一種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于核磁共振波譜儀領域，更具體地，設及一種超導核磁共振波譜儀室溫 勻場線圈。
【背景技術】
[0002] 在超導核磁共振波譜儀中，空間磁場的均勻性直接影響采集得到的譜圖質(zhì)量，為 了提高磁場的均勻性，技術人員不僅要在磁體升場時做低溫超導勻場，還要在升場后做室 溫勻場，目前采用的室溫勻場手段是在核磁共振波譜儀的磁體中安裝室溫勻場線圈，其各 階勻場線圈在磁控電流的驅(qū)動下產(chǎn)生不同形狀不同大小的補償磁場，該些補償磁場共同抵 消掉主磁場的非常數(shù)項，最終得到均勻分布的磁場。
[0003] 目前現(xiàn)有技術中的勻場線圈的結(jié)構(gòu)較單一，并且空間利用率不高，并且針對上述 已有的勻場線圈提出了一些算法來進行設計，例如采用流函數(shù)和目標場法來作為勻場線圈 設計算法的理論依據(jù)，還有采用Maxwell方程得到理論值來求解高階項，但是上述現(xiàn)有技 術還存在如下問題；（1)流函數(shù)和目標場法沒有將實用的勻場線圈作為設計的基礎，缺乏 實用性；（2)Maxwell方程對于需要28組甚至40組線圈的超導核磁共振波譜儀來說，方法 的級數(shù)高導致方程越復雜，對于高階項的求解幾乎無法完成；（3)上述設計算法針對勻場 線圈的適應性不強，只適用于具有圓柱形磁體腔和橫向磁場的化化ach磁體，無法滿足超 導核磁共振波譜儀對更復雜空間的=維磁場的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的W上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種超導核磁共振波譜儀室 溫勻場線圈，其特征在于，該線圈由上至下依次包括繞線區(qū)、支撐架W及底座，其中所述繞 線區(qū)內(nèi)層為多階軸向線圈，外層為多階徑向線圈，所述多階軸向線圈由自粘性漆包線繞制。
[0005] 進一步地，所述多階軸向線圈中相互之間在垂直于軸向方向上沒有交疊的軸向線 圈壓縮到一層。
[0006] 進一步地，所述繞制的每層自粘性漆包線，都粘貼填補所述自粘性漆包線上凹凸 面的熱塑性聚醋膜。
[0007] 另外一方面，本發(fā)明還提出了一種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈的繞線方 法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[000引 （1)緊貼繞線架繞制一層自粘性漆包線；
[0009] (2)在高低溫烤箱中烘烤，使經(jīng)過所述步驟（1)處理過后的自粘性漆包線粘合固 定；
[0010] (3)繞線完畢后，在經(jīng)過所述步驟（2)處理后的漆包線上粘貼熱塑性聚醋膜填補 凹凸面；
[0011] (4)重復上述步驟（1)-(4)直至所有所述勻場線圈繞線完成。
[0012] 另外一方面，本發(fā)明還提出了一種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈的設計方 法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[0013] (1)從超導磁體的主磁場中分解出所述主磁場的各階非常數(shù)項，將其負數(shù)構(gòu)建成 目標函數(shù)B狂。）；
[0014] (2)初始化一"群"數(shù)量規(guī)模為D的Maxwell線圈對Xi~X。，其中D為線圈對數(shù)量， 建立上述Maxwell線圈對中的每對線圈產(chǎn)生的磁場作為初始函數(shù)Bu狂。）；
[0015] (3)建立優(yōu)化函數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈，其特征在于，該線圈由上至下依次包括繞 線區(qū)（1)、支撐架（2)以及底座（3)，其中所述繞線區(qū)（1)內(nèi)層為多階軸向線圈，外層為多階 徑向線圈，所述多階軸向線圈由自粘性漆包線繞制。
2. 如權(quán)利要求1所述的超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈，其特征在于，所述多階軸 向線圈中相互之間在垂直于軸向方向上沒有交疊的軸向線圈壓縮到一層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈，其特征在于，所述繞制 的每層自粘性漆包線，都粘貼填補所述自粘性漆包線上凹凸面的熱塑性聚酯膜。
4. 一種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈的繞線方法，其特征在于，該方法包括如下 步驟： (1) 緊貼繞線架繞制一層自粘性漆包線； (2) 在高低溫烤箱中烘烤，使經(jīng)過所述步驟（1)處理過后的自粘性漆包線粘合固定； (3) 繞線完畢后，在經(jīng)過所述步驟（2)處理后的漆包線上粘貼熱塑性聚酯膜填補凹凸 面； (4) 重復上述步驟（1)-(4)直至所有所述勻場線圈繞線完成。
