带场装配的安全评估方法、系统、介质及磁共振系统与流程

本发明涉及磁共振(magnetic resonance，mr)系统，特别是涉及磁共振系统中，一种带场装配匀场条的安全评估方法、系统、介质及磁共振系统。

背景技术：

1、现有磁共振系统中，通过超导磁体产生磁场，并利用产生的磁场进行磁共振成像。超导磁体通常为环形柱状结构，由于周围环境因素，以及与超导磁体中心的距离不同，不同的区域，磁场强度是不同的。也就是说，超导磁体产生的磁场并不是理想的均匀磁场。而磁共振系统的磁共振成像质量与磁场的均匀度息息相关，因此需要采用一定的措施对不同区域的磁场均匀性进行校正。

2、为了改善磁场的均匀性，目前比较常见的无源匀场(被动匀场)的方法，通常采用在超导磁体的磁场发生装置中设置相应的匀场条，沿超导磁体的轴向将匀场条设置在梯度线圈(gradient coil，gc)当中。通过匀场条来调节超导磁体的磁场均匀性。

3、图1为现有技术中超导磁体的磁场发生装置，具体包括磁体101、梯度线圈102、至少一个第一匀场条103和至少一个第二匀场条104。第一匀场条103和第二匀场条104的数量相同，且位置对应。第一匀场条103和第二匀场条104的结构相同，第一匀场条103用于调节磁场的主畸变分量，第二匀场条104用于辅助调节磁场的次要畸变分量。第一匀场条103和第二匀场条104的具体结构如图2所示，通常第一匀场条103和第二匀场条104均采用长方体结构，插入梯度线圈102上设置的通孔中。并且，沿通孔方向，第一匀场条103和第二匀场条104分别设有多个单元格105，单元格105内放置有一个或多个匀场片，匀场片的数量是通过计算获得的。

4、在具体进行磁场均匀性调节时，首先进行降场，抽出第一匀场条103；其次，确定用于调节磁场主畸变分量的匀场片数量，将对应的匀场片放入至第一匀场条103对应的单元格中，并插入梯度线圈中；然后，进行升场，并检测磁场均匀性是否达到要求，如果达到要求则磁场均匀性调节完成，否则，则在不降场的条件下，将第二匀场条104取出，并再次计算确定用于再次调节磁场次要畸变分量的匀场片数量，并将对应的匀场片放入至第二匀场条104对应的单元格中并插入梯度线圈中，再次进行磁场均匀性检测直至达到要求。需要说明的是，匀场调节通常无法一次完成，都需要按照上述步骤迭代多次方可完成。

5、但是，由于匀场片具有较高的磁导率，将承载大量匀场片的第二匀场条104插入磁场或从磁场中取出时，会与磁场产生作用力。并且，该插入和取出动作均是人工完成，如果该作用力较强就存在对操作人员造成伤害的危险。

6、在实际应用中，为了避免对操作人员造成伤害，第二匀场条104的插入磁场或从磁场中取出之前，通常先进行降场操作，然后，待将第二匀场条104插入磁场或从磁场中抽出之后，再进行升场操作，使超导磁体所产生的磁场恢复到正常值。但是，这种处理方式也存在一定的问题，比如：超导磁体的腔体内装有大量的冷却的液氦，用于为超导磁体上的超导线提供必须的低温环境，而降场和升场的过程很可能会导致液氦的挥发，从而造成液氦的浪费，而众所周知，液氦的成本是非常高的；其次，每次降场和升场之间必须间隔一定的时间，因此进行多次降场和升场会浪费很多时间；此外，如上所述，每次降场和升场之间必须间隔一定的时间，否则就会引起超导磁体失超，即不能产生磁场，从而需要操作人员对超导磁体进行维修等处理，不但增加了成本，而且也影响了超导磁体的正常使用。

7、现有技术中，暂时还没有一种方案，可以在保证人员安全的前提下，通过带场装配匀场条，以减少降场/升场操作，完成磁场均匀性的有效调节。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带场装配的安全评估方法、系统、介质及磁共振系统，用于解决现有技术中无法在保证人员安全的前提下，进行带场的匀场条的装配，从而实现快速有效的匀场操作。

