Mri系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种MRI系统中梯度场线性度计算方法，具体涉及一种MRI系统中梯 度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法。
【背景技术】
[0002] 核磁共振成像（以下简称MRI)是一种利用核磁共振原理来进行成像的医学影像 新技术。MRI成像设备分为永磁型与超导型。近年来，超导型MRI成像设备逐渐代替永磁型 成像设备成为市场的主流。无论是永磁型MRI还是超导型MRI，其最核心的关键部件均为 梯度线圈。而衡量梯度线圈产生的梯度场质量最主要的指标是线性度。目前在工程上，衡 量MRI成像设备梯度场线性度的常用做法是在球形成像区域内或表面取一系列的采样点， 然后通过一定方法获得采样点处的磁场，每个采样点处的线性度采用如下的公式计算：
[0004] 其中Gv为理想磁场的斜率，这里的V对应于X/Y/Z类型的梯度线圈，取值分别为 x，y，z，R为球形成像区域半径，B z为梯度线圈产生的z方向磁场，然后取所有采样点处线 性度的最大值与最小值，即为整个梯度线圈的线性度。
[0005] 可以看出，采用上述定义来度量线性度的方法具有很大的局限性，不能反映整个 成像空间的梯度场分布。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种新的更加合理的MRI 系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法，以解决现有技术中缺少精确、有效的梯 度磁场线性度度量方法的问题。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：1、一种MRI系统中梯度线圈产生 的梯度磁场线性度衡量方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0008] 步骤一：设置成像区域内的采样点；
[0009] 步骤二：获得梯度线圈在采样点产生的z方向磁场值；
[0010] 步骤三：根据采样点的z方向磁场值，推算出z方向磁场的谐波系数AniA Bnim;
[0011] 步骤四：将整个成像区域内任一观察点的Z方向磁场值用步骤三计算出来的谐波 系数Anilll与B ^展开，并代入以下公式计算梯度磁场的体均方根线性度L
[0013] 上述公式中，Gv为理想梯度磁场的斜率，V为成像区域的体积，D为成像区域内V的 绝对值最大值，V为梯度场方向的坐标，即对应于X/Y/Z三个线圈，V分别代表x，y，z，BzS 梯度线圈产生的z方向磁场，为成像所需的磁场；
[0014] 步骤五：将步骤四计算的梯度磁场的体均方根线性度Lmis来代表梯度磁场线性 度。
[0015] 作为改进，步骤一中采样点的设置原则为：在0方向为高斯分布，在?)方向为均 匀分布，这里的9方向为采样点与z轴夹角指向的方向，f方向为采样点在xy平面内的投 影与X轴夹角指向的方向。
[0016] 再改进，当成像区域呈球形时，所述步骤四中，整个球形成像区域内任一观察点的 z方向磁场值采用谐波系数与B ^展开后的公式为：
[0017]
[0018] 这里的:？为成像区域内任一观察点的矢量坐标，r为观察点到坐标原点的距离，R 为球形成像区域半径；P nini为连带勒让德多项式，定义式如下：
[0020] 0方向为采样点与z轴夹角指向的方向，f方向为采样点在xy平面内的投影与X 轴夹角指向的方向，m和n为两个预定义参数，0 <<m<<n ;
[0021] 对于X线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lvras简化 为：
[0025] 对于Y线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lvras简化 为：
[0029] 对于Z线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lvras简化 为：
[0031] 这里的Kn函数定义为：
法，能够衡量整个成像区域内的线性度误差，而不是仅仅采样点处的误差。通过专利中的 算法将三维积分简化为用谐波系数表示的公式，能够快速精确计算成像区域内磁场的线性 度，具有很高的适用范围与计算精度。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明实施例实例中成像区域表面采样点分布示意图；
[0034] 图2本发明实施例中MRI系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法流程 图。
【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0036] 本发明提供的MRI系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法，其包括如下 步骤，参见图2所示：
[0037] 步骤一：设置成像区域内的采样点；
[0038] 步骤二：获得梯度线圈在采样点产生的z方向磁场值；
[0039] 步骤三：根据采样点的z方向磁场值，推算出z方向磁场的谐波系数Anim与B nim^ 据采样点的z方向磁场值推算z方向磁场的谐波系数与B ^的推算方法为现有技术，此 处不详细描述；
[0040] 步骤四：将整个成像区域内任一观察点的z方向磁场值用步骤三计算出来的谐波 系数与B ^展开，并代入以下公式计算梯度磁场的体均方根线性度L
[0042] 上述公式中，Gv为理想梯度磁场的斜率，V为成像区域的体积，D为成像区域内V的 绝对值最大值，V为梯度场方向的坐标，即对应于X/Y/Z三个线圈，V分别代表x，y，z，B zS 梯度线圈产生的z方向磁场；