5. -種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈的設計方法，其特征在于，該方法包括如下 步驟： (1) 從超導磁體的主磁場中分解出所述主磁場的各階非常數(shù)項，將其負數(shù)構(gòu)建成目標 函數(shù)B (Zn); (2) 初始化一"群"數(shù)量規(guī)模為D的Maxwell線圈對Xi~Xd，其中D為線圈對數(shù)量，建 立上述Maxwell線圈對中的每對線圈產(chǎn)生的磁場作為初始函數(shù)B u3(Zn); (3) 建立優(yōu)化函數(shù)
，其中 . . .，ri;j分別表示第i對1&?￥611線圈中的子線圈j到勾場線圈中心的軸向距 離，Ii;1，Ii;2,. . .，Iu分別表示第i對Maxwell線圈的每對子線圈上的電流大小，其中 I < i < D，j為第i對線圈中包含的子線圈的數(shù)量，N為從所述待勻場的磁場中選取的場點 數(shù)量，為大于等于1的奇數(shù)； ⑷尋找!Ti,2,…，和I Ii^,…，Ii^使得所述總場解的優(yōu)化函數(shù)的值最??； (4-1)賦予線圈位置和電流初始值：將所述Maxwell子線圈的位置和電流信息記為 xi，j= (r i，i，ri，2, ...，ri，j;I i，i，〗i，2, ...，〗i，j);將所述Maxwell子線圈的位置和電流的變化 里記為 Vi,j - (vr Vrii2, ···，VriJvI Vlii2, ···，Vli, j)，其中 Vi^1, Vrii2, ···，Vri,』和 vli，1，vli，2，· · ·，vli，j為別表不 r i，!!"i，" !"i, 2，· · ·，!"i，j和 I i，" Ii, 2，· · ·，Ii，j的變化里； (4-2)評價線圈的適應度：將所述每個Maxwell子線圈的位置ri;j和電流I i;j分別代 入到優(yōu)化函數(shù)
中求解，求得每對Maxwell 線圈的優(yōu)化函數(shù)，并得到所述D對Maxwell線圈產(chǎn)生的磁場的總解F ; (4-3)尋找每個所述Maxwell子線圈的優(yōu)化函數(shù)自身的最小值，記為fpbest，它所對應 的位置和電流變化信息記為即對應所述i對線圈中的第j個所述子線圈所經(jīng)歷的 最優(yōu)化位置及電流信息； (4-4)尋找所述總解F中的最小值，記為fgbest，它所對應的所述Maxwell子線圈的位 置和電流信息記為g ; (4-5)將當前所述位置和電流信息Xu對應的所述Maxwell子線圈的優(yōu)化函數(shù)值F與 fgbest 比較，若 F < fgbest，則 Py = X y，g = Xi;j，fgbest = F ; (4-6)以預設的fgbest值為結(jié)束條件，判斷當前fgbest是否達到預設值，達到則結(jié)束， 否則進入所述下一步驟； (4-7)對所述每個子線圈的位置變化速度vru、電流變化速度vlu、位置電流Iu 依次做如下迭代： Vri j= ω Xvr i； J^c1 XrandO X (Pi；J-ri；J)+C2 XRandO X (g-ri；J) vli；j= ω XvI i；J^c1XrandO X (Pi j-Ii j)+C2XRandO X (g_Ii;J) ri,j = r i,j+vri,j Ii，j= I i，j+vIi，j 其中，ω為慣性權(quán)重，它使自變量保持運動的慣性，有能力搜索新的區(qū)域，這里令ω = 〇. 5~1內(nèi)的任意一個常數(shù)；加速常數(shù)C1、C2它們代表將每個自變量推向fpbest和fgbest 的統(tǒng)計加權(quán)項的權(quán)重，其為隨機賦予的[1，2]范圍內(nèi)的一個數(shù)值；rand()和RandO是兩個 在[〇, 1]范圍內(nèi)變化的隨機數(shù)； (4-8)利用所述步驟（4-7)求出的位置值電流值返回所述步驟（4-2)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超導核磁共振波譜儀室溫勻場線圈，該室溫勻場線圈從上至下依次由繞線區(qū)、支撐架和底座組成，其中繞線區(qū)內(nèi)層為軸向線圈，外層為徑向線圈，并且在線圈結(jié)構(gòu)的制作方法上，將多階軸向線圈壓縮到同一柱面以提高空間利用率，同時使用自粘性漆包線和PET膜(又名耐高溫聚酯薄膜)的繞線方法，解決室溫勻場線圈繞制過程中的導線定位固定的工藝問題。本發(fā)明還針對勻場線圈的算法設計建立了一個優(yōu)化函數(shù)，將室溫勻場線圈的設計問題轉(zhuǎn)化為求解優(yōu)化函數(shù)最小值的問題，然后通過微粒群算法來求解該函數(shù)方程，最終可算出線圈的位置分布和匝數(shù)。按照本發(fā)明，能夠顯著地提高勻場線圈的可靠性和適應性。
【IPC分類】G01R33-3875
【公開號】CN104865544
【申請?zhí)枴緾N201510315866
【發(fā)明人】陳康
【申請人】武漢中科波譜技術有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月10日