2、本发明的第一方面提供一种带场装配的安全评估方法，应用于磁共振系统中匀场条的装配，所述安全评估方法包括：

3、计算并构建轴向力转换矩阵和径向力转换矩阵；

4、根据所述匀场条中各个单元格的匀场片的厚度，构建厚度扩展矩阵；

5、根据所述厚度扩展矩阵、所述轴向力转换矩阵和所述径向力转换矩阵，计算装配过程中匀场条处于不同位置处的轴向力和径向力；

6、根据轴向力和径向力，计算装配评估参数，并按照预设的评估条件评估所述装配参数，以确定带场装配是否安全。

7、于本发明的一实施例中，所述计算轴向力转换矩阵和径向力转换矩阵的步骤包括：

8、基于所述磁共振系统计算轴向磁场力和径向磁场力；

9、通过所述轴向磁场力和径向磁场力，构建与之对应的轴向力转换矩阵fpz和径向力转换矩阵fpr，其中，fpz和fpr均为k×k矩阵，k＝2m+pe，e＝m+pe，m为所述匀场条的单元格的数量，pe为预设的冗余单元格数量。

10、于本发明的一实施例中，所述轴向力转换矩阵fpz为：

11、

12、其中，

13、z1，z2，…，ze表示所述磁共振系统中需装配匀场条位置的轴向磁场力；

14、所述径向力转换矩阵fpr为：

15、

16、其中，

17、r1，r2，…，re为所述磁共振系统中需装配匀场条位置的径向磁场力。

18、于本发明的一实施例中，所述厚度扩展矩阵为

19、

20、其中，hp为待装配匀场条的各单元格内的匀场片的厚度：hpm表示第m个单元格内的匀场片的厚度，m＝1，2，…，m。

21、于本发明的一实施例中，装配过程中匀场条处于不同位置处的轴向力fzp为：fzp＝fpz×hex；径向力frp为：frp＝fpr×hex。

22、于本发明的一实施例中，所述装配评估参数包括：装配过程中，位于磁共振设备的梯形线圈外的匀场条的每一个单元格所受的合力；当匀场条全部位于梯形线圈外时，最靠近所述梯形线圈的n个单元格所受的合力；其中，n是预先设置的；所述匀场条在装配过程中所受的轴向力；所述匀场条在装配锁定后所受的轴向力；所述匀场条在装配锁定后的弹出距离；和所述匀场条的铁质量。

23、于本发明的一实施例中，所述按照预设的评估条件评估所述装配参数，以确定带场装配是否安全的步骤包括：当每一个单元格所受的合力均小于预设的单元格合力阈值；且n个单元格所受的合力小于预设的合力阈值；且装配过程中所受的轴向力小于预设的装配轴向力阈值；且装配锁定后所受的轴向力小于预设的锁定轴向力阈值；且装配锁定后的弹出距离小于距离阈值；且铁质量小于铁质量阈值时；则带场装配安全。

24、本发明的第二方面还提供一种带场装配的安全评估系统，应用于磁共振系统中匀场条的装配，所述安全评估系统包括：

25、转换矩阵构建模块，用于计算并构建轴向力转换矩阵和径向力转换矩阵；

26、扩展矩阵构建模块，用于根据所述匀场条中各个单元格的匀场片的厚度，构建厚度扩展矩阵；

27、计算模块，用于根据所述厚度扩展矩阵、所述轴向力转换矩阵和所述径向力转换矩阵，计算装配过程中匀场条处于不同位置处的轴向力和径向力；

28、评估模块，用于根据轴向力和径向力，计算装配评估参数，并按照预设的评估条件评估所述装配参数，以确定带场装配是否安全。

29、本发明的第三方面还提供一种磁共振系统，包括：处理器；和存储有指令的计算机可读介质，当所述处理器执行所述指令时，使得所述磁共振系统执行如上所述的安全评估方法。

30、本发明的第四方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的安全评估方法。

31、如上所述，本发明公开了一种带场装配的安全评估方法、系统、介质及磁共振系统，通过简单的安全评估，充分预估匀场条的带场装配的安全风险，为操作人员的匀场条带场装配提供了安全保证。本发明在误差允许的情况下，将复杂的磁力运算简化为线性矩阵的简单运算，减少了运算时间，降低了运算成本；本发明创新性的以匀场条的单元格作为长度单位，引入磁力运算中，将匀场条的装配过程离散化考量，大大减少了运算量；本发明充分预估带场装配的安全风险，设置了6个参数(装配过程中，位于磁共振设备的梯形线圈外的匀场条的每一个单元格所受的合力；当匀场条全部位于梯形线圈外时，最靠近所述梯形线圈的n个单元格所受的合力；匀场条在装配过程中所受的轴向力；匀场条在装配锁定后所受的轴向力；匀场条在装配锁定后的弹出距离；和匀场条的铁质量)作为装配评估参数，进一步加强了操作人员带场装配的安全性。进一步地，将本发明公开的方法应用于磁共振系统的磁场均匀性调节中，还可以大大减少调节成本，加快调节时间。