基于目標場法和CST仿真的低場磁共振射頻線圈設計

張勛，胡亮亮，屈正，徐進章

1.合肥工業大學電氣與自動化工程學院，安徽合肥230000；2.合肥工業大學儀器科學與光電工程學院，安徽合肥230000；3.蘭州大學核科學與技術學院，甘肅蘭州730000

前言

肺結核位列全球十大死因之一，嚴重危害人類的生命安全［1］。磁共振成像（MRI）具有多參數、無電離輻射及出色的軟組織對比度等優點，可以為肺部疾病診斷提供可靠有效的醫學影像資料，協助醫生可視化診斷以避免延誤治療［2-3］。

射頻線圈（RF coil）作為MRI設備的重要組成部分之一，在成像過程中激勵原子核，接收核磁信號，直接影響成像質量［4］。由于人體肺部是乏水組織，需要將惰性無害氣體3He引入肺部，利用這種信噪比增強成像技術，在低場MRI設備下進行肺部功能性成像［5-6］。然而與傳統的1H線圈有所不同，目前還沒有人體肺部低場MRI的3He射頻線圈的報道。因此需要設計出這種專用線圈，有效獲取肺部組織信息用于成像。射頻線圈的研究設計方法一般分為傳統設計方法和目標場法。目標場法由Turner提出，主要用于設計MRI設備中的勻場線圈和梯度線圈，該方法需假設電流分布于無限大平面，不能預先設定線圈尺寸［7-8］。Forbes和Crozier［9］提出了優化方案，使得電流密度在有限區域外消失，確保將線圈約束在有限尺寸范圍內。Fujita等［10］首次將該方法引入高頻射頻線圈設計，在靜態電磁框架下計算源電流分布，電流密度分布非常復雜。While等［11-13］改進了目標場法，利用準靜態近似和光滑懲罰函數，更加適合于低頻線圈的設計，得到了工作在非屏蔽、屏蔽和負載情況下的繞線簡單的相控陣射頻線圈，但屏蔽和負載線圈的求解過程非常復雜。……