小型永磁磁共振磁体的仿真设计与优化

发布时间：2018-05-09 03:26

本文选题：磁共振成像 + 小型永磁磁体　；参考：《浙江大学》2014年博士论文

【摘要】：目前,磁共振成像已经成为一种非常重要的医学成像技术,被广泛应用于临床的诊断与治疗。磁共振成像系统主要是由磁体系统、梯度系统、射频系统和计算机辅助系统这四大部分所构成的。其中,磁体是磁共振系统中非常重要的部件之一,也是磁共振成像系统中成本最高、维护费最高的部分。磁体主要用来生成静磁场,静磁场的均匀性直接影响着最终磁共振成像的图像质量。在低场以及便携型的小型磁共振成像系统中,通常采用永磁型磁体,因此,本文的主要研究工作就是围绕小型永磁磁共振成像磁体进行了一系列的仿真设计与优化。文中主要涉及到两种不同类型的永磁磁体结构进行优化设计,分别为H型磁体和Halbach型磁体。概况起来说,本论文的工作主要围绕以下三个方面开展的。(1)关于H型小磁体中匀场环的敏感性分析与优化设计将敏感性分析方法和粒子群优化算法成功地综合运用于小型永磁磁共振系统的H型磁体的匀场环的分析和优化设计中。首先,对匀场环的结构尺寸进行了敏感性分析,通过敏感性分析的结果可以说明,匀场环的内径是影响中心成像区磁场质量的非常重要的因素,因此在优化和实际制作过程中需要格外认真的考虑,而匀场环的高度对于成像区的磁场影响不大,因此在优化过程中可以固定为定值,以此来简化优化过程,缩短计算时间,提高优化效率。其次,运用粒子群优化算法解决非线性的优化问题,最终通过粒子群优化算法计算得到的匀场环,可以大幅度地改善中心成像区的磁场均匀度。这种敏感性分析和粒子群优化算法相结合的方法可以有效地用于其他高质量的永磁磁共振磁体的设计中。(2)关于H型小磁体中多环型极靴的优化设计提出了一种用于小型永磁磁共振系统H型磁体中的新型的多环型极靴。通常情况下都是采用匀场环,即一个环的结构来改变极靴形状,从而来改善中心成像区的磁场均匀度。我们尝试用多个环的结构,希望能够比单个匀场环改善更多的中心成像区的磁场均匀度。通过三维有限元分析的计算和粒子群优化算法的优化,我们得到了几组比较好的多环型极靴结构,这几组多环形极靴都能够有效地提高中心成像区的磁场均匀度,与传统的单个匀场环相比提高的更多。这种多环型的极靴的理论仿真计算结果可以为实际工程制造提供大量的参考价值,同时也可以推广到其他类型的永磁磁共振系统的磁体中。(3)关于Halbach型便携磁共振磁体的优化设计分别针对Halbach型便携磁共振磁体的二维和三维结构提出了几种改进方法并进行了优化设计。首先,根据Halbach型磁体的理论基础建立了一个用于小动物磁共振成像的便携型的磁体模型。然后,针对模型进行了二维的仿真计算与优化,提出了两种改进型的二维磁体模型。接着,把磁体模型扩展到了三维的仿真计算与优化,提出了四种方法对中心成像区的磁场进行改善。最后,通过各种尝试以及四种方法的组合优化,得到了三种改进型的Halbach磁体模型。这三种改进型的三维磁体结构都能够产生比原始模型要均匀很多的中心成像区磁场。同时对这些改进型的磁体模型进行了重量的估算和比较,以此作为便携型磁体设计的一个重要参考因素。
[Abstract]:Magnetic resonance imaging has become a very important medical imaging technique , which is widely used in the diagnosis and treatment of magnetic resonance imaging . ( 3 ) The two - dimensional and three - dimensional structures of Halbach - type portable magnetic resonance magnets are designed respectively for the two - dimensional and three - dimensional structures of Halbach - type portable magnetic resonance magnets .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R445.2;O482.532

【共引文献】