基于梯度電感約束和圖形處理單元加速算法的磁共振雙平面自屏蔽梯度線圈設(shè)計方法

黃清明,鄭 剛

(1.上海健康醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，上海 201318；2.上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院，4.醫(yī)學(xué)影像工程研究所，上海 200093；3.上海市分子影像重點實驗室，上海 201318)

MR成像過程中，梯度線圈在靈敏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生期望的梯度磁場強度，但渦流使靈敏區(qū)實際梯度磁場為激發(fā)梯度磁場和渦流產(chǎn)生磁場的合成，導(dǎo)致脈沖上升和下降沿拖長，抑制梯度磁場快速變化，影響梯度切換率[1]；空間定位編碼會使樣品空間定位線性變差，導(dǎo)致圖像畸變和偽影等失真現(xiàn)象，延長系統(tǒng)回波時間，減緩MR成像時間。為加快MR成像速度、獲得高質(zhì)量圖像，必須減弱甚至消除渦流的影響[2-4]。

梯度線圈設(shè)計的實質(zhì)是根據(jù)已知磁場分布計算梯度線圈的繞線模式，使其通電后產(chǎn)生期望磁場強度。1981年，BANGERT等[5]提出梯度線圈最簡單模型和制作梯度線圈的基本方法，使MRI得以實現(xiàn)；1993年，TURNER等[6]總結(jié)梯度線圈設(shè)計的矩陣求逆法[7]、流函數(shù)法[8]和目標(biāo)場點法[9]等，利用目標(biāo)場點法預(yù)設(shè)圓柱表面磁場大小，通過計算機輔助軟件計算圓柱形電流密度分布函數(shù)，經(jīng)離散處理得到梯度線圈的繞線模型。之后，LIU等[10]提出雙平面梯度線圈設(shè)計方法，計算出梯度電感能量分布和占電感總值的比例；GREEN等[11]提出單平面梯度線圈設(shè)計理論，以傅里葉變換電流密度函數(shù)得到梯度線圈功耗系數(shù)最小值。本研究采用目標(biāo)場點法，增加梯度電感最小化和梯度磁場自屏蔽等約束條件建立數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計算軟件計算梯度線……