磁共振设备中磁场均匀性要求极高，需要达到ppm量级的变化幅度，研究主动匀场提高磁场均匀度十分必要。传统磁共振匀场设计针对球谐函数正交基设计多组匀场线圈，存在交叉项的问题。而组装过程中多组线圈之间的位移也可能引入高阶的磁场污染，直接导致匀场迭代过程十分耗时。此外，数十层球谐函数匀场线圈组也占用大量的磁体内部空间，不适用于紧凑型的磁体应用。
阵列线圈(也称“多线圈”)技术利用分布在圆柱表面上的一组线圈直接产生目标磁场分布，适用于紧凑型磁共振设备匀场应用。传统的阵列线圈组匀场技术研究主要针对超导磁共振设备，而对于紧凑型的Halbach磁体的阵列线圈截止至目前还没有相关研究出现。
近日，苏州医工所杨晓冬课题组与德国弗莱堡大学合作，提出一种基于谐波函数分解的阵列匀场线圈设计理论（Spherical Harmonics Decomposition Method，SHDM），可基于一组阵列线圈设计，适应多种类型的匀场需求。通过针对一阶、三阶以及混合的一/二阶场的匀场设计，与标准阵列线圈的比较，优化的阵列线圈性能具有显著的提升，包括降低功耗、最大电流幅度和总电流。进一步的计算表明，线圈的几何形状在优化中相比标准阵列线圈，结构适应了其最差性能球谐函数场分布，从而获取整体更好的匀场能力。
这项工作提出了一种直接的不规则阵列线圈优化设计理论和方法，在紧凑型磁共振系统中具有重要应用价值，同时也可应用于常规磁共振设备的局部梯度和匀场线圈设计。
相关的研究成果以题为“A Spherical Harmonics Decomposition Method (SHDM) for irregular Matrix Coils design”发表在期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering上，第一作者为徐雅洁，杨晓冬研究员和Maxim Zaitsev教授为通讯作者。
论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34506275/（DOI: 10.1109/TBME.2021.3111656）
图1. SH(1，-1/0/1)一阶阵列线圈的实现。a) 3D打印阵列线圈，b)R2.5mm球面上SH(1，-1)的场分布，其中 yoz和xoy平面上的场如b.2-3所示；c)-d)是SH(1，0)和SH(1，1)场图及其相应平面场分布。
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