计优化中,为了避免离散后曲面法向量若不能准确表达而影响计算结果的问题,通常采用可展曲面(柱面或平面)作为电流承载曲面,并且在设计时将可展曲面展开为平面进行计算。对于在不规则的不可展曲面,其法向量如何准确表达是梯度线圈在不可展面上设计的难点。近年来,经过数学证明,曲面的Delaunay叁角剖分可以使离散后的单元法向量收敛于原始光滑曲面的法向量。根据此结论,本文将可展曲面的梯度线圈设计优化方法扩展到不可展曲面,并且在一定程度上保证了数值结果和近似误差的收敛。本文主要介绍不可展曲面梯度线圈设计的流函数方法以及变密度拓扑优化方法,对于在曲面上使用流函数方法以及有限元方法计算求解静电场除边界条件外的拉普拉斯偏微分方程,将引入切向梯度算子来计算离散曲面上标量函数的梯度以及偏导数,最终问题归结为曲面法向量的计算。使用测地Delaunay叁角剖分来对电流承载曲面进行离散可以保证离散曲面的法向量收敛到原始光滑曲面。通过计算流函数或用有限元方法求解曲面静电拉普拉斯方程来得到曲面电流或电势的分布,然后使用基于电流承载曲面的毕奥—萨法尔(Biot-Savart)公式,计算空间的磁场分布。由此,变密度拓扑优化的方法也可以被用于设计不可展开表面上的梯度线圈的分布。此外,在MRI系统工作时,通电的梯度线圈在MRI系统的匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用,通过梯度线圈的脉冲电流,产生的洛伦兹力会导致线圈的变形和振动。所以对梯度线圈的支撑结构进行优化以提升梯度线圈在实际工作状态下的位置精度和稳定性对于成像精度有较为重要的作用。本文还针对流函数方法设计的圆柱型梯度线圈的支撑结构,通过提高其刚度来降低洛伦兹力对梯度线圈精度的影响。本文基于密度法的多负载条件下变密度拓扑优化方法,对x,y,z叁个方向的梯度线圈支撑结构进行多负载条件下力学结构优化设计。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2019-06-01）
轩倩倩,夏天,何培忠[2]（2018）在《基于目标场法的永磁微型核磁共振成像系统梯度线圈设计的多参数仿真研究》一文中研究指出目的:研究永磁微型核磁共振成像系统双平面梯度线圈产生梯度磁场的最大线性偏离与电流密度函数展开阶数、线圈的最大半径、双平面线圈间距及目标场点数等参数的关系。方法:根据改进的目标场法,利用Matlab仿真设计双平面梯度线圈,然后利用控制变量法,分别模拟计算出各个参数在不同取值情况下梯度磁场的最大线性偏离值,最后对得到的数据进行分析。结果:利用上述方法,获得了最大线性偏离值随着横、纵向梯度线圈中各个参数的改变而分别产生不同程度的变化。结论:通过对以上参数的合理取值可以获得满足梯度线性度和制造工艺的梯度线圈。另外,此研究也可推广到永磁MRI系统双平面匀场线圈。(本文来源于《中国医学物理学杂志》期刊2018年06期）
潘辉[3]（2018）在《磁共振系统可展梯度线圈拓扑构型设计方法研究》一文中研究指出磁共振成像作为一种非介入式影像技术,能够反应物体内部的层次结构。在过去的几十年,磁共振成像技术已被广泛用于医学诊断、生物研究和材料研究等领域。近年来,磁共振成像技术已被应用于空间分辨率小于100微米的成像领域,通常称之为磁共振显微成像,是磁共振成像发展的趋势之一。对于微尺度磁共振成像存在的主要挑战在于:一方面,在微尺度磁共振成像时,需要在微小的目标区域内具有较高的分辨率;另一方面,在使用质量或体积较小的样本进行成像时,成像信噪比会大幅度降低。根据磁共振成像原理,成像信噪比主要受限于磁共振系统射频线圈的性能以及主磁场强度;成像分辨率受限于梯度线圈产生的梯度磁场的大小。采用尺寸与成像样本相接近的线圈成像有利于同时提高磁共振成像系统的分辨率与信噪比。因此,磁共振系统各线圈小型化成为当前的热点研究内容之一。本文将致力于磁共振成像可展梯度线圈的设计研究。磁共振系统梯度线圈设计是一个多目标优化问题,在设计时需要综合考虑能耗、磁场能、线性度等设计、成像要求。