专利名称：可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场聚焦线圈阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场聚焦线圈阵列，属于医疗检测设备领域。
背景技术：
磁场聚焦线圈在生物医学中具有重要的应用价值。利用线圈实现磁场的聚焦，可替代用于临床医学上的神经磁刺激所用的线圈，还可应用于电导率成像中的磁激励线圈。
目前临床上神经磁刺激常用的线圈多为单线圈或8字形线圈。圆形线圈的感应电场分布在线圈边缘处幅值最大，中心处最小。位于线圈切线方向的神经容易被兴奋，但是圆形线圈刺激范围大，进行刺激时会造成大面积非靶组织受刺激而兴奋(王毅，功能磁刺激技术的研究《生物医学工程杂志》，2002，19(1)，154～157)。8字形线圈是把两个圆形线圈挨边放置，两个圆形线圈中的电流方向相反，感应电场在两圆线圈相接处下面形成最大值区域(陈勇等，经颅磁刺激线圈设计及分析，《华北电子大学学报》，2005，98～101)，但由于最大区域中的磁场与其他位置磁场的差别并不是非常大，因此也会对周围组织产生影响。
电导率成像中所用的激励线圈多为直径较大的单线圈，磁场主要分布在一个较大的区域，导致了以下问题的存在1)由于测量点处的激励磁场较强，使携带有被成像目标信息的信号(涡流引起的二次磁场)的检测非常困难；2)磁场分布在较大的区域内，导致成像算法需计算的区域大，因此成像速度相对较慢；3)不宜实现高分辨率成像与中国专利96180330.4，“聚焦的磁神经刺激及检测的方法和设备”相比，该发明的激励线圈为平面结构，本发明的线圈采用空间立体结构阵列。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足而提供的一种可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场线圈阵列，该阵列使磁场仅仅分布在一狭长区域，具有聚焦效果好，可以聚焦至多个区域以及非中心区的特点。
本磁聚焦线圈阵列为多个单元线圈组成的立体线圈阵列，各单元线圈上的激励电流不同，单元线圈的个数不同，阵列的立体结构也不同。同时对线圈的排列和各单元线圈的激励电流进行优化设计，使阵列的磁场分布可集中在一个或多个细长的区域，实现磁场分布的聚焦。本发明单元线圈为圆形线圈，由15A导线绕制15匝构成，半径为5cm，并规定与由线圈几何中心到理想聚焦中心连线成右手螺旋的电流方向为正向。
本发明共有三种阵列结构，1.半球面排列线圈阵列半球面排列线圈阵列使用了17个单元线圈，分为3层，每层分别为1、6、10个线圈，每层线圈与z＝0的直线之间的夹角为θ。球半径为R1，线圈平面与球面相切于各单元线圈几何中心，当第一层线圈的激励电流为11.125A，θ＝0°；第二层线圈的激励电流为-8.125A，负号表示电流反向，θ＝36.6°；第三层线圈的激励电流为3.125A，θ＝66.1°，该阵列产生的磁场分布不但可以聚焦在单个区域，而且根据需要通过改变激励电流大小，也可以聚焦在多个区域。
2.多层共面线圈阵列多层共面线圈阵列使用了19个线圈，分为4层，每层分别为1、4、6、8个线圈，各层线圈所处球半径渐大，中心线圈所处球半径最小，各层线圈平面与各自球面相切于单元线圈几何中心，当第一层线圈的激励电流为13.25A，θ＝0°；第二层线圈的激励电流为2.625A，θ＝39.0°；第三层线圈的激励电流为-8.25A，θ＝47.0°；第四层线圈的激励电流为2.375A，θ＝64.0°时，该阵列产生的磁场分布既可以实现单区域聚焦，也可以实现多区域聚焦。
