一种梯度线圈线性度的测量方法及测量系统与流程

1.本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种梯度线圈线性度的测量方法及测量系统。


背景技术：

2.梯度线圈的线性度是梯度线圈的关键性能参数，直接决定了磁共振图像的空间变形程度。为了预测磁共振系统的成像质量，需要预先评估梯度线圈不同成像区域的线性度。
3.梯度线圈通常包含三组线圈gx、gy和gz，作为磁共振设备的关键核心部件，梯度线圈产生变化的空间梯度磁场，用于在成像区域进行空间编码。磁共振图像提供了临床诊断所需的组织结构信息，图像的空间失真度是图像质量的重要衡量指标。图像的空间失真度主要由梯度线圈的磁场非线性和磁共振伪影引起。
4.传统的测量梯度线圈线性度的方法是在磁共振系统上实施，使用序列对特征水膜进行成像，然后从图像中读取特征水膜的的特征数据，将读取的特征数据和特征水膜的实际特征尺寸进行比对，从而得到水膜对应区域的线性度。传统的测量方法必须要在具备成像条件的磁共振系统上实施，无法在组装前单独对梯度线圈进行测试，因此空间占用大，测量系统复杂，并且需要配置相应的屏蔽房，成本很高，同时发现问题后解决问题所需的步骤复杂。
5.因此，如何提供一种可单独对梯度线圈器件进行线性度测量，兼顾高测量准确度与低测量成本，且操作简便的梯度线圈线性度的测量方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种梯度线圈线性度的测量方法及测量系统，以解决现有技术中对梯度线圈器件的线性度测量，成本高，步骤复杂，准确度低的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种梯度线圈线性度的测量方法，包括：通过磁场采集装置测量获取背景磁场；分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场；根据所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场及所述背景磁场，通过球谐变换，得到对应的gx中心梯度强度、gy中心梯度强度及gz中心梯度强度；根据所述gx工作磁场和所述gx中心梯度强度、所述gy工作磁场和所述gy中心梯度强度、所述gz工作磁场和所述gz中心梯度强度，及所述背景磁场，确定所述梯度线圈的gx线圈线性度、gy线圈线性度及gz线圈线性度。
8.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，在测量获取所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场之前，还包括：分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量
获取对应的gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场、gz线圈定位磁场；根据所述gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场、gz线圈定位磁场及所述背景磁场通过球谐变换得到所述磁场采集装置对应的三轴偏移量及方位角偏移量；通过所述三轴偏移量及所述方位角偏移量对所述磁场采集装置的定位进行调整；相应地，所述分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场包括：分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过调整过定位的磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场。
9.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，从获取所述gx线圈定位磁场、所述gy线圈定位磁场、及所述gz线圈定位磁场，到通过所述三轴偏移量及所述方位角偏移量对所述磁场采集装置的定位进行调整包括：测量获取所述gx线圈定位磁场；根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定x轴偏移量及方位角偏移量；将所述磁场采集装置根据所述x轴偏移量及所述方位角偏移量进行调整移动；完成所述x轴偏移量及所述方位角偏移量的调整后，测量获取所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场；根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，通过球谐变换，确定y轴偏移量；将所述磁场采集装置根据所述y轴偏移量进行调整移动；完成所述y轴偏移量的调整后，测量获取所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场；根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，通过球谐变换，确定z轴偏移量；将所述磁场采集装置根据所述z轴偏移量进行调整移动，完成对所述磁场采集装置的定位调整。
10.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，所述根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定x轴偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述x轴偏移量：dx=a00x/a11x其中，a00x及a11x为对应的球谐分量，dx为所述x轴偏移量；和/或所述根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，通过球谐变换，确定y轴偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述y轴偏移量：dy=a00y/b11y其中，a00y及b11y为对应的球谐分量，dy为所述y轴偏移量；和/或所述根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，通过球谐变换，确定z轴偏移量包括：
