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申请/专利权人：重庆邮电大学

摘要：本发明涉及一种检测全层皮肤的手持式低梯度单边核磁共振装置，属于核磁共振技术领域。该装置包括单边永磁体结构和射频收发一体线圈；单边永磁体结构用于产生静态磁场，采用有限元法和麻雀搜索算法寻优得到永磁体结构，该磁场方向平行于永磁体结构上表面；所述射频收发一体线圈用于产生与主磁场正交的激励射频磁场，并检测设置于单边永磁体结构之上的被测样品所产生的磁共振回波信号。本发明具有结构简单、体积小巧、重量轻盈、成本低廉、性能可靠，主磁场B0的磁感应强度小于等于100mT，检测目标区域中心顺垂直于磁场方向的磁场梯度G约为2.96Tm，可实现皮肤全层组织核磁共振信号测量，方便床旁无创检测等优点。

主权项：1.检测全层皮肤的手持式低梯度单边核磁共振装置，其特征在于：该装置包括：单边永磁体结构和射频收发一体线圈4；所述单边永磁体结构包括三组磁铁结构；所述三组磁铁结构分别为左侧磁铁组1、中间磁铁2和右侧磁铁组3；所述左侧磁铁组1和右侧磁铁组3在同一水平面；所述中间磁铁2位于左侧磁铁组1和右侧磁铁组3之间，且位于左侧磁铁组1和右侧磁铁组的水平面下方；所述左侧磁铁组1和右侧磁铁组3规格相同；在XYZ坐标系中，所述左侧磁铁组1的磁极指向为Z方向，中间磁铁2的磁极指向为-Y方向，右侧磁铁组3的磁极指向为-Z方向；在单边永磁体结构上方产生由左侧磁铁组1指向右侧磁铁组3的主磁场B0，磁极指向为Y方向，且在中间磁铁的几何中心区域产生均匀磁场，中间磁铁的几何中心区域为检测目标区域5；所述主磁场B0的磁感应强度小于等于100mT，检测目标区域5的中心顺垂直于磁场方向的磁场梯度G为2.96Tm；单边永磁体结构产生的磁场分布采用有限元法计算，通过麻雀搜索算法对单边永磁体结构参数进行优化；所述射频收发一体线圈4采用的是收发一体式双层平面线圈，采用时谐场逆方法和流函数法进行设计，用于产生与主磁场正交的激励射频磁场，并接收设置于检测目标区域的被测样品激发后产生的回波信号；所述通过麻雀搜索算法对单边永磁体结构参数进行优化具体为：单边永磁体结构的空间位置表示为n×d矩阵X： 其中n为永磁体结构的数量，d为永磁体结构待优化结构参数的维度；第i个永磁体结构在空间的位置是Xi＝xi,1,xi,2,…,xi,d；单边永磁体结构的适应值表示为向量FX： 麻雀搜索算法的寻优能力基于三种部分：发现者、加入者和警戒者，三者共同搜索最优永磁体结构；每一代发现者的位置更新公式如下： 其中，t表示当前迭代次数，T表示总迭代次数，表示第i个永磁体结构中第j维参数于t次迭代时的信息量，α是[0,1]的随机数，R是一个随机数表示当前的预警值，R∈[0,1]，ST表示安全值，ST∈[0.5,1]，Q是服从正态分布的随机数，L是一个1×dj的矩阵，dj是该磁铁组第j维参数的维度，该矩阵内每个元素全部为1；每一代加入者的位置更新公式如下： 其中，是目前发现者所占据的最优位置，Xworst则表示当前全局最差的位置；A是一个1×d的矩阵，其中每个元素随机赋值为1或-1，并且A+＝ATAAT-1，表示A+的第j维的值；当时，加入者将积极追随发现者向着更好的位置进行移动；当时，适应值较低的第i个加入者需要移动到其他位置，结合exp函数特性摆脱当前较差的位置以获得更好的适应值；每一代警戒者的位置更新公式如下： 其中，其中是当前的全局最优位置；β作为步长控制参数，是服从均值为0，方差为1的正态分布的随机数；K∈[-1,1]是一个随机数，fi则是当前磁铁组的适应值；fg和fw分别是当前全局最佳和最差的适应值；s是最小的常数，以避免分母出现零；当fifg时，表示警戒者处于边缘位置，适应值较低，需向中心位置靠拢；当fi＝fg时，表示处于中间位置永磁体结构的适应值较低，该永磁体结构需要去其他位置来提高适应值；磁场仿真时，将FOV按照一定的步长沿Z轴方向进行切面，得到N1个切面；对每个切面上的两个中轴按相同步长采样，每条中轴上得到N2个磁感应强度Bi，任意一条中轴上的均匀度Pi计算公式如下： 其中Bc为切面中点的磁感应强度；通过公式6求出一个切面内两中轴的均匀度Pxi和Pyi，均匀度H1表达式如下： 计算每个切面均匀度Bh： 其中，Bmax为切面内磁感应强度最大值，Bmin是切面内磁感应强度最小值；通过公式8对每个切面的Bh求解后，得到均匀度H2： 结合公式7和9，永磁体结构适应值的评估函数H如下：H＝H1+H2·|G-2|+|G-3|10其中G是检测目标区域沿着Z轴的磁场梯度，在永磁体结构设计时为了保持G的大小为2～3Tm的低梯度，公式10中利用|G-2|+|G-3|来评估适应值。

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