1.本技术属于核磁共振领域，尤其涉及设计非线性梯度线圈的方法、装置、设备、存储介质以及非线性空间编码方法、装置、设备、存储介质。
背景技术：
2.在核磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)技术中，通过对欠采样的数据进行补全，然后利用傅里叶变换重建图像。然而传统的并行图像重建方法中，线性梯度线圈通常不能最大程度的利用表面线圈轮廓固有的空间编码。为了提高成像速度，通常提高射频接收线圈的通道数，但是射频接收线圈的通道数越高，会导致线圈过度耦合，在设计线圈的过程中解耦愈发困难，造成接收信号的信噪比降低，重建图像的信噪比下降。不仅如此，线圈的通道数越多，价格越昂贵，这对于低收入地区的普惠医疗是不利的。
3.因此为了解决上述问题，具有非线性空间编码(nonlinear spatial coding,，nsc)梯度编码的nsc梯度成像方法被提出。nsc梯度编码是在保证线圈通道数不变的情况下，提高mri梯度转换效率和空间变换的分辨率。虽然现有的nsc梯度成像方法能够对线性梯度磁场的编码空间进行补偿，但是现有的nsc梯度线圈的设计方式，对于幽闭恐惧症患者具有很大的压力，并且大多数nsc梯度成像的研究主要集中在高场中。因此，急需一种适用于低场的非线性梯度线圈和非线性空间编码方法。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本技术实施例提供了设计非线性梯度线圈的方法、装置、设备、存储介质以及非线性空间编码方法、装置、设备、存储介质，以解决传统的nsc梯度成像只适用于高场，导致患有幽闭恐惧症的患者无法进行测试的问题。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种设计非线性梯度线圈的方法，所述非线性梯度线圈用于具有开放结构的核磁共振设备，所述方法包括：
6.设定目标磁场，所述目标磁场包括若干个目标矩阵点，所述目标磁场由所述非线性梯度线圈产生，所述非线性梯度线圈设置在所述核磁共振设备的两个平面板上；
7.确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，所述第一平面板与所述第二平面板对应；
8.根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流元，以及每个所述目标矩阵点，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布；
9.根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布，分别确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的非线性梯度线圈的分布。
10.可选地，所述设定目标磁场，包括：
11.确定每个所述目标矩阵点的方向；
12.根据每个所述目标矩阵点的方向，确定所述若干个目标矩阵点的分布形式；
13.根据所述若干个目标矩阵点的分布形式，确定所述目标磁场。
14.可选地，所述确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，包括：
15.确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的位置；
16.根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的位置，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流元。
17.可选地，所述根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流元，以及每个所述目标矩阵点，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布，包括：
18.分别确定每个所述电流元在每个所述目标矩阵点产生的磁场；
19.根据每个所述电流元在每个所述目标矩阵点产生的磁场，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布。
20.本技术实施例的第二方面提供了一种非线性空间编码方法，包括：
21.确定非线性梯度磁场，所述非线性梯度磁场由非线性梯度线圈产生，所述非线性梯度线圈设置在核磁共振设备的两个平面板上；
22.在所述非线性梯度磁场中，控制所述核磁共振设备对目标扫描部位进行核磁共振扫描，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号；
23.根据所述多个回波信号，生成所述目标部位对应的核磁共振图像。
24.可选地，所述在所述非线性梯度磁场中，控制所述核磁共振设备对目标扫描部位进行核磁共振扫描，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号，包括：
25.移动所述非线性梯度磁场的磁场中心，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号。
26.可选地，所述移动所述非线性梯度磁场的磁场中心，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号，包括：
27.通过预设控制器控制所述非线性梯度线圈的电流通断；
28.根据所述非线性梯度线圈的电流通断，移动所述非线性梯度磁场的磁场中心，得到所述多个回波信号。
29.本技术实施例的第三方面提供了一种设计非线性梯度线圈的装置，包括：
30.第一确定单元，用于设定目标磁场，所述目标磁场包括若干个目标矩阵点，所述目标磁场由所述非线性梯度线圈产生，所述非线性梯度线圈设置在所述核磁共振设备的两个平面板上；