根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述z轴偏移量：dz=a00z/a10z其中，a00z及a10z为对应的球谐分量，dz为所述z轴偏移量。
11.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定方位角偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述方位角偏移量：
12.其中，b11x及a11x为对应的球谐分量，为所述方位角偏移量。
13.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，在将所述磁场采集装置根据所述x轴偏移量及所述方位角偏移量进行调整移动之后，还包括：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置对应的新背景磁场及新gx线圈定位磁场，根据所述新背景磁场及新gx线圈定位磁场通过球谐变换，确定新x轴偏移量及新方位角偏移量，并判断所述新x轴偏移量及新方位角偏移量是否小于预设的容忍阈值，当所述新x轴偏移量及所述新方位角偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续在根据所述新x轴偏移量及新方位角偏移量对所述磁场采集装置进行调整移动之后，获取新背景磁场及新gx线圈定位磁场，直至得到的新x轴偏移量及新方位角偏移量小于所述容忍阈值；相应地，在将所述磁场采集装置根据所述y轴偏移量进行调整移动之后，还包括：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置对应的新背景磁场及新gy线圈定位磁场，根据所述新背景磁场及新gy线圈定位磁场通过球谐变换，确定新y轴偏移量，并判断所述新y轴偏移量是否小于所述容忍阈值，当所述新y轴偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续在根据所述新y轴偏移量对所述磁场采集装置进行调整移动之后，获取新背景磁场及新gy线圈定位磁场，直至得到的新y轴偏移量小于所述容忍阈值；相应地，在将所述磁场采集装置根据所述z轴偏移量进行调整移动之后，还包括：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置对应的新背景磁场及新gz线圈定位磁场，根据所述新背景磁场及新gz线圈定位磁场通过球谐变换，确定新z轴偏移量，并判断所述新z轴偏移量是否小于所述容忍阈值，当所述新z轴偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续在根据所述新z轴偏移量对所述磁场采集装置进行调整移动之后，获取新背景磁场及新gz线圈定位磁场，直至得到的新z轴偏移量小于所述容忍阈值。
14.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，所述容忍阈值包括方位角阈值、x轴阈值、y轴阈值及z轴阈值；所述x轴阈值、所述y轴阈值及所述z轴阈值不一致。
15.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，对所述梯度线圈对应的定位磁场和/或工作磁场的测量获取，包括：对所述梯度线圈的gx线圈或gy线圈或gz线圈上电，等待第一预设时间后，再通过所述磁场采集装置获取对应的定位磁场或工作磁场。
16.可选地，在所述的梯度线圈线性度的测量方法中，所述磁场采集装置包括固定盘
及传感器阵列；所述固定盘用于固定所述传感器阵列；所述传感器阵列包括的传感器按照高斯积分点位置分布在半圆弧上；所述磁场采集装置对应的磁场采集方法包括：根据固定的角度间隔，确定多个采样方位角；通过所述磁场采集装置测量多个预设方位角的采样磁场数据；根据多个所述采样磁场数据，确定对应的磁场。
17.一种梯度线圈线性度的测量系统，所述梯度线圈线性度的测量系统执行实现如上述任一种所述的梯度线圈线性度的测量方法的步骤，包括超导磁体、磁场采集装置、信号处理器及直流电源；所述超导磁体用于提供所述背景磁场；所述梯度线圈套装于所述超导磁体的腔体内侧；所述磁场采集装置工作时位于所述超导磁体的腔体内，用于测量获取对应的磁场；所述直流电源对所述梯度线圈供电；所述信号处理器与所述磁场采集装置连接，用于处理所述磁场采集装置获取的数据。
18.本发明所提供的梯度线圈线性度的测量方法，通过磁场采集装置测量获取背景磁场；分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场；根据所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场及所述背景磁场，通过球谐变换，得到对应的gx中心梯度强度、gy中心梯度强度及gz中心梯度强度；根据所述gx工作磁场和所述gx中心梯度强度、所述gy工作磁场和所述gy中心梯度强度、所述gz工作磁场和所述gz中心梯度强度，及所述背景磁场，确定所述梯度线圈的gx线圈线性度、gy线圈线性度及gz线圈线性度。本发明不需要在能够成像的设备上也能进行线性度测量，实现了部件级的线性度测量，从而大大降低了对测量设备的要求，也简化了测量流程，进而大大降低测量成本，此外，由于本发明通过磁场采集装置分别获取三个线圈的磁场并结合背景磁场利用球谐变换进行线性度测试，能保障很高的测量精度，因此更满足梯度线圈的大规模生产要求。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的梯度线圈线性度的测量系统。
附图说明
19.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本发明提供的梯度线圈线性度的测量方法的一种具体实施方式的流程示意图；图2为本发明提供的梯度线圈线性度的测量方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图3为本发明提供的梯度线圈线性度的测量系统的一种具体实施方式的结构示意图；图4为本发明提供的梯度线圈线性度的测量系统的一种具体实施方式的局部结构示意图；图5为本发明提供的梯度线圈线性度的测量系统的一种具体实施方式的磁场采集装置在梯度线圈中工作时的位置关系示意图；图6为本发明提供的梯度线圈线性度的测量方法的一种具体实施方式的方位角示意图。
