潘辉王亮 王强龙 陈利民贾峰 刘震宇†

1)(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033)2)(中国科学院大学,北京 100039)3)(德国弗莱堡大学医学院医学中心放射学系医学物理科,弗莱堡 79110)

基于Pareto优化理论的多目标超椭梯度线圈设计∗

潘辉1)2)王亮1)王强龙1)陈利民1)2)贾峰3)刘震宇1)†

1)(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033)2)(中国科学院大学,北京 100039)3)(德国弗莱堡大学医学院医学中心放射学系医学物理科,弗莱堡 79110)

(2016年12月21日收到;2017年2月6日收到修改稿)

磁共振系统梯度线圈设计是一个多目标优化问题,在设计时需要综合考虑能耗、磁场能、线性度等设计要求.这些设计要求通常难以同时获得极小解,因此在设计梯度线圈时需要权衡线圈的各方面的设计需求.本文基于柱面可展性和流函数设计方法,结合Pareto优化方法实现了在超椭圆柱设计表面上梯度线圈的多目标设计.分别分析了磁场能、能耗目标对梯度线圈线性度、线圈构型的影响;并在Pareto解空间中分析各目标的相互变化关系,通过数值算例验证了该方法在超椭梯度线圈设计时的有效性与灵活性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%,能耗与磁场能分别小于用户设定值的设计约束下,梯度线圈的多目标设计存在多个局部优化解.该方法可以直观地比较相同目标函数值的情况下各单目标的具体表现,有利于实现不同的设计要求下梯度线圈的最终定型设计.

梯度线圈,流函数,超椭圆……