这些设计要求通常难以同时获得最优解,因此在设计梯度线圈时需要权衡线圈各方面的设计需求。本文基于柱面可展性和流函数设计方法,结合Pareto优化方法实现了梯度线圈的多目标优化设计。分别分析了磁场能、能耗目标对梯度线圈线性度、线圈构型的影响在Pareto解空间中分析各目标的相互变化关系,通过数值算例验证了该方法在梯度线圈设计时的有效性与灵活性。优化结果显示,在满足线性度误差小于5%,能耗与磁场能分别小于用户设定值的设计约束下,梯度线圈的多目标设计存在多个局部优化解。Pareto解空间可以直观地比较相同目标函数值的情况下,各单目标的具体表现,有利于实现不同设计要求下梯度线圈的定型设计。虽然流函数等传统梯度线圈设计方法在工程中已被广泛使用,但仍存在一定的局限性。首先,这些方法得到的电流密度分布需要通过多匝线圈来近似,当匝数较少时近似误差较大,而当匝数较多时对于微尺度梯度线圈而言加工较困难。其次,必须引入回绕线圈来保证所有导线中具有相同的电流。而回绕线圈中的回绕电流会产生与目标磁场方向相反的磁场,在降低了梯度线圈的效率和空间利用率的同时,并增加了线圈的电感。因此,本文中提出了一种通过以材料分布为设计变量的梯度线圈拓扑优化设计方法。该方法与传统方法相比避免了离散近似过程中带来的误差,提高了优化的准确性;同时,通过采用电压驱动方式设计避免了引入回绕线圈,在很大程度上简化了线圈构型。通过Z向与Y向梯度线圈的设计验证了该方法的可行性与准确性,大量算例分析了优化模型及设计参数的选取对最终线圈构型的影响,以及以电阻、电压等线圈性能为辅助目标时对优化过程及结果的影响。虽然该方法仍处于初始发展阶段,但优化结果表明该方法已突破了传统设计方法对线圈线型的限制,为梯度线圈性能的提升提供了更多的可能性。在理想的拓扑设计中,优化结果可以直接通过特定的加工工艺进行制造。为了满足制造要求,可直接在优化过程中的考虑结构的制造特性,如实现结构的尺寸控制,从而确保最终结果满足可制造性。本文基于膨胀、侵蚀等形态算子提出了一种新的结构尺寸控制方法,并通过力学拉伸结构与悬臂梁结构的优化设计验证了该方法的有效性。在梯度线圈设计中,没有额外尺寸约束的情况下,梯度线圈优化结果是单根宽导带的形式;在体积分数较大时,会导致线圈间会产生较大的涡流影响磁场线性度。为避免出现这种情况,文中将尺寸控制方法应用在梯度线圈的设计中,得到了由多根细导线构成的拓扑构型。设计结果表明该方法可以很好的控制线圈的特征尺寸。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2018-05-01）
戚金凤[4]（2018）在《Halbach核磁共振成像系统的梯度线圈设计方法》一文中研究指出Halbach磁体结构应用广泛,其用于核磁共振也具备特定的优点:结构无需铁轭,可以实现强磁场、低重量、小体积设计,且磁体中心磁场均匀度高,制作成本低,是成像设备以及在线核磁共振波谱分析的热门研究方向,是成像装置和便携式现场核磁共振分析的理想结构。由于Halbach磁体主磁场B_0方向沿径向,与超导和C型永磁体MRI设备的磁场方向不同,且其梯度线圈分布在柱面上,这就对Halbach型线圈提出了特殊的设计要求。本论文研究了等效磁偶极子方法,用于2MHz Halbach磁体梯度线圈和匀场线圈的设计,具体内容包括以下几个方面:(1)Halbach磁体梯度线圈的等效磁偶极子方法研究。通过流函数与等效磁化强度的关系,将流函数与Halbch磁体目标区域内的磁场联系在一起。并根据期望的目标磁场分布逆向求解柱面流函数分布,进而确定线圈结构。求解过程中,以能耗作为最优化目标,以期望磁场与计算磁场方差作为罚函数,从而得到平滑的梯度线圈结构。同时,本文还通过Maxwell仿真软件验证了线圈磁场分布。最终采用双层柔性电路板制作了X、Y以及Z梯度线圈,并通过高斯计实测各线圈目标区域内的磁场分布。