(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 202210879458.3 (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) G01R 33/385(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 磁共振成像系统的矩阵梯度线圈建模方法 (57)摘要 本发明涉及一种磁共振成像系统的矩阵梯 度线圈建模 方法。 矩阵梯度线圈由一系 列分布在 线圈载体表 面的线圈元素组成， 其产生的磁场为 每个线圈元素产生磁场的线性叠加。 根据目标磁 场在成像区域内的分布， 对矩阵梯度线圈进行建 模即可获得线圈元素的电流分布， 包括电流的幅 值和方向。 本发 明涉及的矩阵梯度线圈建模 方法 不仅能够获得与传统建模 方法相似的系统性能， 还能够降低线圈元素所受的最大洛伦兹力； 既保 证了矩阵梯度线圈整体系统的可靠运行， 又保证 了单个线圈元素的工作状态； 从而降低了因线圈 元素受力过大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2页 CN 115186499 A 2022.10.14 CN 115186499 A 1.一种磁共 振成像系统的矩阵梯度线圈建模方法， 其特 征在于， 所述的矩阵梯度线 圈由一系列分布在线 圈载体表面的线圈元素组成， 所述矩阵梯度线 圈产生的磁场是每个线圈元素产生磁场的线性叠加； 根据目标磁场在成像区域内的分布对 矩阵梯度线圈进行建模， 从而获得流入每 个线圈元 素电流的幅值和方向； 在对矩阵梯度线 圈建模过程中， 将线 圈元素所受的最大洛伦兹力作为第 一正则项引入 线圈元素电流优化方程， 直接约束线圈元素所受的最大洛伦兹力； 线圈系统性能与线圈元 素所受的最大洛伦兹力之间的比重关系通过第一权 重因子来调节； 或者在对矩阵梯度线圈建模过程中， 将流入线 圈元素的最大电流幅值作为第 二正则项 引入线圈元素电流优化方程， 间接约束线圈元素所受的最大洛伦兹力； 线圈系统性能与线 圈元素中流入的最大电流之间的比重关系通过第二权 重因子来调节。 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建模方法， 其特 征在于， 引入线圈元素所受 的最大洛伦兹力和最大电流作为正则项的线圈元素电流优化算法， 不仅适用于计算矩阵梯度线圈元素电流， 同样适用于对矩阵梯度线圈结构的设计， 所述矩 阵梯度线圈结构包括线圈元 素形状、 尺寸、 数量和位置分布。 3.根据权利要求1或2所述的磁共 振成像系统的矩阵梯度线圈建模方法， 其特 征在于， 所述的磁共振成像系统的矩阵梯度线圈建模方法， 在保证系统性能的同时， 降低线圈 元素所受的最大洛伦兹力。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115186499 A 2磁共振成像系统的矩阵梯度线圈建模方 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 阵梯度线圈建模方法。 背景技术 [0002]磁共振成像设备需要设计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]矩阵梯度线圈是一种新型的线圈结构， 由一系列线圈元素组成， 并分布在线圈载 体表面。 矩阵梯度线圈系统产生的磁场是所有线圈元素产生磁场的线性叠加。 线圈元素中 通入不同幅值和方向的电流， 即可在成区域范围内产生不同的磁场。 因此， 矩阵梯度线圈仅 需使用一组结构即可灵活地产生 不同的磁场， 满足不同的功能需求。 [0004]矩阵梯度线圈元素的电流分布是通过对矩阵梯度线圈建模得到的。 根据目标磁场 在成像区域内的分布和线圈元素产生的磁场， 通过逆运算即可获得线圈元素电流的分布， 包括电流的幅值和方向。 通过对矩阵梯度线圈建模计算线圈元素 的电流分布， 最终使线圈 系统性能达到设计要求， 即产生磁场的准确 性满足设计要求， 线圈系统的功率损耗在可接 受范围内。 [0005]求解矩阵梯度线圈元素电流分布的过程属于逆运算和病态问题。 通常情况下可以 选择吉洪诺夫正则化来解决这一问题， 即通过在求解方程中加入正则项来增强系统的稳定 性， 但同时也增 加了数值 解与真实解两者之间的误差 。 [0006]矩阵梯度线圈建模时设计的线圈元素电流优化方程主要包括两个部分， 第一个部 分是主函数， 用来计算线圈系统产生的磁场与目标磁场之间的误差， 保证其产生磁场的准 确性； 第二个函数即为引入的正则项， 用来满足线圈系统除了准确性以外的其他约束 条件， 保证计算结果的稳定性。 目前， 常用的建模方法选择所有线圈元素电流的幅值之和作为正 则项， 用来约束线圈系统的功率损耗。 主函数与正则项之间的权重关系则是通过权重因子 进行调节的。 权重因子越大， 正则项在 优化方程中起到的作用越大， 即线圈系统的功率损耗 越小， 而主函数 的作用也 随之减弱， 即矩阵梯度线圈产生的磁场与目标磁场之间的误差增 加； 反之亦然。 基于 吉洪诺夫正则化的矩阵梯度线圈建模方法， 以牺牲线圈系统产生磁场的 准确性为代价， 获得了较小的线圈系统功率损耗。 [0007]线圈系统位于主磁体内部， 始终受到主磁场的作用。 当线圈元素通入不平行于主 磁场方向的电流时， 线圈元素将受到洛伦兹力。 如果所 受洛伦兹力过大， 将导致线圈元素发 生形变。 线圈元素电流是以脉冲方式对其进 行驱动的。 当线圈元素有电流流过时， 线圈元素 由于受到较大的洛伦兹力而发生形变； 但当电流消失时， 线圈元素又恢复到原 来状态， 由此 将引发线圈系统产生噪声。 这些 由线圈元素受到过大 的洛伦兹力带来的不良后果， 将对磁 共振成像系统产生负面影响， 不仅影响线圈系统的稳定和成像质量， 还影响用户体验。 [0008]常用的矩阵梯度线圈建模方法可以在满 足磁场准确性的前提下， 使线圈系统获得 较小的总功率损耗， 降低系统由发热引起的一系列问题。 但由于该建模方法针对的是整个说　明　书 1/5 页 3 CN 115186499 A 3