磁共振（MRI）系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)療影像診斷。其中梯度線圈是MRI系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,其線圈效率以及產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的線性度直接影響到MRI系統(tǒng)的成像質(zhì)量。在MRI系統(tǒng)工作時(shí),通電的梯度線圈在MRI系統(tǒng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用,通過(guò)梯度線圈的脈沖電流,產(chǎn)生的洛倫茲力會(huì)導(dǎo)致線圈的變形和振動(dòng)。所以對(duì)梯度線圈的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以提升梯度線圈在實(shí)際工作狀態(tài)下的位置精度和穩(wěn)定性對(duì)于成像精度有較為重要的作用。針對(duì)流函數(shù)方法設(shè)計(jì)的圓柱型梯度線圈的支撐結(jié)構(gòu),通過(guò)提高其剛度來(lái)降低洛倫茲力對(duì)梯度線圈精度的影響。使用基于密度法的多負(fù)載條件下SIMP拓?fù)鋬?yōu)化方法,對(duì)x, y, z三個(gè)方向的梯度線圈支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行多負(fù)載條件下力學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。得到較為符合受力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)并且在實(shí)際工作狀態(tài)下的性能得到了提高。 

【文章來(lái)源】：計(jì)算機(jī)仿真. 2020,37(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖1 支撐結(jié)構(gòu)受力分析

綜合x(chóng),y,z三個(gè)方向的梯度線圈,在數(shù)值優(yōu)化中總共需要采用9個(gè)負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)(z方向梯度線圈算作一個(gè)負(fù)載)。對(duì)所有負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化可以得到較為合理的結(jié)果。通常用來(lái)固定梯度線圈的材料為樹(shù)脂等非金屬絕緣各向同性材料,優(yōu)化出的支撐結(jié)構(gòu)同樣也可以使用樹(shù)脂或塑料等高分子聚合材料。使用SIMP拓?fù)鋬?yōu)化方法,將支撐結(jié)構(gòu)的密度作為設(shè)計(jì)變量,其各處的取值為0或1,0表示無(wú)材料分布,1表示有材料分布。以應(yīng)變能極小(剛度極大)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。其數(shù)學(xué)模型為

其中,f為結(jié)構(gòu)的總體柔度;K,U,F分別為整體剛度矩陣、位移矢量和力矢量;V為實(shí)際材料體積;V*為體積分?jǐn)?shù);V0為初始體積;ρe為單元密度。用流函數(shù)方法計(jì)算一個(gè)半徑為0.25m,高為0.75m,ROI為半徑0.125m的球體區(qū)域的圓柱面梯度線圈(本文所有算例皆基于此幾何條件),得到x,y,z三個(gè)方向的梯度線圈構(gòu)型,將線圈的圓柱支撐結(jié)構(gòu)的兩個(gè)端面做位移約束,并由此計(jì)算支撐結(jié)構(gòu)在每個(gè)負(fù)載下的受力和變形(圖3)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]結(jié)合振動(dòng)控制的柱面縱向梯度線圈目標(biāo)場(chǎng)設(shè)計(jì)方法[J]. 胡格麗,倪志鵬,王秋良.  物理學(xué)報(bào). 2014(01)

博士論文
[1]磁共振系統(tǒng)可展梯度線圈拓?fù)錁?gòu)型設(shè)計(jì)方法研究[D]. 潘輝.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2018
[2]基于接觸和振動(dòng)仿真的經(jīng)緯儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及輕量化研究[D]. 謝軍.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2017



本文編號(hào)：3301955