3.环状线圈排列阵列环状线圈排列阵列为多个线圈的圆心均分布在同一圆上，单元线圈平面与该圆平面垂直，圆环半径与单元线圈半径相等，当线圈上的电流分布依次为-14.50A、8.875A、8.625A、12.125A、12.25A、-5.375A、15.625A、-1.000A、-10.125A、5.000A、8.250A、9.125A、14.125A、4.750A、-1.750A、14.500A、4.000A、14.625A、7.750A、7.500A时，该阵列磁场分布的聚焦区域更小，且可以实现相距较近两个区域的聚焦。
本发明与传统单线圈和8字线圈相比，具有以下优点1.磁场聚焦效果好，聚焦区域小；2.既可以实现单区域聚焦，也可以实现多区域聚焦的。
3.由于磁场分布区域小，在功能磁刺激治疗时，磁场分布主要集中在需要的部位，对周围组织的损伤较小。
4.在电导率成像领域，磁场分布聚焦在被测目标内部一个细长区域内(1)由于聚焦区域的磁场强度远大于聚焦区域外的磁场强度，从而增加了聚焦区域内涡流引起的二次场的强度，可以大大提高接收信号的信噪比；(2)磁场分布在一个细长的区域，成像计算区域大大减小，既可以提高空间分辨率，又可以加快电导率重建的速度。
图1a-1半球面排列线圈阵结构侧视1a-2半球面排列线圈阵结构俯视1b-1半球面排列线圈阵的磁场分布三维图(单区域聚焦)X，Y分别为区域分布坐标，|B|/|Bmax|为区域内磁场相对于最大磁场强度的归一化值图1b-2半球面排列线圈阵的磁场分布二维图(单区域聚焦)图1c-1半球面排列线圈阵的磁场分布三维图(双区域聚焦)X，Y分别为区域分布坐标，|B|/|Bmax|为区域内磁场相对于最大磁场强度的归一化值图1c-2半球面排列线圈阵的磁场分布二维图(双区域聚焦)图2a-1多层共面线圈阵结构侧视2a-2多层共面线圈阵结构俯视2b-1多层共面线圈阵的磁场分布三维图(单区域聚焦)X，Y分别为区域分布坐标，|B|/|Bmax|为区域内磁场相对于最大磁场强度的归一化值图2b-2多层共面线圈阵的磁场分布二维图(单区域聚焦)图2c-1多层共面线圈阵的磁场分布三维图(双区域聚焦)X，Y分别为区域分布坐标，|B|/|Bmax|为区域内磁场相对于最大磁场强度的归一化值图2c-2多层共面线圈阵的磁场分布二维图(双区域聚焦)图3a-1螺线管形圆环线圈阵结构侧视3a-2螺线管形圆环线圈阵结构俯视3b-1环形线圈阵的磁场分布三维图(单区域聚焦)X，Y分别为区域分布坐标，|B|/|Bmax|为区域内磁场相对于最大磁场强度的归一化值图3b-2环形线圈阵的磁场分布二维图(单区域聚焦)图3c-1环形线圈阵的磁场分布三维图(双区域聚焦)X，Y分别为区域分布坐标，|B|/|Bmax|为区域内磁场相对于最大磁场强度的归一化值图3c-2环形线圈阵的磁场分布二维图具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只拥有对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1的结构为多个线圈按半球面结构排列，称为半球面排列线圈阵，如图1a所示。该设计共使用了17个单元线圈，分为3层，每层分别为1、6、10个线圈，每层线圈与z＝0的直线之间的夹角为θ。球半径为R1，线圈平面与球面相切于各单元线圈几何中心，如图1a-1、1a-2所示。当第一层线圈的激励电流为11.125A，θ＝0°；第二层线圈的激励电流为-8.125A，负号表示电流反向，θ＝36.6°；第三层线圈的激励电流为3.125A，θ＝66.1°；该阵列产生的磁场分布如图1b-1和1b-2所示，由图可知，该线圈阵列的磁场分布可以实现聚焦，且聚焦区域较小。该阵列产生的磁场分布不但可以聚焦在单个区域，而且根据需要通过改变激励电流的大小，也可以聚焦在多个区域，图1c-1和1c-2中磁场聚焦在两个区域。
