《基於球諧函式展開法的單邊核磁共振儀磁體設計》是依託重慶大學，由徐征擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於球諧函式展開法的單邊核磁共振儀磁體設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐征
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
單邊核磁共振是一種新型的核磁共振結構，其特點是磁體完全位於被測物的一邊，不受傳統結構腔體尺寸的限制，可以實現大體積物體的無損測量。目前還沒有針對單邊磁體結構設計的成熟理論，特別是單邊有源勻場理論的研究仍然是一片空白。本申請針對這一現狀，擬研究下列關鍵問題：（1）單邊永磁體結構設計的逆問題，確定什麼樣的永磁體結構能夠產生滿足要求的單邊靜態磁場分布；（2）結合單邊磁場分布特點的有源勻場理論研究，即如何提高目標區域內的磁場均勻度。本研究的目標是在單邊磁體外部獲得直徑為4cm的球型均勻場區域，場強達到100mT，均勻度小於50ppm。本申請創新性的圍繞球諧函式展開的思想解決上述問題。單邊磁體結構設計，特別是單邊勻場方法的研究是該領域的新嘗試，若能實現突破，將對單邊核磁共振儀器的研究起到很大的促進作用，為早日實現臨床套用奠定基礎。
結題摘要
與傳統核磁共振結構相比，單邊核磁共振是一種新型的核磁共振結構，其特點是設備便攜，結構開放，被測物位於感測器外部，可以實現對大體積樣品的無損測量，同時採用永磁體提供主磁場，價格低廉、能耗較低。然而單邊核磁共振技術的研究還面臨著諸多的問題：相對於傳統封閉式核磁共振而言，單邊磁體結構是以犧牲磁場均勻度和磁場強度為代價，所以單邊核磁共振的信噪比低，橫向弛豫過程衰減較快，這增加了信號的分析難度；目前，單邊核磁共振尚未形成一套成熟的設計和分析方法，所以本研究主要以提高單邊核磁共振測量信噪比為目的，旨在形成一套單邊磁體和射頻線圈設計與最佳化的系統方法，主要內容及成果包括以下幾個部分： (1)單邊磁體的研究：本研究中單邊磁體結構設計本質上是一種電磁場逆問題，靜態磁場採用有限元標量磁位法計算，將5塊磁棒組成的環狀單邊磁體結構等效成橢圓數學模型，通過改變橢圓弧狀磁體的曲率以及添加鐵磁勻場材料對目標區域內靜態磁場均勻度進行最佳化，設計出尺寸為6.8cm×12.9cm×15.4cm，總重約3kg的小型手持式單邊磁體結構。該單邊磁體磁場在10mm×10mm水平面內均勻度高達338ppm，磁場強度為136.294mT；垂直方向上梯度分布，磁場在垂直方向2mm範圍內以4.6T/m的恆定衰減速度從144.387mT衰減到130.603mT。 (2)射頻線圈的研究：本研究基於似穩場的假設，使用目標場法設計射頻線圈，並用流函式法計算線圈的繞線形式。在給定射頻磁場的前提下，求解得到不同分布面積的線圈結構，並使用信噪比（SNR）最佳化獲得信噪比最佳的射頻線圈。 (3) 單邊核磁共振信號分析方法研究：主要採用傅立葉變換及其逆變換方法構建帶通濾波器，分析給定厚度內樣品的核磁共振信號。 (4)單邊核磁共振實驗研究：我們把該單邊核磁共振感測器用於評估高分子材料的老化和液體樣品的分析方面。 本研究在單邊核磁共振磁體與射頻線圈的設計最佳化、單邊核磁共振實驗方面開展了一系列的工作，對單邊核磁共振技術進行了較全面的研究，為推進單邊核磁共振技術在工程實際中的套用奠定了基礎。
