整合噪声、生物效应的MRI三维梯度线圈设计模型研究

磁共振成像（MRI）是生物医学领域极其重要的成像手段,梯度线圈提供成像信号的空间编码信息，是MRI系统的关键部件。为适应目前MRI成像速度更快、质量更高以及成像过程更舒适等发展要求，梯度线圈需要有更快的切换速率和更高的梯度强度，但是这势必会提高梯度线圈产生的噪声分贝值，增强梯度线圈感应电场在人体引起各种生物效应的可能，增加病人的不适感和其他不安全因素，因此安全性和舒适性问题的解决对于梯度线圈的进一步发展非常重要，目前已经成为国际上研究的热点，但国内的研究尚属欠缺。本项目用数学仿真建模以及数值优化、逆问题求解等方法，重点研究适于任意形状的3D梯度线圈优化设计模型构造，建立梯度线圈噪声效应模型和梯度线圈感应电场生物效应电磁模型，实现噪声和感应电场生物效应消减的梯度线圈设计目标。本项目对于发展安全性好、舒适度高的高性能梯度线圈很有价值，对于促进MRI的快速发展具有重要科学意义。

目前梯度线圈朝着更快的切换速率和更高的梯度强度方向发展，这同时会引起梯度线圈的高噪声，增强梯度线圈感应电场在人体引起各种生物效应的可能，增加病人的不适感和其他不安全因素。本项目1）建立了基于有限差分的流函数空间梯度线圈设计方法基础模型，用Tikhonov正则化方法解决求解逆问题，适于整个多物理/生理因素。基于有限差分的强大的离散网格划分，可以用于3D线圈的设计；2）建立了梯度线圈噪声效应的数值模型，进行了相关的线圈噪声优化设计；3）初步建立梯度线圈/人体组织的整合生物电磁模型，应用准静态差分法，计算梯度场快速开关作用下，在模型组织内部产生的感应电场，感应电流等。本项目重点在建立一个新型的适于任意形状的梯度线圈设计方法，同时能方便自如的结合噪声效应和电磁场生物效应等，为进一步发展安全性好、舒适度高的高性能梯度线圈建立了良好的基础。