31.第二确定单元，用于确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，所述第一平面板与所述第二平面板对应；
32.第三确定单元，用于根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流元，以及每个所述目标矩阵点，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布；
33.第四确定单元，用于根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布，分别确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的非线性梯度线圈的分布。
34.本技术实施例的第四方面提供了一种非线性空间编码装置，包括：
35.处理单元，用于确定非线性梯度磁场，所述非线性梯度磁场由非线性梯度线圈产生，所述非线性梯度线圈设置在核磁共振设备的两个平面板上；
36.控制单元，用于在所述非线性梯度磁场中，控制所述核磁共振设备对目标扫描部位进行核磁共振扫描，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号；
37.生成单元，用于根据所述多个回波信号，生成所述目标部位对应的核磁共振图像。
38.本技术实施例的第五方面提供了一种设计非线性梯度线圈的设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的设计非线性梯度线圈的方法的步骤。
39.本技术实施例的第六方面提供了一种非线性空间编码设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的设计非线性空间编码方法的步骤。
40.本技术实施例的第七方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的设计非线性梯度线圈的方法的步骤，以及实现如上述第二方面所述的非线性空间编码方法的步骤。
41.本技术实施例的第八方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在设计非线性梯度线圈的设备上运行时，使得该设备执行上述第一方面所述的设计非线性梯度线圈的方法的步骤。或当计算机程序产品在非线性空间编码设备上运行时，使得该设备执行上述第二方面所述的非线性空间编码方法的步骤。
42.本技术实施例提供的设计非线性梯度线圈的方法、装置、设备、存储介质以及非线性空间编码方法装置、设备、存储介质，具有以下有益效果：
43.本方案中，根据预先设定的目标磁场，确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元；根据第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布；进而根据第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布，设计了一种全新的适用于具有开放结构的核磁共振设备的非线性梯度线圈，非线性梯度线圈设置在该核磁共振设备的两个平面板上。两个平面板上的非线性梯度线圈共同作用产生目标磁场。这种具有开放结构的非线性梯度线圈可直接应用在低场的开放结构的核磁共振设备中，为患有幽闭恐惧症患者提供了舒适的测试环境。
44.在该目标磁场中进行非线性空间编码，由于两个平面板上的非线性梯度线圈共同作用产生目标磁场，这样会使得磁场的鲁棒性提高，使形成的磁场在进行空间编码的过程中转换效率提高，对表面线圈的空间灵敏度进行补充，使得编码视野变大，提升了成像的质量。
附图说明
45.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1是本技术一示例性实施例提供的一种设计非线性梯度线圈的方法的示意性流程图；
47.图2是本技术一示例性实施例提供的具有开放结构的核磁共振设备示意图；
48.图3是本技术一示例性实施例提供的非线性梯度线圈示意图；
49.图4是本技术一示例性实施例提供的目标矩阵点的分布示意图；
50.图5是本技术一示例性实施例提供的两个平面板的实际空间分布示意图；
51.图6是本技术一示例性实施例提供的电流元产生磁场的示意图；
52.图7是本技术一示例性实施例提供的非线性梯度线圈实际空间分布示意图；
53.图8是本技术一示例性实施例提供的非线性梯度线圈的空间分布示意图；
54.图9是本技术一示例性实施例提供的磁场验证示意图；
55.图10是本技术一示例性实施例提供的一种非线性空间编码方法的示意性流程图；
56.图11是本技术一示例性实施例提供的一种核磁共振系统示意图；
57.图12是本技术一实施例提供的一种设计非线性梯度线圈的装置的示意图；
58.图13是本技术一实施例提供的一种非线性空间编码装置的示意图；
59.图14是本技术另一实施例提供的设计非线性梯度线圈的设备的示意图；
60.图15是本技术另一实施例提供的非线性空间编码设备的示意图。
具体实施方式
61.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
62.在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，在本技术实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
63.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
64.在核磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)技术中，并行成像方法利用独立射频线圈空间灵敏度提供的空间编码，然后从欠采的k空间数据中执行图像重建。其中，k空间是寻常空间在傅利叶转换下的对偶空间，主要应用在磁振造影的成像分析中。
