کویل قفس پرنده ام آر آی

View Categories

کویل قفس پرنده ام آر آی

26 min read

PDF

کویل قفس پرنده ام آر آی
معرفی
این مثال شامل طراحی و بهینه سازی یک سیم پیچ قفس پرنده است تا بتواند یک توزیع میدان مغناطیسی همگن برای یک سیستم تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) ارائه دهد. این معمولاً برای سیستم‌های MRI انجام می‌شود تا بتوانند تصاویری با وضوح بالاتر تولید کنند.
میدان مغناطیسی همگن با تحریک مربعات و مقدار بهینه عناصر توده در سیم پیچ به دست می آید. برای یافتن مقدار بهینه در فرکانس لارمور مورد نظر با یک فانتوم هوا، یک جارو پارامتریک برای ظرفیت عناصر توده ای سیم پیچ انجام می شود. عملکرد سیم پیچ، بارگذاری شده با فانتوم سر انسان، نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.
شکل 1: سیم پیچ قفس پرنده توسط یک پوسته رسانای استوانه ای محافظت می شود. قسمت جلویی سپر برای اهداف تجسم برداشته می شود. مرزهای جذب در این شکل گنجانده نشده است.
تعریف مدل
شکل 1 هندسه مثال را نشان می دهد که شامل یک سیم پیچ قفس پرنده است که در اطراف یک فانتوم سر انسان قرار گرفته است. قابل توجه است که تعدادی خازن روی سیم پیچ وجود دارد. اینها فرکانس رزونانس سیم پیچ و همگنی میدانی را که تولید می کند تعیین می کند. سیم پیچ در داخل یک محافظ RF قرار می گیرد. سطوح سیم پیچ و حفاظ اطراف سیم پیچ دارای شرایط رسانای الکتریکی کامل (PEC) هستند. پورت های توده ای برای ارائه تحریک مربعات برای سیم پیچ استفاده می شود، در حالی که خازن های سیم پیچ با استفاده از عناصر توده ای تعریف می شوند.
دامنه هوا در اطراف سیم پیچ با استفاده از یک کره هوا مدل شده است. شرایط مرزی پراکندگی در امتداد مرزهای کره استفاده می شود تا از هر گونه انعکاس به حوزه مدل سازی از بیرونی ترین مرزها جلوگیری شود.
برای به دست آوردن یک میدان همگن در فرکانس لارمور برای یک فانتوم هوا، ظرفیت عناصر توده ای در سیم پیچ با استفاده از یک جارو پارامتریک تنظیم می شود. دایره ای میدان با تخمین نسبت محوری میدان مغناطیسی اطراف فانتوم ارزیابی می شود. مجموع نسبت محوری در دسی بل با ادغام خط کمیت زیر ارزیابی می شود:
20log 10 (( راست + چپ )/( راست – چپ ))
در اینجا، سمت راست و چپ به ترتیب اجزای چرخشی میدان مغناطیسی در سمت راست و چپ هستند. همگنی میدان با ارزیابی انحراف معیار میدان الکتریکی اطراف فانتوم اندازه‌گیری می‌شود.
گزینه کنترل خودکار مش در واسط امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس با حداکثر اندازه عنصر مش به عنوان 1/6 طول موج فضای آزاد استفاده می شود. این مثال همچنین یکنواختی و دایره ای بودن میدان در سیم پیچ را هنگام بارگیری با فانتوم سر انسان تخمین می زند.
نتایج و بحث
شکل 2 میدان مغناطیسی اطراف فانتوم هوا را با مقدار بهینه برای ظرفیت عناصر توده ای در فرکانس لارمور نشان می دهد. بخش واقعی چگالی شار مغناطیسی تقریباً متعامد به قسمت خیالی آن است که نشان می دهد شار به صورت دایره ای می چرخد.
شکل 2: توزیع هنجار چگالی مغناطیسی با نمودار پیکانی قسمت واقعی (قرمز) و موهومی (آبی) چگالی شار مغناطیسی فقط برای سیم پیچ.
شکل 3 میدان سیم پیچ بارگذاری شده با فانتوم سر انسان را نشان می دهد. در مقایسه با مورد با فانتوم هوا، یکنواختی و دایره‌ای میدان به دلیل بارگذاری بالای دی الکتریک در وسط سیم پیچ مخدوش است. خازن های سیم پیچ را می توان برای این کیس بارگذاری شده بیشتر تنظیم کرد.
شکل 3: توزیع هنجار چگالی مغناطیسی با نمودار پیکانی که بخش واقعی (قرمز) و موهومی (آبی) چگالی شار مغناطیسی را هنگام بارگذاری با فانتوم سر انسان نشان می دهد.
شکل 4 و شکل 5 ادغام نسبت محوری چگالی شار مغناطیسی و انحراف استاندارد هنجار میدان الکتریکی در اطراف مدل هد را برای مقادیر مختلف خازن المان های توده ای نشان می دهد. برای دستیابی به یک میدان مغناطیسی دایره‌ای قطبی همگن، می‌توان مشاهده کرد که مقدار بهینه ظرفیت حدود 28 pF است.
شکل 4: ادغام نسبت محوری چگالی شار مغناطیسی در اطراف مدل سر
شکل 5: انحراف معیار هنجار میدان الکتریکی در اطراف مدل سر
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Passive_Devices/mri_coil
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard ، روی  3D کلیک کنید .
2
در درخت انتخاب  فیزیک ، فرکانس رادیویی   امواج الکترومغناطیسی،  دامنه فرکانس  (emw) را انتخاب کنید .
3
روی افزودن کلیک کنید .
4
 روی مطالعه کلیک کنید .
5
در درخت انتخاب  مطالعه ، General  Studies>Frequency  Domain را انتخاب کنید .
6
 روی Done کلیک کنید .
