平面式梯度线圈系统的设计与优化

发布时间：2022-12-17 17:28

　　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... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 低场磁共振设备研究现状
    1.2 研究目的与意义
    1.3 本文主要研究内容
第二章 磁共振成像系统
    2.1 磁共振成像物理学原理
        2.1.1 原子核的自旋与核磁
        2.1.2 置于磁场内核磁的变化
        2.1.3 磁共振信号
        2.1.4 磁共振信号的空间定位
    2.2 气体极化技术
        2.2.1 极化气体的选择与极化原理
        2.2.2 超极化氦-3气体的制备
        2.2.3 极化气体的运输
        2.2.4 极化气体的回收
    2.3 磁共振成像系统
        2.3.1 磁体部分
        2.3.2 谱仪系统
        2.3.3 脉冲序列
第三章 梯度线圈理论推导与仿真
    3.1 磁共振系统中的梯度线圈
        3.1.1 工作原理
        3.1.2 空间编码
    3.2 梯度线圈设计理论推导
        3.2.1 目标场法
        3.2.2 推导过程
    3.3 Z方向梯度线圈仿真分析
        3.3.1 计算过程
        3.3.2 仿真分析
    3.4 关于运用梯度线圈做一阶匀场的讨论
第四章 梯度线圈驱动的设计
    4.1 梯度线圈驱动的背景与发展现状
    4.2 工作原理
        4.2.1 D类功率放大器
        4.2.2 拓扑结构
    4.3 电路设计
    4.4 实验结果
    4.5 结论
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
        5.1.1 梯度线圈的理论推导与仿真
        5.1.2 梯度线圈驱动的设计
    5.2 研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]超导MRI柱面梯度线圈的目标场设计方法[J]. 胡格丽,王秋良,倪志鹏,黄礼凯,文聪.  中国电机工程学报. 2012(S1)
[2]核磁共振（MRI）的成像原理与临床应用[J]. 张坤毅.  中国医疗设备. 2008(05)
[3]梯度放大器高性能控制系统的开发[J]. 曹彬,李思奇,毕大强,蒋晓华.  电力电子技术. 2008(02)
[4]核磁共振成像系统梯度线圈的设计[J]. 储岳森,郑杰,鲍胜浩.  上海交通大学学报. 1996(07)

博士论文
[1]开放式永磁MRI系统梯度线圈设计方法研究[D]. 朱敏华.浙江大学 2009

硕士论文
[1]插入式MRI梯度线圈设计与制作[D]. 张凤华.浙江大学 2016
[2]梯度线圈设计方法研究[D]. 戈星.华东师范大学 2013
[3]永磁型MRI梯度线圈设计方法研究[D]. 王静.中国科学技术大学 2009



本文编号：3720340