65.由于欠采的k空间数据重建的图像具有混叠伪影，因此为了消除混叠伪影需要对加速欠采的数据进行补全。
66.对于常用的补全k空间中欠采的数据的方法主要有两种。一种是补全图像域中缺失的像素，比如灵敏度编码(sense)；另外一种是借助线圈灵敏度在k空间中补全缺失的数据，比如广义自动校准空间并行采集(grappa)。
67.并行成像的性能一般使用噪声放大系数(g-factor)进行评估，g-factor越低，重建图像的信噪比越低。在给定感兴趣区域(roi)中，优化线圈灵敏度正交性和探索欠采样非笛卡尔k空间轨迹的并行成像方法，能够提高重建图像的信噪比。对于径向分布的表面线圈，径向对称的梯度线圈，比线性变化的梯度磁场具有更高的补充线圈空间灵敏度，从而在
给定分辨率的情况下，可以减少成像所必须的数据。
68.使用径向对称的非线性梯度磁场对线性空间编码(linear spatial coding，lsc)磁场进行补偿的编码方式称为非线性空间编码(nonlinear spatial coding,nsc)梯度成像。比如非双射曲线梯度磁场(patloc)并行成像、o空间(o-space)成像、零空间(null-space)成像以及快速旋转nsc空间采集(fronsac)成像。然而，这些成像方法由于过高的加速倍数需要过多通道数接收线圈，进而导致线圈过度耦合，多通道接收线圈不仅线圈之间高度耦合，而且高昂的线圈价格对于核磁共振系统的普惠性是个不利因素。
69.因此为了解决上述问题，具有nsc梯度编码的nsc梯度成像方法被提出。在mri中，由于梯度磁场和射频磁场之间是基于不同的物理原理，使得它们之间不会相互干扰，进一步使得梯度编码磁场和射频磁场可以独立定义和修改成为可能。
70.在传统的mri中，空间编码一般是使用线性梯度磁场变换，来改变傅里叶变换中的相位部分。在nsc梯度编码中则会实现更快的梯度转换和更快的空间变换分辨率。
71.在patloc nsc梯度场成像中，使用基于保角映射的实部和虚部的多极编码场，通过使用任意正交nsc编码场来减少梯度爬升期间的外周神经刺激，并具有增加外周分辨率的优势。
72.在o空间成像中，使用多个球面谐波的线性组合来优化并行成像的性能，以形成适合于包含在线圈轮廓中的空间信息的梯度形状。
73.null-space相对于o-space方法则更加通用，null-space中编码梯度是直接基于线圈灵敏度设计。其重新设计的编码梯度磁场则是跨越接收线圈灵敏度分布的磁场为0的空间位置，使用线性和高阶球面谐波编码场的组合来进行空间编码，从线圈灵敏度分布图导出的场形成一组具有不同空间模式的投影梯度，这些梯度与接收线圈阵列提供的空间编码互补，并且使用的不同投影梯度的数量等同于传统并行成像中使用的相位编码梯度的数量。
74.在快速旋转nsc fronsac成像方法中，两个线性梯度通道上施加标准线性轨迹，然后在两个二阶编码域(gx和gy)上使用正弦梯度波形生成旋转梯度磁场，其他正常编码过程保持不变。
75.以上所描述的成像机理被称为nsc梯度成像，这种成像方法第一次在2008年被第一次提出，随后也出现了各种更加优化的nsc梯度编码成像的方法。但是无论是采用基于二阶谐波(z2)磁场的o-space编码方式，还是使用通过改变电流环中电流方向实现patloc nsc梯度磁场，最根本的硬件结构都是类似于传统mri中使用的环状或者圆柱状梯度线圈，普遍通过控制柱状梯度线圈中的电流实现正弦或者z2磁场的产生，进而修改传统线性梯度磁场，实现空间编码。在传统mri系统中，一般设计的梯度线圈空间结构呈柱状或者环状，将柱状的梯度线圈插入到主磁体中形成相对封闭的测试环境，这对于幽闭恐惧症患者具有很大的压力。在mri重建中，并行成像技术是主要的图像重建算法之一，通过对欠采样的数据进行补全，然后利用傅里叶变换重建图像。
76.然而传统的并行图像重建方法中，线性梯度线圈通常不能最大程度的利用表面线圈轮廓固有的空间编码。为了提高成像速度，通常提高射频接收线圈的通道数，提高求解方程数，提高加速倍数。但是同时射频接收线圈的通道数越高，会导致线圈过度耦合，在设计线圈的过程中解耦愈发困难，造成接收信号的信噪比降低，重建图像的信噪比下降。不仅如
此，线圈的通道数越多，价格越昂贵，这对于低收入地区的普惠医疗是不利的。
77.因此为了解决上述问题，具有非线性空间编码(nonlinear spatial coding,，nsc)梯度编码的nsc梯度成像方法被提出。nsc梯度编码是在保证线圈通道数不变的情况下，提高mri梯度转换效率和空间变换的分辨率。虽然现有的nsc梯度成像方法能够对线性梯度磁场的编码空间进行补偿，但是现有的nsc梯度线圈的设计方式，为了保持通用性，仍然以环形或圆柱形为主，这对于幽闭恐惧症患者具有很大的压力，并且大多数nsc梯度成像的研究主要集中在高场中。以插入性nsc梯度线圈为主，适用于低场的nsc梯度磁场和线圈并没有被设计。
78.有鉴于此，本技术设计了一种设计了一种全新的适用于具有开放结构的核磁共振设备的非线性梯度线圈，非线性梯度线圈设置在该核磁共振设备的两个平面板上。两个平面板上的非线性梯度线圈共同作用产生nsc梯度磁场。这种具有开放结构的非线性梯度线圈可直接应用在低场的开放结构的核磁共振设备中，为患有幽闭恐惧症患者提供了舒适的测试环境。且这种非线性梯度线圈能够被外部控制器控制，即可通过外部控制器控制两个平面板上不同非线性梯度线圈单元电流的通断，进而移动nsc梯度磁场的磁场中心，实现一种全新的编码策略。这在传统的nsc梯度编码中是不存在的，这种编码策略可实现取消线性梯度磁场以及线性梯度线圈，使mri设备组成更加简单，成本更加低廉。
79.与此同时，在该目标磁场中进行非线性空间编码，由于两个平面板上的非线性梯度线圈共同作用产生目标磁场，这样会使得磁场的鲁棒性提高，使形成的磁场在进行空间编码的过程中转换效率提高，对表面线圈的空间灵敏度进行补充，使得编码视野变大，提升了成像的质量。