21.图中，包括：100、超导磁体，200、梯度线圈，300、磁场采集装置，400、信号处理器，500、直流电源，600、上位机，301、固定盘和302、传感器阵列。
具体实施方式
22.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明的核心是提供一种梯度线圈200线性度的测量方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括：s101：通过磁场采集装置300测量获取背景磁场。
24.在展开讲解本发明之前，首先需要对所述磁场采集装置300的结构及原理进行说明。请参考图3，图3为本发明的梯度线圈200线性度的测量方法需要用到的梯度线圈200线性度的测量系统的一种具体实施方式的结构示意图，包括超导磁体100、梯度线圈200（也即待测线圈）、磁场采集装置300、信号处理器400、直流电源500和上位机600，所述梯度线圈200通常包含三组独立的线圈gx、gy和gz。所述直流电源500连接到梯度线圈200相应线圈的接线柱，用于分别给gx线圈、gy线圈和gz线圈提供恒定的直流电流。所述磁场采集装置300位于梯度线圈200的中心区域，用于测量超导磁体100产生的背景磁场，以及测量超导磁体100和梯度线圈200共同产生的定位磁场。所述信号处理器400连接到磁场采集装置300，用于将磁场采集装置300获取的信号进行分析处理，转换为上位机600可以识别的数据。所述上位机600与信号处理器400连接，用于显示和导出最终的测量数据。
25.所述磁场采集装置300包含半圆形固定盘301和传感器阵列302。所述半圆形固定盘301用于支撑固定传感器阵列302，所述半圆形固定盘301由非金属材料制作而成，例如电木、尼龙和玻璃纤维复合材料等，当然，也可以仅保证所述磁场传感器分布在半圆弧上，而所述固定盘301也可以是其他形状，比如矩形等。所述传感器阵列302用于测量磁场，其由多个磁场传感器按照一定的几何关系排列而成。图4为本方案给出的一种传感器阵列302结构，其由12个磁场传感器按照高斯积分点位置分布在分度圆半径为r
dsv
的半圆弧上，磁场传感器相对于z轴的圆心角θ分别为11.02
°
、25.30
°
、39.65
°
、54.03
°
、68.42
°
、82.81
°
、97.19
°
、111.58
°
、125.97
°
、140.35
°
、154.70
°
和168.98
°
，所以在θ方位上具有12阶精度。对于要求更高阶精度的情况，需要设置16个、或20个、或24个磁场传感器，但都需要按照高斯积分点位置进行排列。更多的磁场传感器会带来成本的增加，实际执行过程中需要根据精度要求设
置合适数量的磁场传感器。
26.作为一种优选实施方式，所述磁场采集装置300包括固定盘301及传感器阵列302；所述固定盘301用于固定所述传感器阵列302；所述传感器阵列302包括的传感器按照高斯积分点位置分布在半圆弧上；相应地，所述磁场采集装置300对应的磁场采集方法包括：a1：根据固定的角度间隔，确定多个采样方位角。
27.a2：通过所述磁场采集装置300测量多个预设方位角的采样磁场数据。
28.a3：根据多个所述采样磁场数据，确定对应的磁场。
29.根据上述步骤a1至a3的磁场测量方法，本步骤中对所述背景磁场的测量获取方法具体为：在初始位置0
°
角方位，12个磁场传感器采集对应点磁场数据，并进行存储；将磁场采集装置300转到图6（图6为所述磁场采集装置300对应的方位角的示意图）中的30
°
角方位，采集并且存储磁场数据；继续依次将磁场采集装置300转到图4中的60
°
、90
°
、120
°
、150
°
、180
°
、210
°
、240
°
、270
°
、300
°
和330
°
方位，分别采集和存储磁场数据。
30.上述磁场采集装置300的具体结构示意图如图4所示，为了便于表述，图4和图5还定义了磁场采集装置300的局部坐标系xyz，图5是所述磁场采集装置300在所述梯度线圈200中工作时的位置关系示意图，其中原点o为半圆形固定盘301的圆心，z轴与固定盘301的半圆形直边重合，xz平面与传感器阵列302所在的平面重合，y轴与传感器阵列302所在的平面垂直，xyz满足左手直角坐标系的规定。正式执行测试流程前，使磁场采集装置300处于图3所示的初始状态：理想中，半圆形固定盘301的圆心与所述梯度线圈200的中心重合；x轴指向梯度线圈200的0
°
角方向。
31.s102：分别单独对梯度线圈200的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置300测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场。
32.作为一种具体实施方式，本步骤对应的具体操作为：将直流电源500连接到梯度线圈200的gx线圈的接线柱，调节直流电源500的输出电流到工作电流ixm，待电流稳定后等待几分钟，然后进行磁场采集得到gx工作磁场（下简称bzxm）数据，其操作与前文中描述的通过步骤a1至a3获取所述背景磁场中描述的操作相同，这里不再赘述。所述的电流ixm为一小电流，其大小一般为10-15a。所述的稳定后等待几分钟是为了消除电流ixm引起的涡流干扰。
33.将直流电源500连接到梯度线圈200的gy线圈的接线柱，调节直流电源500的输出电流到工作电流iym，待电流稳定后等待几分钟，然后进行磁场采集得到gy工作磁场（下简称bzym）数据，其操作与前文中描述的通过步骤a1至a3获取所述背景磁场中描述的操作相同，这里不再赘述。所述的电流iym为一小电流，其大小一般为10-15a。所述的稳定后等待几分钟是为了消除电流iym引起的涡流干扰。