[0043] 步骤五：将步骤四计算的梯度磁场的体均方根线性度Lmis来代表梯度磁场线性 度。
[0044] 步骤一中采样点的设置原则为：在0方向为高斯分布，在?>方向为均匀分布，这里 的9方向为采样点与z轴夹角指向的方向，方向为采样点在xy平面内的投影与X轴夹 角指向的方向。
[0045] 在MRI系统中，一般我们关心的是球形成像区域内的梯度线圈磁场线性度，当成 像区域为球形时，所述步骤四中，整个球形成像区域内任一观察点的z方向磁场值采用谐 波系数与B ^展开后的公式为：
[0046]
[0047] 这里的:?为成像区域内任一观察点的矢量坐标，r为观察点到坐标原点的距离，R 为球形成像区域半径；Pnini为连带勒让德多项式，定义式如下：
[0049] 0方向为采样点与z轴夹角指向的方向，f方向为采样点在xy平面内的投影与X 轴夹角指向的方向，m和n为两个预定义参数，0 <<m<<n ;
[0050] 对于X线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lvras简化 为：
[0054] 对于Y线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lvras简化 为：
[0058] 对于Z线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lvras简化 为：
[0062] 下面简要谈一下步骤二中，如何获得梯度线圈在采样点产生的z方向磁场值：如 果是对已设计好的梯度线圈进行理论分析，则梯度线圈在空间产生的磁场可以用比奥-萨 伐尔定律求得：
[0063]
[0064] 如果线圈结构未知，则可以采用数百安培的直流源对梯度线圈进行激励，然后采 用霍尔探头测量采样点的z方向磁场值。
[0065] 下面给出宁波易磁有限公司设计的型号为ECOl的梯度线圈中的X方向梯度线圈 在不同成像区域内采用传统定义方式得到的线性度以及采用本发明提供的方法计算的梯 度磁场的体均方根线性度Lwnis的比较。本算例中，成像区域表面采样点设置方式为：0方 向采样点个数为13个，高斯分布；t方向采样点个数为12个，为均匀分布，如图1所示，计 算结果如表1所示。表中R表示球形成像区域的半径。
[0066] 表1.不同成像区域的磁场Lvms线性度与传统定义的线性度
[0067]
[0068] 从上表可以看出，本发明提供的方法计算的梯度磁场的体均方根线性度Lmis比传 统方法得到的梯度磁场线性度更好。
【主权项】
1. 一种MRI系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法，其特征在于：包括如下 步骤： 步骤一：设置成像区域内的采样点； 步骤二：获得梯度线圈在采样点产生的z方向磁场值； 步骤三：根据采样点的z方向磁场值，推算出z方向磁场的谐波系数AniA B nim; 步骤四：将整个成像区域内任一观察点的z方向磁场值用步骤三计算出来的谐波系数 AniA B ηιΠ1展开，并代入以下公式计算梯度磁场的体均方根线性度L vms:上述公式中，Gv为理想梯度磁场的斜率，V为成像区域的体积，D为成像区域内V的绝 对值最大值，V为梯度场方向的坐标，即对应于X/Y/Z三个线圈，V分别代表X，y，z，Bz为梯 度线圈产生的z方向磁场，为成像所需的磁场； 步骤五：将步骤四计算的梯度磁场的体均方根线性度Lwms来代表梯度磁场线性度。2. 根据权利要求1所述的MRI系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法，其特 征在于：步骤一中采样点的设置原则为：在Θ方向为高斯分布，在φ方向为均匀分布，这里 的Θ方向为采样点与ζ轴夹角指向的方向，Φ方向为采样点在xy平面内的投影与X轴夹 角指向的方向。3. 根据权利要求1所述的MRI系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法，其特 征在于：当成像区域呈球形时，所述步骤四中，整个球形成像区域内任一观察点的z方向磁 场值采用谐波系数与B ^展开后的公式为：这里的？:为成像区域内任一观察点的矢量坐标，r为观察点到坐标原点的距离，R为球 形成像区域半径；Pnini为连带勒让德多项式，定义式如下：Θ方向为采样点与z轴夹角指向的方向，P方向为采样点在xy平面内的投影与X轴夹 角指向的方向，m和η为两个预定义参数，O <<m<<n ; 对于X线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lmis简化为：对于Y线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lmis简化为：对于Z线圈，球形成像区域内的任一点的梯度磁场的体均方根线性度Lmis简化为：
【专利摘要】本发明涉及一种MRI系统中梯度线圈产生的梯度磁场线性度衡量方法，其特征在于，包括：步骤一：设置成像区域内的采样点；步骤二：获得梯度线圈在采样点产生的z方向磁场值；步骤三：根据采样点的z方向磁场值，推算出z方向磁场的谐波系数An,m与Bn,m；步骤四：根据积分公式计算出计算梯度磁场的体均方根线性度Vrms。本发明采用谐波系数展开来进行计算梯度磁场的体均方根线性度Lvrms，对于球形成像区域，能够将三维体积分展开为谐波系数的平方和的表达式，因此具有很高的效率与精度。
【IPC分类】G01R33/00
【公开号】CN105068024
【申请号】CN201510472106
【发明人】平学伟, 莫磊, 宋巍然
【申请人】宁波易磁医疗技术有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月4日