实验结果表明:叁个方向梯度线圈产生的单位磁场梯度分别为:3.022、3.013和1.7mTm~(-1)A~(-1),梯度均匀度均在5%以内,达到设计要求。(2)Halbach磁体的有源匀场线圈研究。2MHz的Halbach磁体经无源匀场后磁场均匀度为108ppm,为了进一步提高均匀度,采用等效磁偶极子方法设计了五个二阶匀场线圈,即XY、XZ、YZ、X~2-Y~2和2Z~2-X~2-Y~2线圈。对于设计好的二阶匀场线圈,采用Maxwell仿真软件验证了其磁场分布的正确性,并制作了线圈实物,与一阶梯度线圈组成8组匀场线圈。之后进行了有源匀场实验,最终将磁场均匀度提升至28ppm,达到了成像实验研究的均匀度要求。(3)Halbach磁体成像实验研究。采用前文设计的梯度线圈,进行了成像实验的初步研究。本文使用二维自旋回波序列进行成像实验,对采集到的自旋回波信号进行了K空间的填充和傅里叶反变换,得到了圆柱形水模样品的横断面和矢状面图像。成像实验和匀场实验的成功完成,证明了等效磁偶极子方法设计梯度和匀场线圈的有效性。该2MHz的低场Halbach磁体能用于成像实验研究,但所成图像清晰度不足,且稍微有变形,需要在未来的研究中,进一步改善梯度线圈的结构和成像序列,加强成像实验方面的研究。(本文来源于《重庆大学》期刊2018-05-01）
徐雪原[5]（2018）在《平面式梯度线圈系统的设计与优化》一文中研究指出磁共振成像因其无电离、无辐射性、非侵入性的优势已经成为医学成像的重要工具。目前在医院及科研机构广泛应用的磁共振设备,绝大部分都是利用水分子中的核子(1H)自旋实现成像,在人体肺部这样乏水器官的应用受到了限制。本文围绕低场肺部磁共振成像专用设备展开,以其核心部件梯度系统为切入点,介绍了磁共振成像原理,对肺部磁共振成像所需的氦-3气体极化技术做了简要说明。在梯度系统方面,主要围绕目标场方法设计梯度线圈、研制高性能梯度功率放大器两部分展开,其设计方法与经验不仅仅局限于肺部低场磁共振成像,也可以应用到其他类型磁共振设备中。具体研究内容如下:1)针对永磁型磁共振成像系统,在距离目标成像区域一定距离的平面上推导了梯度线圈的目标场设计方法;在给定的目标场值(目标谐波系数)的条件下利用毕奥—萨伐尔定理计算出电流密度函数;根据稳恒流动条件解出在线圈平面上所引入的电流流函数,将其离散化,找到合适的电流值与线圈的匝数;利用MATLAB软件绘制出线圈平面的导线分布图。2)设计了一款高性能梯度线圈驱动,能够精准跟随梯度信号,输出电流上升下降为微秒级,速度快,波纹小,设置有死区时间,既保证了信号切换速度,又有效防止了短路现象,得到了控制精度高,输出电流波纹平缓的梯度线圈驱动。(本文来源于《合肥工业大学》期刊2018-03-01）
王超,袁斌[6]（2017）在《基于亥姆霍兹线圈的圆形梯度线圈设计》一文中研究指出本文通过经典物理学中亥姆霍兹线圈这一模型,利用电磁场的迭加原理,理论计算并设计了间距为3R~(1/2)的梯度线圈,应用Matlab设计了梯度线圈模型并对线圈内部磁场进行了计算,利用Ansoft公司的Maxwell电磁场仿真软件建模仿真。计算和仿真表明,在梯度线圈内部,磁场具有良好的线性梯度,可用于传感设备的校准和标定。(本文来源于《2017年全国微波毫米波会议论文集（中册）》期刊2017-05-08）
张凤华[7]（2015）在《插入式MRI梯度线圈设计与制作》一文中研究指出近年来,磁共振成像(MRI)技术不断向快速、高分辨率的方向发展。成像速度加快,有利于降低病人扫描过程中的不适感并减少成像过程中的运动伪影,而更高分辨率的图像可以为临床提供更准确的诊断信息。梯度线圈作为MRI系统的重要部件,为了满足上述成像需求,需要产生更高的梯度场强和更快的切换速度。为了获得更丰富的图像信息并在治疗过程中进行图像引导,MRI系统逐渐与正电子发射断层扫描成像(PET)、直线加速器(LINAC)等融合,这种融合的MRI系统通常是分离式的,所以具有分离式结构的梯度线圈也逐渐发展起来。基于梯度线圈的发展需要,本文进行了自屏蔽插入式梯度线圈和分离式梯度线圈的设计研究。