34.将直流电源500连接到梯度线圈200的gz线圈的接线柱，调节直流电源500的输出电流到电流izm，待电流稳定后等待几分钟，然后进行磁场采集得到gz工作磁场（下简称bzzm）数据，其操作与前文中描述的通过步骤a1至a3获取所述背景磁场中描述的操作相同，这里不再赘述。所述的电流izm为一小电流，其大小一般为10-15a。所述的稳定后等待几分钟是为了消除电流izm引起的涡流干扰。
35.需要注意的是，对所述梯度线圈200对应的工作磁场和/或下文中将要提及的定位
磁场的测量获取，包括：对所述梯度线圈200的gx线圈或gy线圈或gz线圈上电，等待第一预设时间后，再通过所述磁场采集装置300获取对应的定位磁场或工作磁场。
36.换言之，也即调节直流电源500的输出电流到工作电流之后，经过第一预设时间，才利用所述磁场采集装置300进行采集。这是由于对线圈刚刚通电后的一段时间内会产生干扰涡流，等待第一预设时间是避免涡流消失前对要测量的磁场数据产生干扰，以此提升测量的准确度，此技术同样适用于前文中对所述gy工作磁场及所述gz工作磁场的采集过程，届时不再展开赘述。
37.更进一步地，所述第一预设时间的范围为1分钟至10分钟，包括端点值，如1.0分钟、5.8分钟或10.0分钟中的任一个；而再进一步地，在通过所述磁场采集装置300获取工作磁场过程中，所述梯度线圈200的工作电流的范围为10安至15安，包括端点值，如10.0安、12.3安或15.0安中的至少一个。上述参数范围为经过大量理论计算与实际检验之后得到的最佳范围，所述第一预设时间的取值范围可保障干扰涡流消失的同时，不会浪费等待时间导致检测效率降低；所述工作电流的预设范围在满足线圈工作需求时，产生的磁场能被所述磁场采集装置300检测到。当然，也可根据实际情况选用其他参数，本发明在此不作限定。上述参数范围及方法同样适用于下文中对定位磁场的获取，届时不再展开赘述。
38.s103：根据所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场及所述背景磁场，通过球谐变换，得到对应的gx中心梯度强度、gy中心梯度强度及gz中心梯度强度。
39.具体地，本步骤包括：进行球谐变换，获得gx中心梯度强度g
xcent
、gy中心梯度强度g
ycent
、gz中心梯度强度g
zcent
，然后由公式得到gx线圈、gy线圈和gz线圈的线性度。具体操作包括：由测量的bz0m（指所述背景磁场）和bzxm，根据下面的球谐变换公式（1）（2）（3）得到谐波分量a11xm：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）
ꢀꢀꢀ
（2）
ꢀꢀꢀꢀ
（3）其中，n为阶数，m为度数，θ为测量点对应的球坐标系的与z轴的仰角，为测量点对应的方位角，p为相关勒让德系数，bz为测量的磁场值。
40.请注意，所述的a11xm即是gx中心梯度强度g
xcent
；s104：根据所述gx工作磁场和所述gx中心梯度强度、所述gy工作磁场和所述gy中心梯度强度、所述gz工作磁场和所述gz中心梯度强度，及所述背景磁场，确定所述梯度线圈200的gx线圈线性度、gy线圈线性度及gz线圈线性度。
41.接前文，本步骤中对线圈线性度的求法包括：由下面的gx线圈的线性度公式（4）得到gx线圈的线性度：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）其中，为gx线圈的线性度，等于bzxm-bz0m，xi是磁场传感器的圆心角θ和磁场采集装置300的方位角确定的采集点的x坐标（球坐标系），r
dsv
是传感器阵列302分度圆的半径。同样地，根据测量的bz0m和bzym，可以得到gy线圈的线性度；根据测量的bz0m和bzzm，可以得到gz线圈的线性度，在此不再展开赘述。
42.理想中，在测量线性度的过程中，半圆形固定盘301的圆心应与所述梯度线圈200的中心重合；x轴应指向梯度线圈200的0
°
角方向，但在实际操作中，不论是所述半圆形固定盘301的圆心还是x轴的指向，与理想状态具有差距，因此，为保障测量准确度，需要在测量前对所述磁场采集装置300的姿态进行调整，至此引出下面的优选实施方式b1至b4，结合b1至b4的具体实施方式的流程示意图如图2所示。
43.作为一种优选实施方式，在测量获取所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场之前，还包括：b1：分别单独对梯度线圈200的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置300测量获取对应的gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场、gz线圈定位磁场。
44.所述gx线圈定位磁场、所述gy线圈定位磁场及所述gz线圈定位磁场的测量获取可参考前文中对工作磁场的获取，在此不再展开赘述。
45.b2：根据所述gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场、gz线圈定位磁场及所述背景磁场通过球谐变换得到所述磁场采集装置300对应的三轴偏移量及方位角偏移量。
46.所述三轴偏移量也即所述半圆形固定盘301的圆心相对于所述梯度线圈200的中心在x、y、z三方向上各自的偏移量，换句话说，所述三轴偏移量包括x轴偏移量、y轴偏移量及z轴偏移量；同样地，由前文可知，由于所述梯度线圈200通常包含三组独立的线圈gx、gy和gz，因此，对三个方向的偏移量的测量也需要单独获取以上三个线圈单独工作时对应的磁场分量，换言之，所述定位磁场包括gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场及gz线圈定位磁场。
47.b3：通过所述三轴偏移量及所述方位角偏移量对所述磁场采集装置300的定位进行调整。
48.接前文对于所述三轴偏移量、所述定位磁场及所述背景磁场的展开说明，从b1至b3的步骤的一种具体实施方式包括：c1：测量获取所述gx线圈定位磁场。
49.本步骤中所述背景磁场为所述超导磁体100产生的背景磁场，下文简称为bz0x，获取bz0x的步骤包括：在初始位置0
°
角方位，12个磁场传感器采集对应点磁场数据，存储到上位机600；将磁场采集装置300转到90
°
角方位，采集并且存储磁场数据；再依次将磁场采集装置300转到180