80.请参见图1，图1是本技术一示例性实施例提供的一种设计非线性梯度线圈的方法的示意性流程图。本技术提供的设计非线性梯度线圈的方法的执行主体为设计非线性梯度线圈的设备。该设备可以是核磁共振设备，也可以包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、台式电脑等移动终端，还可以包括各种类型的服务器。如图1所示的设计非线性梯度线圈的方法可包括：s101～s104，具体如下：
81.s101：设定目标磁场，该目标磁场包括若干个目标矩阵点，该目标磁场由该非线性梯度线圈产生，该非线性梯度线圈设置在该核磁共振设备的两个平面板上。
82.目标磁场指的是实际核磁共振设备中预先确定的空间区域，其中磁场的大小与分布应满足给定要求。可以理解为目标磁场为最终进行非线性空间编码时需要用到的磁场。在非线性梯度线圈未被设计出来之前，目标磁场为自定义的需要非线性梯度线圈产生的磁场。即预先定义最终设计好的非线性梯度线圈需要产生什么样的磁场，该磁场就是目标磁场。
83.最终设计好的非线性梯度线圈用于具有开放结构的核磁共振设备中。请参见图2，图2是本技术一示例性实施例提供的具有开放结构的核磁共振设备示意图。如图2所示，该核磁共振设备是开放结构的，在开放的这一端上下设置有两个对称的圆形面板，每个圆形面板上设置有方形平面板，非线性梯度线圈设置在这两个方形平面板上。
84.值得说明的是，方形平面板上的黑色箭头表示一种非线性梯度线圈的通电顺序，可根据实际情况进行调整，对此不做限定。
85.为了便于理解，请参见图3，图3是本技术一示例性实施例提供的非线性梯度线圈示意图。图3中的(a)图为本技术一示例性实施例提供的一种非线性梯度线圈的排列方式示意图，图3中的(a)图中的非线性梯度线圈仅为核磁共振设备中一个平面板上排列的非线性梯度线圈，另一个平面板上排列的非线性梯度线圈与其对应。
86.示例性地，某个具有开放结构的核磁共振设备中，两个平面板上共有16对非线性梯度线圈。其中，图3中的(a)图中示意的非线性梯度线圈共有16个。图3中的(b)图为本技术一示例性实施例提供的一种非线性梯度线圈的通电顺序示意图。示例性地，这16个非线性梯度线圈以t1到t16的顺序排列整齐，图3中的(b)图中的黑色箭头表示这16个非线性梯度线圈的通电顺序，也可以理解为外部16路电信号的通电顺序。可根据实际情况调整非线性梯度线圈的排列方式和通电顺序，此处仅为示例性说明，对此不做限定。
87.示例性地，可通过目标场法设定目标磁场。本示例中，为了产生目标磁场，需要设计形状特殊的非线性梯度线圈，将这种设计方法称为目标场法。
88.示例性地，目标磁场可以包括非双射曲线梯度磁场、二阶谐波(z2)磁场等。本示例中以球面谐波为基础，选取其中的二阶谐波(z2)磁场作为目标磁场。
89.s102：确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，第一平面板与第二平面板对应。
90.示例性地，由于最终产生出的需要的目标磁场，是由两个平面板上的电流元共同作用产生的。因此，预先设定第一平面板上的若干个电流元，以及预先设定第二平面板上的若干个电流元。第一平面板与第二平面板的位置对应，相应地，预先设定的每个平面板上的电流元的数量与布局也对应。
91.s103：根据第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，以及每个目标矩阵点，确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布。
92.示例性地，在设定目标磁场时，定义了若干个目标矩阵点，第一平面板和第二平面板上的每个电流元，会在这些目标矩阵点产生磁场，根据每个电流元在每个目标矩阵点产生的磁场，可计算出第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布。
93.s104：根据第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布，分别确定第一平面板和第二平面板各自对应的非线性梯度线圈的分布。
94.电流密度分布表示原始的电流元均匀分布，和实际的空间分布存在一定差异，即无法代表线圈的绕线空间分布，因此需要进行实际线圈布线估计。
95.示例性地，为了更加形象的表示电流空间分布，也为后期的绕线提供参考，本示例中基于第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布，并使用标量电流函数表示电流的实际空间分布，求解得到的电流流函数的等势线分布即代表实际绕线的空间部分，即得到第一平面板和第二平面板各自对应的非线性梯度线圈的分布。
96.上述实施方式中，设计了一种全新的适用于具有开放结构的核磁共振设备的非线性梯度线圈，非线性梯度线圈设置在该核磁共振设备的两个平面板上。两个平面板上的非线性梯度线圈共同作用产生nsc梯度磁场。这种具有开放结构的非线性梯度线圈可直接应用在低场的开放结构的核磁共振设备中，为患有幽闭恐惧症患者提供了舒适的测试环境。
97.可选地，在本技术一些可能的实现方式中，上述s101可包括s1011～s1013，具体如下：
98.s1011：确定每个目标矩阵点的方向。
99.s1012：根据每个目标矩阵点的方向，确定若干个目标矩阵点的分布形式。
100.s1013：根据若干个目标矩阵点的分布形式，确定目标磁场。
101.本示例中以球面谐波为基础，选取其中的z2磁场作为nsc梯度磁场(即目标磁场)。示例性地，预先定义若干个目标矩阵点，假设每个目标矩阵点的方向朝向z方向。
102.为了便于理解，请参见图4，图4是本技术一示例性实施例提供的目标矩阵点的分布示意图。图4中的(a)图为定义的15
×
15个目标矩阵点的空间分布情况。每个目标矩阵点的方向朝向z方向，图4中的(b)图为这些目标矩阵点在空间中具体的分布形式，以及形成的磁场空间分布。
103.示例性地，这些目标矩阵点用数学公式描述为：