首先利用模拟退火算法进行了z方向梯度线圈的仿真设计,并研究了不同感兴趣区域大小以及线圈圈数对梯度线圈性能的影响。为了获得更好的梯度线圈性能,又使用了基于有限差分的流函数方法对自屏蔽插入式梯度线圈进行仿真设计,由于这种方法适用于任意形状的梯度线圈,所以将该方法推广到分离式梯度线圈的设计研究中。根据得到的梯度线圈绕制模式,本文设计了一套梯度线圈的制作工艺流程,并对制作完成的梯度线圈进行了初步测试。从本文的设计结果可以看出,插入式梯度线圈通过线圈尺寸的缩小,在梯度线圈效率以及梯度磁场均匀性等方面有了显着的提升,并且由于距离系统铁磁性结构较远,工作过程中产生的涡流效应也大大减小,实际制作中甚至不需要使用屏蔽线圈。对于分离式梯度线圈,仿真得到的梯度线圈效率和梯度磁场的均匀性都明显下降,为了减小由于线圈空间缩减导致的线圈性能恶化,可以考虑使用法兰式的梯度线圈结构。制作得到的插入式梯度线圈虽然因为所用铜线较细并且线圈圈数较多等原因,线圈电感和电阻相比1.5T磁共振系统梯度线圈并没有减小,但由于线圈效率的显着提升,在梯度场强和切换速率上仍然有明显的提高。(本文来源于《浙江大学》期刊2015-12-01）
王亮,曹英晖,贾峰,刘震宇[8]（2014）在《超椭圆柱面梯度线圈设计》一文中研究指出超椭圆柱设计表面能够减小线圈与目标的距离,提高空间利用率,扩大成像区域的有效范围.提出利用流函数法及柱面的可展性在超椭圆柱面上设计核磁共振成像系统中的梯度线圈.根据Biot-Savart定律建立磁场强度与流函数的表达式,采用最小二乘法和Tikhonov正则化方法构造了双目标设计函数.利用柱面的可展性提高了基于分片离散流函数计算电磁场的数值精度,通过L-曲线方法实现了正则参数的合理选取.通过引入适当的流函数边界约束条件,把梯度线圈的优化问题转化为适定线性方程组的直接求解问题.通过数值算例验证了超椭圆柱面展开求解方法的正确性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%的设计约束下,该方法在设计超椭圆柱面线圈驱动电流分布的同时有效控制了梯度线圈的能耗.(本文来源于《物理学报》期刊2014年23期）
王亮[9]（2014）在《应用于磁共振成像系统的超椭圆柱面梯度线圈设计方法研究》一文中研究指出磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种用于探测人体内部结构和疾病诊断的非介入式医疗影像技术。磁共振成像仪器主要由主磁体、梯度线圈系统、射频系统、以及计算机操作系统组成。对于存在空间差异性的被检测物质，线性梯度磁场的引入成功实现了被检测物质的空间定位问题。用于产生梯度磁场的梯度线圈构型由最初的麦克斯韦和鞍形线圈组合发展为目前通常采用的双平面或圆柱面线圈，梯度线圈的设计方法由最初的目标场法发展为流函数法。根据双平面、圆柱面的几何特性，本论文提出在超椭圆柱面上设计梯度线圈，并应用流函数法和柱面的可展性，在超椭圆柱面的展开平面上实现磁共振成像系统梯度线圈设计。超椭圆柱设计表面能够减小线圈与目标的距离，提高空间利用率，扩大成像区域的有效范围。根据Biot-Savart定律建立磁场强度与流函数的表达式，采用最小二乘法和Tikhonov正则化方法构造了双目标设计函数。利用柱面的可展性提高了基于分片离散流函数计算空间特定区域电磁场分布的数值精度，通过L-curve方法实现了正则参数的合理选取。引入适当的流函数边界约束条件，把梯度线圈的优化问题转化为适定线性代数方程组的直接求解问题。数值算例验证了超椭圆柱面展开求解方法的正确性。优化结果显示，在满足梯度磁场线性度误差小于5%的设计约束下，本文所提出的优化方法可以在设计超椭圆柱面线圈驱动电流分布的同时有效控制线圈的电流功耗。在实际应用中，磁共振成像的梯度线圈系统需要同时满足梯度磁场的高线性度、快速切换、涡流抑制、以及梯度磁场的自屏蔽等。根据上述实际应用需求，首先提出在满足线性度要求的基础上实现通过引入电磁场能的辅助目标控制线圈自感的设计模型。