核磁共振技術在生物化學分析、醫學成像等領域都有廣泛的應用。根據產生磁共振設備主磁場的磁體類型，磁共振主流設備又分為超導磁共振和永磁體磁共振。近些年來，高場的超導磁共振儀器發展迅速，占據了目前磁共振成像領域的大部分市場，而永磁磁共振系統由于其成本低、占地空間小等特點在專科磁共振應用（如關節磁共振、嬰兒磁共振）中具有不可替代的優勢，依舊存在較大的市場。常規的永磁磁共振設備一般由鐵軛、永磁磁塊及極板等構成，用于產生高均勻性磁場。然而由于極板一般由高導磁率純鐵組成，在梯度波形施加過程中，極板中會感應出形成拮抗作用的電流，產生與梯度場相反的磁場分布，從而影響梯度線圈的性能，包括梯度場強度、梯度場線性度等。極板中感應電流甚至會導致線圈的電感提高兩個數量級，降低梯度波切換速率，對磁共振成像速度造成嚴重制約。

　　中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所醫學影像室核磁共振組針對永磁磁共振設備的上述問題，結合極板對梯度線圈性能影響提出了一種改進的鏡像電流模型建立方法，對梯度線圈結構進行優化設計，抵消極板的影響。首先基于課題組已有的關節磁共振系統結構尺寸，根據極板的分布，在有限元仿真軟件中計算極板對縱向梯度線圈的影響；然后建立極板的鏡像電流模型，包括圓線圈和縱向梯度線圈兩種結構，在數值分析軟件中結合有限元仿真的結果對兩種結構進行優化，逼近極板對梯度場性能的干擾結果，通過對比得出圓線圈能夠更好地模擬極板的影響；利用優化出的圓線圈結構對梯度線圈設計進行改進，綜合考慮梯度線圈的梯度場線性度，利用目標場點誤差及電感等因素，并利用有約束的Levenberg – Marquardt優化算法，改進梯度線圈設計，取得了較好的優化結果，算法運算速度快，效率高。通過與邊界元梯度線圈優化算法進行比較表明本文的算法大大縮短運算時間，證明了算法的優異性。

　　以上研究得到中科院科研裝備項目（批準號：YZ201445, YZ201313）、江蘇省科技項目（批準號：BK20131171）的支持，相關工作已經發表在Concepts in Magnetic Resonance Part B: Magnetic Resonance Engineering（published: 19 November 2016，DOI: 10.1002/cmr.b.21344），題為pole plate effected gradient coils design in permanent magnet MRI system。

　　圖1：永磁磁共振系統結構示意圖

　　圖2：不同的約束條件下縱向梯度線圈的優化結果，其中實線代表不考慮極板效應時的線圈分布，虛線代表考慮極板效應時線圈優化分布，a）-d）分別對應無約束，電流密度函數約束半徑rad為600，1，0.1下的梯度線圈分布。

　　圖3：電流密度函數約束條件rad與誤差優化結果關系，可見當rad為4.466時，誤差結果能夠達到最優值。