°
和270
°
对应的方位角（各个方位角的角度可参考图6），分别采集和存储磁场数据，得到的即为bz0x。
50.下面测量获得所述gx线圈定位磁场（简称bzx），由于bzx需要所述梯度线圈200对应的分量线圈工作，具体地，包括：将直流电源500连接到梯度线圈200的gx线圈的接线柱，调节直流电源500的输出电流到工作电流ix，然后进行磁场采集得到bzx数据，其操作与前述采集bz0x的操作相同，依次转动所述磁场采集装置300到0
°
、90
°
、180
°
、270
°
方位角采集
磁场数据，这里不再赘述。所述的电流ix为一小电流，其大小一般为10-15a。所述的稳定后等待几分钟是为了消除电流ix引起的涡流干扰。
51.c2：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定x轴偏移量及方位角偏移量。
52.本步骤中，所述x轴偏移量的具体获取方法可包括：d1：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量。
53.本步骤中具体的球谐分量通过前文中的式（1）至式（3）的球谐变换公式获得，在此不再展开赘述。
54.具体到本步骤中，需要通过前述式（1）式（2）获得的球谐分量a00x及a11x。
55.d2：通过下式（5）确定所述x轴偏移量：dx=a00x/a11x
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（5）其中，a00x及a11x为对应的球谐分量，dx为所述x轴偏移量。
56.采用上述式（5）得到所述x轴偏移量，直观方便，需要的算力较少，计算效率较高。
57.进一步地，所述方位角偏移量的具体获取方法可包括：e1：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量。
58.本步骤中同样通过前述的式（2）式（3）获得所需的球谐分量（具体到计算方位角偏移量为b11x及a11x），当然，也可将本步骤e1与前文中的d1合并，一次性算出所需的球谐分量，之后分别执行步骤d2及e2，算出所需的偏移量。
59.e2：通过下式（6）确定所述方位角偏移量：
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（6）其中，b11x及a11x为对应的球谐分量，为所述方位角偏移量。
60.采用上述式（6）得到所述方位角偏移量，直观方便，需要的算力较少，计算效率较高。
61.c3：将所述磁场采集装置300根据所述x轴偏移量及所述方位角偏移量进行调整移动。
62.从步骤c1至c3不难看出，上述三步骤仅针对所述磁场采集装置300在x方向上的定位误差及方位角误差进行了纠正与调整。
63.进一步地，在将所述磁场采集装置300根据所述x轴偏移量及所述方位角偏移量进行调整移动之后，还包括：f1：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置300对应的新背景磁场及新gx线圈定位磁场。
64.f2：根据所述新背景磁场及新gx线圈定位磁场通过球谐变换，确定新x轴偏移量及新方位角偏移量。
65.f3：判断所述新x轴偏移量及新方位角偏移量是否小于预设的容忍阈值。
66.f4：当所述新x轴偏移量及所述新方位角偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续重复步骤f1至f3，直至得到的新x轴偏移量及新方位角偏移量小于所述容忍阈值。
67.本具体实施方式中，在进行一次对所述磁场采集装置300的调整之后，还会进一步进行验证，不断调整所述磁场采集装置300在x方向上的位置及自身方位角的朝向，直至获取的偏移量小于预设的容忍值，增加验证步骤可进一步确保所述磁场采集装置300位置的正确性。
68.此外不难发现，在本具体实施方式中，将各个偏移量分开计算，且在计算得到某一偏移量后，及时对所述磁场采集装置300的位置及方位角角度进行调整，避免了不正确的位置和姿态对后续其他偏移量的计算造成干扰，以本具体实施方式中的步骤c1至c3为例，在c1至c3中，计算了所述x轴偏移量及方位角偏移量，并对所述磁场采集装置300进行了调整，因此在后续步骤c4至c6对y轴偏移量的计算中，即可避免所述磁场采集装置300在x轴上的位置有偏差从而获取的背景磁场及所述gy线圈定位磁场不准，进而导致的所述y轴偏移量计算不准，同理，在得到所述y轴偏移量后，及时对所述磁场采集装置300在y轴方向上位置进行调整，也避免了对背景磁场及所述gz线圈定位磁场不准，大大提升了测量准确度。
69.c4：完成所述x轴偏移量及所述方位角偏移量的调整后，测量获取所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场。
70.c5：根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，通过球谐变换，确定y轴偏移量。
71.本步骤中，所述y轴偏移量的具体获取方法可包括：d3：根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量。
72.本步骤中具体的球谐分量通过前文中的式（1）至式（3）的球谐变换公式获得，在此不再展开赘述。
73.具体到本步骤中，需要通过前述式（1）式（3）获得的球谐分量a00y及b11y。
74.d4：通过下式（7）确定所述y轴偏移量：dy=a00y/b11y
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（7）其中，a00y及b11y为对应的球谐分量，dy为所述y轴偏移量。
75.采用上述式（7）得到所述y轴偏移量，直观方便，需要的算力较少，计算效率较高。
76.c6：将所述磁场采集装置300根据所述y轴偏移量进行调整移动。
77.从步骤c4至c6不难看出，上述三步骤仅对所述磁场采集装置300在y方向上的定位误差进行了纠正与调整。而从c4至c6的三步骤的具体执行过程可以参考前文中对步骤c1至c3的描述，在此不再展开赘述。