104.g
z2
(x,z)＝g
z2
×
(x2,z2)，
ꢀꢀꢀ
(1)
105.预先定义g
z2
的值为1，225个目标矩阵点形成上述(1)式中的分布形式。
106.可选地，在本技术一些可能的实现方式中，上述s102可包括s1021～s1022，具体如下：
107.s1021：确定第一平面板和第二平面板各自对应的位置。
108.s1022：根据第一平面板和第二平面板各自对应的位置，确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元。
109.确定目标磁场后，设计非线性梯度线圈所在的位置。由于非线性梯度线圈设置在两个对应的平面板上，因此，设计非线性梯度线圈所在的位置，即设计第一平面板和第二平面板各自对应的位置。
110.示例性地，预先定义第一平面板和第二平面板的空间距离。例如，预先定义第一平面板和第二平面板的空间距离为5cm(厘米)，即第一平面板和第二平面板分别距离目标磁场5cm。
111.为了便于理解，请参见图5，图5是本技术一示例性实施例提供的两个平面板的实际空间分布示意图。如图5所示，其中，a板表示第一平面板，b板表示第二平面板，中间的点表示定义的目标磁场。
112.在第一平面板和第二平面板上分别定义若干个电流元，值得说明的是，第一平面板和第二平面板对应，其定义的电流元的数量也对应。例如，在第一平面板和第二平面板上分别定义51
×
51个电流元。为了更加精细的仿真结果，可以定义更多、更加密集的电流元，此处仅为示例性说明，对此不做限定。
113.可选地，在本技术一些可能的实现方式中，上述s103可包括s1031～s1032，具体如下：
114.s1031：分别确定每个电流元在每个目标矩阵点产生的磁场。
115.s1032：根据每个电流元在每个目标矩阵点产生的磁场，确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布。
116.以第二平面板(b板)为例进行说明，通过毕奥萨伐尔定理(毕奥萨伐尔定理描述电流元在空间任意点p处所激发的磁场)计算第二平面板中每个电流元在目标矩阵点处的形成的磁场。可通过公式计算每个电流元在目标矩阵点处的形成的磁场，具体如下：
[0117][0118]
上述(2)式中，表示电流元，r表示距离(电流元与指定的目标矩阵点之间的距离)，表示电流元在指定的目标矩阵点对应的磁感应强度，的方向由电流元确定。
[0119]
对于一小段电流元在距离r处产生的磁感应强度为对电流元l(电流元长度为l)的积分如下述(3)式所示，具体如下：
[0120][0121]
为了便于理解，请参见图6，图6是本技术一示例性实施例提供的电流元产生磁场的示意图。图6中所示的是，长度为l的电流元在距离为r处产生的磁场。
[0122]
由于长度l的电流元在距离为r处的磁场方向一致，因此可以将上述(3)式转化成标量形式，如下述(4)式所示，具体如下：
[0123][0124]
上述(4)式中，θ1、θ2为图6中的夹角。通过计算毕奥萨伐尔定理即可计算出每个平面板上每个电流元在目标矩阵点处产生的磁感应强度。由于计算出的磁感应强度为标量形式，为了便于后续计算，将得到的每个磁感应强度乘以方向向量，使其转化成矢量形式。
[0125]
本技术中设计的目标磁场为以z2 nsc梯度磁场为代表的nsc编码磁场，在目标磁场已知的情况下，通过前期电流元计算出的磁场分布，可以列出目标磁场与电流元之间关系，具体如下：
[0126]bt
＝be×
ic，
ꢀꢀꢀ
(5)
[0127][0128]
其中，b
t
表示目标磁场，即本技术中设计的z2磁场，be表示第一平面板和第二平面板上定义的电流元在目标磁场位置处产生的磁感应强度分布，使用的电流为单位电流，ic表示电流加权系数，可以理解为ic为本技术中待计算的量。
[0129]
根据上述(3)式可知，电流和磁感应强度之间成线性关系，因此通过ic可以对be进行加权求和，得到设计的目标磁场，通过求解上述公式(6)可以得到每个电流元上承载的电流的大小，进而可以得到第一平面板和第二平面板上所有电流元中的电流大小，最终通过计算可以得到实际电流的分布。在本技术中每个目标矩阵点产生的磁感应强度大小是分别由第一平面板和第二平面板上对应的电流元共同作用的结果。
[0130]
可选地，由于在实际问题中很少出现无任何约束的求解过程，在本示例中添加了额外的约束项使得电流元产生的磁场在目标磁场外为0。吉洪诺夫正则化(tikhonov regularization，tr)也叫岭回归，是非适定性问题中的正则化中最常见的方法，在示例中引入吉洪诺夫正则化优化算法进行求解。吉洪诺夫正则化可以通俗的理解为，对于某个方程，当其的解不存在或解不唯一时，就是所谓的病态问题，通过一些调整或者其他办法，使病态问题也能得到唯一解。
[0131]
示例性地，可通过下述公式求解：
[0132][0133]
对上述(7)式进行整合后得到：
[0134]
ic＝(b
et
·be
+γ
t
γ)-1bet
·bt
，
ꢀꢀꢀ
(8)
[0135][0136]
通过上述(8)、(9)式可以求解ic，进而得到第一平面板和第二平面板上对应的电流密度分布。由于电流密度分布表示原始的电流元均匀分布，和实际的空间分布存在一定差异，即无法代表线圈的绕线空间分布，因此需要进行实际线圈布线估计。
[0137]
为了更加形象的表示电流空间分布，也为后期的绕线提供参考，本示例中基于第一平面板和第二平面板各自对应的电流密度分布，并使用标量电流函数表示电流的实际空间分布，求解得到的电流流函数的等势线分布即代表实际绕线的空间部分，即得到第一平面板和第二平面板各自对应的非线性梯度线圈的分布。
[0138]
示例性地，引入基于流函数设计的方法，可通过下式计算电流的流函数。
[0139][0140]
s＝-∫j
xdz
，
ꢀꢀꢀ
(11)
[0141]