通过引入多层线圈的协同优化实现自屏蔽梯度线圈的设计。通过选取适当的设计参数，获得线性度误差小于5%，能耗、电感均得到有效控制的自屏蔽梯度线圈构型。数值算例证明对电感、电阻的优化分别等价于对磁场能、电流功耗的优化。最后总结和展望了基于流函数法和柱面的可展性，在超椭圆柱面展开平面上设计梯度线圈的优越性和进一步需要完善的研究内容。(本文来源于《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2014-12-01）
胡格丽,倪志鹏,王秋良[10]（2014）在《结合振动控制的柱面纵向梯度线圈目标场设计方法》一文中研究指出在磁共振成像系统的工作过程中,噪声主要是由梯度线圈系统产生的.梯度线圈置于高均匀度超导磁体的室温孔内,并工作于脉冲状态,频繁的开启和关闭会使线圈中电流急剧随时间变化,变化的电流导致线圈受到变化的洛伦兹力作用,从而产生振动,这种高频振动所发出的噪声会对病人产生刺激,严重时甚至会对病人的听觉神经产生损伤.梯度场的场强越强、切换速度越快,所产生的噪声就越大.降低噪声的最根本方法是通过有效的梯度线圈设计,降低洛伦兹力的空间分布.本文针对纵向梯度线圈,在原经典目标场设计方法基础上,加入对振动参量,从而能够有效地降低线圈工作时所产生的噪声.其具体方法是将振动控制函数作为约束条件,通过目标场法建立数学模型,利用MATLAB进行电磁验算.计算结果表明,所提数学模型可有效地降低线圈振动的最大振幅.(本文来源于《物理学报》期刊2014年01期）
梯度线圈设计论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
目的:研究永磁微型核磁共振成像系统双平面梯度线圈产生梯度磁场的最大线性偏离与电流密度函数展开阶数、线圈的最大半径、双平面线圈间距及目标场点数等参数的关系。方法:根据改进的目标场法,利用Matlab仿真设计双平面梯度线圈,然后利用控制变量法,分别模拟计算出各个参数在不同取值情况下梯度磁场的最大线性偏离值,最后对得到的数据进行分析。结果:利用上述方法,获得了最大线性偏离值随着横、纵向梯度线圈中各个参数的改变而分别产生不同程度的变化。结论:通过对以上参数的合理取值可以获得满足梯度线性度和制造工艺的梯度线圈。另外,此研究也可推广到永磁MRI系统双平面匀场线圈。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
梯度线圈设计论文参考文献
[1].任浩.磁共振系统梯度线圈不可展面设计方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所).2019
[2].轩倩倩,夏天,何培忠.基于目标场法的永磁微型核磁共振成像系统梯度线圈设计的多参数仿真研究[J].中国医学物理学杂志.2018
[3].潘辉.磁共振系统可展梯度线圈拓扑构型设计方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所).2018
[4].戚金凤.Halbach核磁共振成像系统的梯度线圈设计方法[D].重庆大学.2018
[5].徐雪原.平面式梯度线圈系统的设计与优化[D].合肥工业大学.2018
[6].王超,袁斌.基于亥姆霍兹线圈的圆形梯度线圈设计[C].2017年全国微波毫米波会议论文集（中册）.2017
[7].张凤华.插入式MRI梯度线圈设计与制作[D].浙江大学.2015
[8].王亮,曹英晖,贾峰,刘震宇.超椭圆柱面梯度线圈设计[J].物理学报.2014
[9].王亮.应用于磁共振成像系统的超椭圆柱面梯度线圈设计方法研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所).2014
[10].胡格丽,倪志鹏,王秋良.结合振动控制的柱面纵向梯度线圈目标场设计方法[J].物理学报.2014