一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置及补偿方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置及补偿方法，属于磁共振技术领域。该装置包括：B0磁场检测传感器，B0磁场补偿线圈和B0磁场补偿电路，B0磁场补偿线圈通过补偿电路通电后，可在成像区域产生补偿磁场，且其产生的补偿磁场采用PID调节方式，来抵消空间中电气设备、通电线路、变化的地磁场等低频变化磁场对磁共振成像设备成像区域的B0磁场的扰动，整个电路结构是一个反馈网络，采用闭环自动控制，实时监测低频磁场波动，动态调节，使外部磁场的波动干扰对磁共振成像区域内的静态磁场的扰动最小化，提高B0磁场的稳定性。磁场的稳定性。磁场的稳定性。

B0 magnetic field compensation device and compensation method of magnetic resonance imaging equipment

【技术实现步骤摘要】
一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置及补偿方法


[0001]本专利技术属于磁共振
，涉及一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置及补偿方法。

技术介绍

[0002]磁共振成像作为重要的医学成像技术之一，以其高空间分辨率及良好的空间定位等其他影像学技术无法比拟的优势，广泛的应用于科学研究、临床医学等诸多领域。目前国内很多地方医院都装配了磁共振设备，尤其以低场磁共振为主。低场磁共振运行成本低，且成像质量日益提高，高级序列的开发也日渐成熟，使得低场磁共振得以迅速普及。但是由于低场磁共振的场强比较低，特别是开放式的磁共振，相比高场强的磁共振更容易受到外部磁场的干扰，引起图像质量的严重下降，如供电的50赫兹扰动、低频磁场扰动、外界机械振动的扰动、其他电磁干扰等，会影响主磁场的稳定性。磁共振成像受益于随时间稳定的静磁场，磁共振设备的主磁场(或静态磁场)通常被表示为B0磁场，为了使静态主磁场保持较高的稳定性，抵抗外界环境带来的扰动影响，需要设计相应的B0磁场补偿装置。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置及补偿方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，所述装置包括：
[0006]B0磁场检测传感器，有若干个，用于实时测量x方向、y方向和z方向三个维度的磁场变化，设置在主磁体空腔内任意位置；
[0007]B0磁场补偿线圈，共有三对：上下分布对、左右分布对和前后分布对；上下分布对、左右分布对和前后分布对分别对称设置于主磁体内的三个对立面；B0磁场补偿线圈用于产生特定的磁场，以抵消扰动磁场；
[0008]B0磁场补偿电路，用于控制B0磁场检测传感器测量磁场的扰动；B0磁场补偿电路包括前置放大器、PID参数动态调节电路、反相器和Howland电流源；前置放大器与B0磁场检测传感器电连接，将B0磁场检测传感器输出的电压或电流信号放大并采集；PID参数动态调节电路与前置放大器电连接，PID参数动态调节电路根据采集到的电压大小分析计算，并进行比例积分微分动态调节；反相器与PID参数动态调节电路电连接，将通过PID调节后的电压值经过反相器得到大小相等相位相反的电压信号；Howland电流源与反相器电连接，反相电压经过Howland电流源得到对应电流值。
[0009]可选的，所述前置放大器由电阻和差分放大器串联组成，检测传感器检测到空间中的低频磁场信号，输出电流，经过电阻得到电压，电压经过差分放大电路将B0磁场检测传感器输出的电压或电流信号放大并采集。
[0010]可选的，所述PID参数动态调节电路由模数转换器ADC、微处理器、数模转换器DAC、
电阻及增益放大器组成，B0磁场检测传感器检测到的电压经过前置放大器放大后输出，输出的电压经过增益放大器和模数转换器，模数转换器采集到电压信号后发送给微处理器，微处理器执行PID调节程序，根据采集到的电压大小，控制数模转换器输出直流，进而控制增益放大器的电压放大比例，并进行积分微分比例动态调节，使B0磁场检测传感器检测到的电压信号u(k)为0，获得B0磁场补偿效果。
[0011]可选的，所述反相器由电阻和反向放大器并联组成，与PID参数动态调节电路电连接，通过PID调节后的电压值经过反相器得到大小相等相位相反的电压信号。
[0012]可选的，所述Howland电流源由两组放大电路组成，反向电压经过Howland电流源电路，得到对应的电流值，再输出至B0磁场补偿线圈。
[0013]可选的，所述B0磁场检测传感器为霍尔效应传感器、磁共振传感器、磁通门传感器、磁阻传感器、线圈中的一种或者多种。
[0014]基于所述装置的磁共振成像设备的B0磁场补偿方法，该方法包括以下步骤：
[0015]S1：将若干B0磁场检测传感器设置在主磁体空腔内任意位置，测量相应位置处磁场x方向、y方向和z方向三个维度的变化；
[0016]S2：B0磁场检测传感器检测到低频磁场信号后得到电压信号，该电压信号经过前置放大器将B0磁场检测传感器输出的电压或电流信号放大并采集并输出给PID参数动态调节电路；
[0017]S3：PID参数动态调节电路收到前置放大器信号后分析计算电压信号幅值、频率、相位，设置PID算法公式，进行比例积分微分动态调节，实时调整对数模转换器电压值的输出控制；
[0018]S4：被调节后的信号经过反相器得到大小相等相位相反的电压；
[0019]S5：反向电压经过Howland电流源电路，得到对应的电流；