本示例中使用标量电流流函数来表示电流的实际空间分布，求解得到的电流流函数的等势线分布即代表实际绕线的空间部分，进而解决了电流密度的矢量表现问题。在设计线圈时，计算得到电流密度分布后，可以对其积分(累加求和)得到最终的流函数s。
[0142]
再通过下式导出实际非线性梯度线圈的分布图，公式具体如下：
[0143][0144]
其中，i0＝(s
max-s
min
)/n，通过上述(12)式可导出电流等势线的空间分布。s
max
表示每个电流元上的最大值，s
min
表示每个电流元上的最小值，n表示平面板上等势线的级数，m表示当前等势线数。
[0145]
为了便于理解，请参见图7，图7是本技术一示例性实施例提供的非线性梯度线圈实际空间分布示意图。具体地，图7中所示的是一对非线性梯度线圈的实际空间分布情况。
[0146]
请参见图8，图8是本技术一示例性实施例提供的非线性梯度线圈的空间分布示意图。本示例中初次设计的非线性梯度线圈基于0.5t磁共振系统，因此得到最终的非线性梯度线圈的空间分布如图8所示，长度和宽度相等，均为等于200mm，线宽设计为2mm。本示例中对应的两个非线性梯度线圈几何参数完全相同，在内部的电流方向不同。
[0147]
请参见图9，图9是本技术一示例性实施例提供的磁场验证示意图。示例性地，本技术还对z2磁场进行了验证。利用前期设计的电流等高线的空间分布，实际制作了线圈，实际制作的线圈如图9左侧所示。
[0148]
为该线圈通入额定电流值1a，使用高斯计对中轴线(图9左侧红线)磁感应强度分布进行测量，测量值和理论值进行比较，如图9右侧所示。图9右侧所示的较短的曲线为理论值，较长的曲线为测量值。虽然存在一些误差，但是误差主要分布在距离0磁场区域较远处，在起主要作用的0磁场区域的磁场测量值和理论值误差较小，因此，该磁场对于编码过程影
响较小。
[0149]
上述实现方式中，基于目标场法设计了一种全新的适用于具有开放结构的核磁共振设备的非线性梯度线圈，非线性梯度线圈设置在该核磁共振设备的两个平面板上。两个平面板上的非线性梯度线圈共同作用产生目标磁场。产生的目标磁场通过电流网格化，产生实际空间汇中电流的分布，最终得到两个平面板上非线性梯度线圈的空间布局，将得到的两个平面板上非线性梯度线圈应用于具有开放结构的磁共振系统中，就可以得到实际的硬件系统。这种具有开放结构的非线性梯度线圈可直接应用在低场的开放结构的核磁共振设备中，为患有幽闭恐惧症患者提供了舒适的测试环境。避免了幽闭恐惧症患者产生过大的不适感，增加核磁共振设备的测试友好性，为用户带来更好的体验。
[0150]
请参见图10，图10是本技术一示例性实施例提供的一种非线性空间编码方法的示意性流程图。本技术提供的非线性空间编码方法的执行主体为非线性空间编码设备。该设备可以是核磁共振设备，也可以包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、台式电脑等移动终端，还可以包括各种类型的服务器。如图1所示的非线性空间编码方法可包括：s201～s203，具体如下：
[0151]
s201：确定非线性梯度磁场，该非线性梯度磁场由非线性梯度线圈产生，该非线性梯度线圈设置在核磁共振设备的两个平面板上。
[0152]
本示例中的非线性梯度磁场由非线性梯度线圈产生，非线性梯度线圈即为通过上述s101～s104设计出的非线性梯度线圈。该非线性梯度线圈设置在核磁共振设备的两个平面板上，核磁共振设备是具有开放结构的核磁共振设备。
[0153]
沿用上述例子，将z2磁场作为非线性梯度磁场。该非线性梯度磁场由分布在第一平面板和第二平面板上的电流元共同作用产生，这样得到的非线性梯度磁鲁棒性高，并且形成的磁场可控的空间范围加大，进而使得编码视野加大，进而提高了成像的质量。
[0154]
s202：在该非线性梯度磁场中，控制该核磁共振设备对目标扫描部位进行核磁共振扫描，得到该目标扫描部位对应的多个回波信号。
[0155]
确定待扫描的目标扫描部位，在该非线性梯度磁场中，控制该核磁共振设备对目标扫描部位进行核磁共振扫描，得到该目标扫描部位对应的多个回波信号。示例性地，移动非线性梯度磁场的磁场中心，得到目标扫描部位对应的多个回波信号。
[0156]
s203：根据该多个回波信号，生成目标部位对应的核磁共振图像。
[0157]
示例性地，以nsc梯度磁场中o-space成像方法为基准，设计其中最重要的磁场之一z2 nsc梯度磁场(非线性梯度磁场)，在o-space成像中，z2场的定义如下：
[0158][0159]
其中，g
z2
表示z2球面谐波的强度，单位为hz/cm2，x和y表示z2梯度磁场的中心位置。
[0160]
移动非线性梯度磁场的磁场中心(cp)，从而达到空间编码的效果。整个移动过程如下式所示：
[0161][0162]
其中，g
x
(x,y)＝-g
z2
x0，gy(x,y)＝-g
z2
y0，g
x
和gy表示沿着x和y方向的编码梯度，单
位为hz/cm，cp的移动对于磁共振中信号的影响如下式所示：
[0163][0164]
从上述(15)式中可以看出，cp的移动导致信号相位的变化，从而达到空间编码的效果。其中，s表示获得的原始信号，
[0165]
表示积分核。
[0166]
在离散的情况下，上述(15)式可以转换为：
[0167]
s＝aρ，
ꢀꢀꢀ
(16)
[0168]
即在离散的情况下，上述(15)式中的积分核可以被表示成投影矩阵a
m,q,t
ρ。其中，矩阵行表示时间点t，cp表示磁场中心，m表示位置，q表示线圈，矩阵列对应物体的体素(即目标扫描部位对应的体素)，物体ρ被矢量化，来自多个cp的非线性梯度线圈的回波信号和编码函数被叠加，产生单个矩阵方程。由于编码函数不采用傅里叶积分核的形式，所以数据不会有类似于传统磁共振中lsc中的k空间。因此在线性梯度中非笛卡尔成像中k空间密度补偿和重新网格化方法在nsc编码中不再使用，可以直接求解公式(16)中ρ即可得到最终的图像(即目标部位对应的核磁共振图像)。
[0169]
示例性地，求解ρ的方法可包括基于投影的空间域算法和基于回波的频率域算法。此处仅为示例性说明，对此不做限定。
