基于数据拟合方法的椭圆分布单边核磁共振磁体设计

摘要

本文在传统圆形分布的Halbach磁体基础上,提出一种单边开放式的磁体结构,该结构仅保留原Halbach结构下半部分的磁体模块,由两个同轴分布的半环构成,均均匀磁场区域位于两个半环之间的间隙处。为了提高静磁场分布的均匀性,本文以下列两个磁体结构参数为优化对象：(1)将各矩形磁体模块的中心等弧长放置在椭圆曲线上,通过调整椭圆曲线的半长轴长度,实现磁场分布的优化；(2)调整两个半环之间的间距,提高磁场的均匀度。本文的优化方法是基于Gram-Schmidt正交化的数据拟合方法算法,首先选取几种不同结构的磁体,计算指定区域的磁场均匀度,初步选取均匀度较好的结构;再在该结构下,计算不同高度磁场的均匀度,通过数据拟合的方法得到均匀度关于高度的拟合方程,对方程求导确定均匀度最好的高度。计算结果表明,在最优磁体结构下,原点上方1mm高度平面上,20mm×20mm范围内磁场的均匀度为765ppm,磁场强度为0.125T。