78.相应地，在将所述磁场采集装置300根据所述y轴偏移量进行调整移动之后，还包括：g1：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置300对应的新背景磁场及新gy线圈定位磁场。
79.g2：根据所述新背景磁场及新gy线圈定位磁场通过球谐变换，确定新y轴偏移量。
80.g3：判断所述新y轴偏移量是否小于所述容忍阈值。
81.g4：当所述新y轴偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续重复步骤g1至g3，直至得到的新y轴偏移量小于所述容忍阈值。
82.步骤g1至g4同样为对所述磁场采集装置300的调整之后的进一步验证，以便保障调整后的位置的准确性，具体请参考前文中对步骤f1至f4的描述，在此不再赘述。
83.c7：完成所述y轴偏移量的调整后，测量获取所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场。
84.c8：根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，通过球谐变换，确定z轴偏移量。
85.本步骤中，所述z轴偏移量的具体获取方法可包括：d5：根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量。
86.本步骤中具体的球谐分量通过前文中的式（1）至式（3）的球谐变换公式获得，在此不再展开赘述。
87.具体到本步骤中，需要通过前述式（1）式（2）获得的球谐分量a00z及a10z。
88.d6：通过下式（8）确定所述z轴偏移量：dz=a00z/a10z
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（8）其中，a00z及a10z为对应的球谐分量，dz为所述z轴偏移量。
89.c9：将所述磁场采集装置300根据所述z轴偏移量进行调整移动，完成对所述磁场采集装置300的定位调整。
90.从步骤c7至c9不难看出，上述三步骤仅磁场在z方向上的分量对所述磁场采集装置300在z方向上的定位误差进行了纠正与调整。而从c7至c9的三步骤的具体执行过程可以参考前文中对步骤c1至c3的描述，在此不再展开赘述。
91.相应地，在将所述磁场采集装置300根据所述z轴偏移量进行调整移动之后，还包括：h1：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置300对应的新背景磁场及新gz线圈定位磁场。
92.h2：根据所述新背景磁场及新gz线圈定位磁场通过球谐变换，确定新z轴偏移量。
93.h3：判断所述新z轴偏移量是否小于所述容忍阈值。
94.h4：当所述新z轴偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续重复步骤h1至h3，直至得到的新z轴偏移量小于所述容忍阈值。
95.步骤h1至h4同样为对所述磁场采集装置300的调整之后的进一步验证，以便保障调整后的位置的准确性，具体请参考前文中对步骤f1至f4的描述，在此不再赘述。
96.当然，进一步地，所述容忍阈值包括方位角阈值、x轴阈值、y轴阈值及z轴阈值；所述x轴阈值、所述y轴阈值及所述z轴阈值不一致。
97.换言之，所述磁场采集装置300在各个方向上对于偏移量的容忍度可以不同，可根据实际需要进行调整，使本具体实施方式提供的技术方案具有更好的泛用性，适用更多特殊情况。
98.相应地，所述分别单独对梯度线圈200的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置300测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场包括：b4：分别单独对梯度线圈200的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过调整过定位的磁场采集装置300测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场。
99.本优选实施方式在正式进行线性度测量之前，首先利用球谐变换获得了所述磁场采集装置300在三个轴向上的偏移量，以及方位角与预设标准0
°
之间的偏移量，并进行了对应的调整，保障了磁场采集装置300在梯度线圈200中位置的准确性，也就进而提升了后续
正式的线性度测量中获得的磁场数据的准确性，进而提升了线性度测量结果的准确性。
100.本发明所提供的梯度线圈200线性度的测量方法，通过磁场采集装置300测量获取背景磁场；分别单独对梯度线圈200的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置300测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场；根据所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场及所述背景磁场，通过球谐变换，得到对应的gx中心梯度强度、gy中心梯度强度及gz中心梯度强度；根据所述gx工作磁场和所述gx中心梯度强度、所述gy工作磁场和所述gy中心梯度强度、所述gz工作磁场和所述gz中心梯度强度，及所述背景磁场，确定所述梯度线圈200的gx线圈线性度、gy线圈线性度及gz线圈线性度。本发明不需要在能够成像的设备上也能进行线性度测量，实现了部件级的线性度测量，从而大大降低了对测量设备的要求，也简化了测量流程，进而大大降低测量成本，此外，由于本发明通过磁场采集装置300分别获取三个线圈的磁场并结合背景磁场利用球谐变换进行线性度测试，能保障很高的测量精度，因此更满足梯度线圈200的大规模生产要求。
101.本发明同时还提供了一种梯度线圈200线性度的测量系统，其一种具体实施方式的结构示意图请参考图3至图6，所述梯度线圈200线性度的测量系统执行实现如上述任一种所述的梯度线圈200线性度的测量方法的步骤，包括超导磁体100、磁场采集装置300、信号处理器400及直流电源500；所述超导磁体100用于提供所述背景磁场；所述梯度线圈200套装于所述超导磁体100的腔体内侧；所述磁场采集装置300工作时位于所述超导磁体100的腔体内，用于测量获取对应的磁场；所述直流电源500对所述梯度线圈200供电；所述信号处理器400与所述磁场采集装置300连接，用于处理所述磁场采集装置300获取的数据。