[0170]
上述实施方式中，基于设计的适用于具有开放结构的核磁共振设备的非线性梯度线圈产生的非线性梯度磁场进行成像，可在不需要线性梯度编码磁场的情况下实现z2磁场的空间移动，进而实现空间编码。由于编码函数不采用傅里叶积分核的形式，所以数据不会有类似于传统磁共振中lsc中的k空间，也就不需要对k空间数据进行补全，从而提升了成像的速度。且由于不需要lsc梯度磁场即可实现mri中的nsc空间编码过程，这能够使得线性梯度线圈被消除，大大降低系统的复杂度，使得mri系统的成本降低。
[0171]
可选地，在本技术一些可能的实现方式中，可通过预设控制器控制非线性梯度线圈的电流通断；根据非线性梯度线圈的电流通断，移动非线性梯度磁场的磁场中心，得到多个回波信号；根据该多个回波信号，生成目标部位对应的核磁共振图像。
[0172]
示例性地，本技术提供了一种核磁共振系统，核磁共振系统中包括可编程逻辑门阵列(fpga)控制器、电源、通道切换控制器、功率放大器等设备。
[0173]
请参见图11，图11是本技术一示例性实施例提供的一种核磁共振系统示意图。电源输出的电信号(较弱的信号)输入进行通道切换控制器，fpga控制器输入的通道开关控制信号控制通道切换控制器中的通道切换顺序，将通道切换控制器输出的多路信号输入功率放大器。功率放大器输出的大功率信号和非线性梯度线圈相连接(图示以16对非线性梯度线圈为例)，组成完整的控制环路，控制着系统中的编码过程。由于fpga并行计算的优势，可以实现更加快速的信号处理过程，进而提高成像的速度。
[0174]
上述实施方式中，由于fpga能够独立、并行控制矩阵非线性梯度线圈的每个单元，进而仅仅通过开关的控制形式，实现z2场磁场中心移动，实现控制接收信号中模型中相位的改变。如果增加矩阵非线性梯度线圈的个数以及开关的速度，此种线圈以及对应的编码
方式，大大降低核磁共振系统的复杂度和成本，同时能够有效的去除核磁共振中梯度线圈形成的噪声。
[0175]
请参见图12，图12是本技术一实施例提供的一种设计非线性梯度线圈的装置的示意图。该装置包括的各单元用于执行图1对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图1各自对应的实施例中的相关描述。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。参见图12，该装置包括：
[0176]
第一确定单元310，用于设定目标磁场，所述目标磁场包括若干个目标矩阵点，所述目标磁场由所述非线性梯度线圈产生，所述非线性梯度线圈设置在所述核磁共振设备的两个平面板上；
[0177]
第二确定单元320，用于确定第一平面板和第二平面板各自对应的电流元，所述第一平面板与所述第二平面板对应；
[0178]
第三确定单元330，用于根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流元，以及每个所述目标矩阵点，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布；
[0179]
第四确定单元340，用于根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布，分别确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的非线性梯度线圈的分布。
[0180]
可选地，所述第一确定单元310具体用于：
[0181]
确定每个所述目标矩阵点的方向；
[0182]
根据每个所述目标矩阵点的方向，确定所述若干个目标矩阵点的分布形式；
[0183]
根据所述若干个目标矩阵点的分布形式，确定所述目标磁场。
[0184]
可选地，所述第二确定单元320具体用于：
[0185]
确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的位置；
[0186]
根据所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的位置，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流元。
[0187]
可选地，所述第三确定单元330具体用于：
[0188]
分别确定每个所述电流元在每个所述目标矩阵点产生的磁场；
[0189]
根据每个所述电流元在每个所述目标矩阵点产生的磁场，确定所述第一平面板和所述第二平面板各自对应的电流密度分布。
[0190]
请参见图13，图13是本技术一实施例提供的一种非线性空间编码装置的示意图。该非线性空间编码装置包括的各单元用于执行图10对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图10各自对应的实施例中的相关描述。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。参见图10，该非线性空间编码装置包括：
[0191]
处理单元410，用于确定非线性梯度磁场，所述非线性梯度磁场由非线性梯度线圈产生，所述非线性梯度线圈设置在核磁共振设备的两个平面板上；
[0192]
控制单元420，用于在所述非线性梯度磁场中，控制所述核磁共振设备对目标扫描部位进行核磁共振扫描，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号；
[0193]
生成单元430，用于根据所述多个回波信号，生成所述目标部位对应的核磁共振图像。
[0194]
可选地，所述控制单元420具体用于：
[0195]
移动所述非线性梯度磁场的磁场中心，得到所述目标扫描部位对应的多个回波信号。
[0196]
可选地，所述控制单元420还用于：
[0197]
通过预设控制器控制所述非线性梯度线圈的电流通断；
[0198]