实施例2的结构为多个线圈排列在不同半径的球面上，不同半径球面上的线圈倾角不同，但所有的线圈在靠近被测生物组织方向的边缘共面，称为多层共面线圈阵。该设计共使用19个线圈，如图2a所示，分为4层，每层分别为1、4、6、8个线圈，各层线圈所处球半径渐大，中心线圈所处球半径最小，如图2a-1、2a-2所示，各层线圈平面与各自球面相切于单元线圈几何中心。当第一层线圈的激励电流为13.25A，θ＝0°，第二层线圈的激励电流为2.625A，θ＝39.0°，第三层线圈的激励电流为-8.25A，9＝47.0°，第四层线圈的激励电流为2.375A，θ＝64.0°时，该阵列产生的磁场分布如图2c-1和2c-2所示。由图中可以看出，磁场分布实现聚焦，且聚焦效果较好。同样，该阵列既可以实现单区域聚焦，也可以实现多区域聚焦，如图2c。
实施例3的结构为多个线圈的圆心均匀分布于同一个圆上，且单元线圈平面与该圆平面垂直，构成环状线圈阵，圆环半径与单元线圈半径相等，如图3a-1、3a-2所示。当线圈上的电流分布依次为-14.50A、8.875A、8.625A、12.125A、12.25A、-5.375A、15.625A、-1.000A、-10.125A、5.000A、8.250A、9.125A、14.125A、4.750A、-1.750A、14.500A、4.000A、14.625A、7.750A、7.500A时，该线圈阵列的磁场分布如图3b所示。由图可见，该阵列的聚焦区域更小，小于单个线圈的口径。聚焦效果最好，且可以实现相距较近两个区域的聚焦，见图3c-1和3c-2所示。
权利要求
1.可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场聚焦线圈阵列，其特征在于该半球面排列线圈阵列使用了17个单元线圈，分为3层，每层分别为1、6、10个线圈，每层线圈与z＝0的直线之间的夹角为θ。球半径为R1，线圈平面与球面相切于各单元线圈几何中心，当第一层线圈的激励电流为11.125A，θ＝0°；第二层线圈的激励电流为-8.125A，负号表示电流反向，θ＝36.6°；第三层线圈的激励电流为3.125A，θ＝66.1°，该阵列产生的磁场分布不但可以聚焦在单个区域，而且根据需要通过改变激励电流大小，也可以聚焦在多个区域。
2.可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场聚焦线圈阵列，其特征在于该多层共面线圈阵列使用了19个线圈，分为4层，每层分别为1、4、6、8个线圈，各层线圈所处球半径渐大，中心线圈所处球半径最小，各层线圈平面与各自球面相切于单元线圈几何中心，当第一层线圈的激励电流为13.25A，θ＝0°；第二层线圈的激励电流为2.625A，θ＝39.0°；第三层线圈的激励电流为-8.25A，θ＝47.0°；第四层线圈的激励电流为2.375A，θ＝64.0°时，该阵列产生的磁场分布既可以实现单区域聚焦，也可以实现多区域聚焦。
3.可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场聚焦线圈阵列，其特征在于该环状线圈排列阵列为多个线圈的圆心均分布在同一圆上，单元线圈平面与该圆平面垂直，圆环半径与单元线圈半径相等，当线圈上的电流分布依次为-14.50A、8.875A、8.625A、12.125A、12.25A、-5.375A、15.625A、-1.000A、-10.125A、5.000A、8.250A、9.125A、14.125A、4.750A、-1.750A、14.500A、4.000A、14.625A、7.750A、7.500A时，该阵列磁场分布的聚焦区域更小，且可以实现相距较近两个区域的聚焦。
全文摘要
一种可用于电导率成像及功能磁刺激用磁场聚焦线圈阵列，其特征在于该半球面排列线圈阵使用了17个单元线圈，分为3层，每层分别为1、6、10个线圈，每层线圈与z＝0的直线之间的夹角为θ。球半径为R
文档编号G01N27/00GK1868398SQ20061002120
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月20日 优先权日2006年6月20日
发明者黄卡玛, 闫丽萍, 刘长军, 赵翔, 陈星 申请人:四川大学