102.本发明提供的梯度线圈200线性度的测量系统的具体结构及工作原理请参考前文对梯度线圈200线性度的测量方法的描述，在此不做赘述，需要注意的是，前文中提及的上位机600为存储、显示所述信号处理器400处理后的数据的终端，在实际工作中，可以使用所述上位机600，也可以使用其他终端对数据进行显示与保存，本发明在此不作限定。
103.本发明所提供的梯度线圈200线性度的测量系统，用于执行实现如上述任一种所述的梯度线圈200线性度的测量方法的步骤，包括超导磁体100、磁场采集装置300、信号处理器400及直流电源500；所述超导磁体100用于提供所述背景磁场；所述梯度线圈200套装于所述超导磁体100的腔体内侧；所述磁场采集装置300工作时位于所述超导磁体100的腔体内，用于测量获取对应的磁场；所述直流电源500对所述梯度线圈200供电；所述信号处理器400与所述磁场采集装置300连接，用于处理所述磁场采集装置300获取的数据。本发明不需要在能够成像的设备上也能进行线性度测量，实现了部件级的线性度测量，从而大大降低了对测量设备的要求，也简化了测量流程，进而大大降低测量成本，此外，由于本发明通过磁场采集装置300分别获取三个线圈的磁场并结合背景磁场利用球谐变换进行线性度测试，能保障很高的测量精度，因此更满足梯度线圈200的大规模生产要求。
104.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装
置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
105.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
106.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
107.以上对本发明所提供的梯度线圈线性度的测量方法及测量系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，包括：通过磁场采集装置测量获取背景磁场；分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场；根据所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场及所述背景磁场，通过球谐变换，得到对应的gx中心梯度强度、gy中心梯度强度及gz中心梯度强度；根据所述gx工作磁场和所述gx中心梯度强度、所述gy工作磁场和所述gy中心梯度强度、所述gz工作磁场和所述gz中心梯度强度，及所述背景磁场，确定所述梯度线圈的gx线圈线性度、gy线圈线性度及gz线圈线性度。2.如权利要求1所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，在测量获取所述gx工作磁场、所述gy工作磁场、所述gz工作磁场之前，还包括：分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量获取对应的gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场、gz线圈定位磁场；根据所述gx线圈定位磁场、gy线圈定位磁场、gz线圈定位磁场及所述背景磁场通过球谐变换得到所述磁场采集装置对应的三轴偏移量及方位角偏移量；通过所述三轴偏移量及所述方位角偏移量对所述磁场采集装置的定位进行调整；相应地，所述分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过所述磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场包括：分别单独对梯度线圈的gx线圈、gy线圈、gz线圈上电，通过调整过定位的磁场采集装置测量获取对应的gx工作磁场、gy工作磁场、gz工作磁场。3.如权利要求2所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，从获取所述gx线圈定位磁场、所述gy线圈定位磁场、及所述gz线圈定位磁场，到通过所述三轴偏移量及所述方位角偏移量对所述磁场采集装置的定位进行调整包括：测量获取所述gx线圈定位磁场；根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定x轴偏移量及方位角偏移量；将所述磁场采集装置根据所述x轴偏移量及所述方位角偏移量进行调整移动；完成所述x轴偏移量及所述方位角偏移量的调整后，测量获取所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场；根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，通过球谐变换，确定y轴偏移量；将所述磁场采集装置根据所述y轴偏移量进行调整移动；完成所述y轴偏移量的调整后，测量获取所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场；根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，通过球谐变换，确定z轴偏移量；将所述磁场采集装置根据所述z轴偏移量进行调整移动，完成对所述磁场采集装置的定位调整。4.如权利要求3所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，所述根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定x轴偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述x轴偏移量：