根据所述非线性梯度线圈的电流通断，移动所述非线性梯度磁场的磁场中心，得到所述多个回波信号。
[0199]
请参见图14，图14是本技术另一实施例提供的设计非线性梯度线圈的设备的示意图。如图14所示，该实施例的设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个设计非线性梯度线圈的方法实施例中的步骤，例如图1所示的s101至s104。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各实施例中各单元的功能，例如图12所示单元310至340功能。
[0200]
示例性地，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本技术。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述设备5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割为第一确定单元、第二确定单元、第三确定单元以及第四确定单元，各单元具体功能如上所述。
[0201]
所述设备可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图14仅仅是设备5的示例，并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0202]
所称处理器50可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0203]
所述存储器51可以是所述设备的内部存储单元，例如设备的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述设备的外部存储终端，例如所述设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述设备的内部存储单元也包括外部存储终端。所述存储器51用于存储所述计算机指令以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0204]
请参见图15，图15是本技术另一实施例提供的非线性空间编码设备的示意图。如图15所示，该实施例的设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个非线性空间编码方法实施例中的步骤，例如图10所示的s201至s203。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各实施例中各单元的功能，例如图13所示单元410至430
功能。
[0205]
示例性地，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本技术。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述设备6中的执行过程。例如，所述计算机程序62可以被分割为处理单元、控制单元以及生成单元，各单元具体功能如上所述。
[0206]
所述设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图15仅仅是设备6的示例，并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0207]
所称处理器60可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0208]
所述存储器61可以是所述设备的内部存储单元，例如设备的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述设备的外部存储终端，例如所述设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述设备的内部存储单元也包括外部存储终端。所述存储器61用于存储所述计算机指令以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0209]
本技术实施例还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质可以是非易失性，也可以是易失性，该计算机存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各个设计非线性梯度线圈的方法实施例中的步骤，以及实现上述各个非线性空间编码方法的步骤。
[0210]
本技术还提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在设备上运行时，使得该设备执行上述各个设计非线性梯度线圈的方法实施例中的步骤，以及实现上述各个非线性空间编码方法的步骤。
[0211]
本技术实施例还提供了一种芯片或者集成电路，该芯片或者集成电路包括：处理器，用于从存储器中调用并运行计算机程序，使得安装有该芯片或者集成电路的设备执行上述各个设计非线性梯度线圈的方法实施例中的步骤，以及实现上述各个非线性空间编码方法的步骤。
[0212]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模
块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0213]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0214]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0215]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神范围，均应包含在本技术的保护范围之内。