[0020]S6：电流驱动B0磁场补偿线圈向外产生与检测到的信号相反的低频磁场信号，从而抵消空间中的低频磁干扰；
[0021]S7：B0磁场检测传感器再次检测成像区域内抵消低频干扰后的磁场；
[0022]S8：重复S2～S6步骤，每次进行磁场抵消后，B0磁场检测传感器再次重复检测，根据检测的结果校验，施加相应的电流抵消波动磁场，直到模数转换器采集到的电压信号趋近于零，获得最佳补偿效果。
[0023]可选的，所述S3中，积分微分动态调节公式为：
[0024]Δu(k)＝L
p
×
[e(k)
‑
e(k
‑
1)]+L
i
×
e(k)+L
d
×
[e(k)
‑
2e(k
‑
1)+e(k
‑
2)]ꢀꢀꢀ
(1)
[0025]u(k)＝u(k
‑
1)+
△
u(k)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0026]其中
△
u(k)表示B0磁场补偿装置的电压偏移值，L
P
为比例参数，L
i
为积分参数，L
d
为微分参数，k表示第采样次数，u(k)表示第k次采样得到的电压值，u(k
‑
1)表示k的前一次采样得到的电压值，e为PID调节过程中，过程量目标值与实际值的偏差，e(k)为采集到的当前电压值与设定电压值的差值，e(k
‑
1)为前一次的e(k)值，k
‑
1表示k的前一次采样，e(k
‑
2)为前一次的e(k
‑
1)值，k
‑
2表示k
‑
1的前一次采样，最终的PID调节时间由最终测得的电压值决定，若u(k)>0，则继续调整比例积分微分系数，直到
△
u(k)等于0，则调整的比例积分微分系数适用，微处理器按照调整好的比例积分微分系数执行PID调节程序，动态调整，保持B0磁场最佳补偿效果。
[0027]可选的，所述S1～S5的电路结构采用PID调节方式，通过B0磁场检测传感器反馈的信息对电压的参数进行动态调节，直到B0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，其特征在于：所述装置包括：B0磁场检测传感器，有若干个，用于实时测量x方向、y方向和z方向三个维度的磁场变化，设置在主磁体空腔内任意位置；B0磁场补偿线圈，共有三对：上下分布对、左右分布对和前后分布对；上下分布对、左右分布对和前后分布对分别对称设置于主磁体内的三个对立面；B0磁场补偿线圈用于产生特定的磁场，以抵消扰动磁场；B0磁场补偿电路，用于控制B0磁场检测传感器测量磁场的扰动；B0磁场补偿电路包括前置放大器、PID参数动态调节电路、反相器和Howland电流源；前置放大器与B0磁场检测传感器电连接，将B0磁场检测传感器输出的电压或电流信号放大并采集；PID参数动态调节电路与前置放大器电连接，PID参数动态调节电路根据采集到的电压大小分析计算，并进行比例积分微分动态调节；反相器与PID参数动态调节电路电连接，将通过PID调节后的电压值经过反相器得到大小相等相位相反的电压信号；Howland电流源与反相器电连接，反相电压经过Howland电流源得到对应电流值。2.根据权利要求1所述的一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，其特征在于：所述前置放大器由电阻和差分放大器串联组成，检测传感器检测到空间中的低频磁场信号，输出电流，经过电阻得到电压，电压经过差分放大电路将B0磁场检测传感器输出的电压或电流信号放大并采集。3.根据权利要求1所述的一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，其特征在于：所述PID参数动态调节电路由模数转换器ADC、微处理器、数模转换器DAC、电阻及增益放大器组成，B0磁场检测传感器检测到的电压经过前置放大器放大后输出，输出的电压经过增益放大器和模数转换器，模数转换器采集到电压信号后发送给微处理器，微处理器执行PID调节程序，根据采集到的电压大小，控制数模转换器输出直流，进而控制增益放大器的电压放大比例，并进行积分微分比例动态调节，使B0磁场检测传感器检测到的电压信号u(k)为0，获得B0磁场补偿效果。4.根据权利要求1所述的一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，其特征在于：所述反相器由电阻和反向放大器并联组成，与PID参数动态调节电路电连接，通过PID调节后的电压值经过反相器得到大小相等相位相反的电压信号。5.根据权利要求1所述的一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，其特征在于：所述Howland电流源由两组放大电路组成，反向电压经过Howland电流源电路，得到对应的电流值，再输出至B0磁场补偿线圈。6.根据权利要求1所述的一种磁共振成像设备的B0磁场补偿装置，其特征在于：所述B0磁场检测传感器为霍尔效应传感器、磁共振传感器、磁通门传感器、磁阻传感器、线圈中的一种或者多种。7.基于权利要求1～3中任一项所述装置的磁共振成像设备的B0磁场补偿方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：将若干B0磁场检测传感器设置在主磁体空腔内任意位置，测量相应位置处磁场x方向、y方向和z方向三个维度的变化；S2：B0磁场检测传感器检测到低频磁场信号后得到电压信号，该电压信号经过前置放大器将B0磁场检测传感器输出的电压或电流信号放大并采集并输出给PID参数动态调节电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐征，吴嘉敏，温开旭，贺玉成，何为，廖英翔，
申请(专利权)人：徐征何为廖英翔贺玉成吴嘉敏，
类型：发明
国别省市：