dx=a00x/a11x其中，a00x及a11x为对应的球谐分量，dx为所述x轴偏移量；和/或所述根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，通过球谐变换，确定y轴偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gy线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述y轴偏移量：dy=a00y/b11y其中，a00y及b11y为对应的球谐分量，dy为所述y轴偏移量；和/或所述根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，通过球谐变换，确定z轴偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gz线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述z轴偏移量：dz=a00z/a10z其中，a00z及a10z为对应的球谐分量，dz为所述z轴偏移量。5.如权利要求3所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，通过球谐变换，确定方位角偏移量包括：根据所述背景磁场及所述gx线圈定位磁场，利用球谐变换得到对应的球谐分量；通过下式确定所述方位角偏移量：；其中，b11x及a11x为对应的球谐分量，为所述方位角偏移量。6.如权利要求3所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，在将所述磁场采集装置根据所述x轴偏移量及所述方位角偏移量进行调整移动之后，还包括：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置对应的新背景磁场及新gx线圈定位磁场，根据所述新背景磁场及新gx线圈定位磁场通过球谐变换，确定新x轴偏移量及新方位角偏移量，并判断所述新x轴偏移量及新方位角偏移量是否小于预设的容忍阈值，当所述新x轴偏移量及所述新方位角偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续在根据所述新x轴偏移量及新方位角偏移量对所述磁场采集装置进行调整移动之后，获取新背景磁场及新gx线圈定位磁场，直至得到的新x轴偏移量及新方位角偏移量小于所述容忍阈值；相应地，在将所述磁场采集装置根据所述y轴偏移量进行调整移动之后，还包括：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置对应的新背景磁场及新gy线圈定位磁场，根据所述新背景磁场及新gy线圈定位磁场通过球谐变换，确定新y轴偏移量，并判断所述新y轴偏移量是否小于所述容忍阈值，当所述新y轴偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续在根据所述新y轴偏移量对所述磁场采集装置进行调整移动之后，获取新背景磁场及新gy线圈定位磁场，直至得到的新y轴偏移量小于所述容忍阈值；相应地，在将所述磁场采集装置根据所述z轴偏移量进行调整移动之后，还包括：获取进行过调整移动后的所述磁场采集装置对应的新背景磁场及新gz线圈定位磁场，根据所述新背景磁场及新gz线圈定位磁场通过球谐变换，确定新z轴偏移量，并判断所述新z轴偏移量是否小于所述容忍阈值，当所述新z轴偏移量不小于预设的容忍阈值时，继续在
根据所述新z轴偏移量对所述磁场采集装置进行调整移动之后，获取新背景磁场及新gz线圈定位磁场，直至得到的新z轴偏移量小于所述容忍阈值。7.如权利要求6所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，所述容忍阈值包括方位角阈值、x轴阈值、y轴阈值及z轴阈值；所述x轴阈值、所述y轴阈值及所述z轴阈值不一致。8.如权利要求3所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，对所述梯度线圈对应的定位磁场和/或工作磁场的测量获取，包括：对所述梯度线圈的gx线圈或gy线圈或gz线圈上电，等待第一预设时间后，再通过所述磁场采集装置获取对应的定位磁场或工作磁场。9.如权利要求1至8所述的梯度线圈线性度的测量方法，其特征在于，所述磁场采集装置包括固定盘及传感器阵列；所述固定盘用于固定所述传感器阵列；所述传感器阵列包括的传感器按照高斯积分点位置分布在半圆弧上；所述磁场采集装置对应的磁场采集方法包括：根据固定的角度间隔，确定多个采样方位角；通过所述磁场采集装置测量多个预设方位角的采样磁场数据；根据多个所述采样磁场数据，确定对应的磁场。10.一种梯度线圈线性度的测量系统，其特征在于，所述梯度线圈线性度的测量系统执行实现如权利要求1至9任一项所述的梯度线圈线性度的测量方法的步骤，包括超导磁体、磁场采集装置、信号处理器及直流电源；所述超导磁体用于提供所述背景磁场；所述梯度线圈套装于所述超导磁体的腔体内侧；所述磁场采集装置工作时位于所述超导磁体的腔体内，用于测量获取对应的磁场；所述直流电源对所述梯度线圈供电；所述信号处理器与所述磁场采集装置连接，用于处理所述磁场采集装置获取的数据。

技术总结
本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种梯度线圈线性度的测量方法及测量系统，通过磁场采集装置测量获取背景磁场；分别单独对梯度线圈的Gx线圈、Gy线圈、Gz线圈上电，通过磁场采集装置测量获取对应的Gx工作磁场、Gy工作磁场、Gz工作磁场；根据Gx工作磁场、Gy工作磁场、Gz工作磁场及背景磁场，通过球谐变换，得到对应的Gx中心梯度强度、Gy中心梯度强度及Gz中心梯度强度；根据Gx工作磁场和Gx中心梯度强度、Gy工作磁场和Gy中心梯度强度、Gz工作磁场和Gz中心梯度强度，及背景磁场，确定梯度线圈的Gx线圈线性度、Gy线圈线性度及Gz线圈线性度。本发明降低测量成本，提高测量效率，保障了很高的测量精度。很高的测量精度。很高的测量精度。


技术研发人员：李兰凯 何群 朱雪松 刘照泉 郑杰 姚海锋 许建益
受保护的技术使用者：宁波健信超导科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/9/23