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش مطالعه  1 ، روی مرحله  1:  دامنه فرکانس  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس  ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید .
3
در قسمت متن فرکانس ، 63.87 [MHz] را تایپ کنید .
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Global  Definitions روی Parameters  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام
اصطلاح
ارزش
شرح
c_value
10 [pF]
1E-11 F
ظرفیت استفاده شده در پله ها
r_coil
0.24[m]
0.24 متر
شعاع سیم پیچ
h_کویل
0.3[m]
0.3 متر
ارتفاع سیم پیچ
l_element
0.01 [m]
0.01 متر
طول عناصر خازنی
هندسه 1
هندسه مدل به عنوان یک دنباله هندسی پارامتری در یک فایل MPH جداگانه در دسترس است. اگر می‌خواهید آن را از ابتدا بسازید، دستورالعمل‌های بخش پیوست: دستورالعمل‌های مدل‌سازی هندسه را دنبال کنید. در غیر این صورت با مراحل زیر آن را از فایل بارگیری کنید.
1
در نوار ابزار Geometry ، روی Insert  Sequence کلیک کنید و Insert  Sequence را انتخاب کنید .
2
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل mri_coil_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید .
3
در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن  همه کلیک کنید .
4
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
5
 روی دکمه Wireframe  Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
واردات 1 (imp1)
1
در نوار ابزار هندسه ، روی  واردات کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید .
3
 روی Browse کلیک کنید .
4
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل mri_coil.mphbin دوبار کلیک کنید .
فرم اتحادیه (فین)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Form  Union  (fin) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات Form  Union/Assembly ، بخش Form  Union/Assembly را پیدا کنید .
3
از لیست تحمل تعمیر  ، Absolute را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن تحمل تعمیر مطلق  ، 2.0E-9 را تایپ کنید .
تنظیم تلورانس فقط در صورتی لازم است که هندسه را با هسته CAD بسازید. اگر از هسته COMSOL استفاده می کنید، تلورانس پیش فرض خوب است.
5
در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن  همه کلیک کنید .
6
 روی ساخت  همه کلیک کنید .
مجموعه ای از انتخاب ها را ایجاد کنید تا هنگام تنظیم فیزیک از آنها استفاده شود. ابتدا یک انتخاب برای سطوح سیم پیچ ایجاد کنید.
تعاریف
کویل
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید .
2
 روی دکمه Zoom  In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
3
در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Coil را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
5
 روی Paste  Selection کلیک کنید .
6
در کادر گفتگوی Paste  Selection ، 9 10 11 12 14 16 19 21 31 33 36 38 66 67 76 77 85 87 90 92 95 97 100 102 را در قسمت انتخاب متن انتخاب کنید.
7
روی OK کلیک کنید .
برای ارزیابی میدان متوسط، انتخابی برای لبه های اطراف سیم پیچ اضافه کنید.
دایره
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Circle را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . از لیست سطح موجودیت هندسی  ، Edge را انتخاب کنید .
4
فقط Edge 61 را انتخاب کنید.
5
تیک گروه  بر اساس  مماس پیوسته را  انتخاب کنید .
یک انتخاب برای مرزهای جذب کننده اطراف دامنه مدل اضافه کنید.
جذب مرزها
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Explicit ، مرزهای جذب را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
4
فقط مرز 4 را انتخاب کنید.
5
تیک گروه  بر اساس  مماس پیوسته را  انتخاب کنید .
عملگرهایی را برای ارزیابی میدان متوسط ​​اطراف سیم پیچ تعریف کنید.
میانگین 1 (aveop1)
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal  Couplings کلیک کنید و میانگین را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای میانگین ، بخش انتخاب منبع  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح موجودیت هندسی  ، Edge را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، دایره را انتخاب کنید .
ادغام 1 (در اول)
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal  Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح موجودیت هندسی  ، Edge را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، دایره را انتخاب کنید .
متغیرهایی را برای ارزیابی نسبت محوری میدان مغناطیسی و انحراف معیار میدان الکتریکی تعریف کنید.
متغیرهای 1
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی متغیرهای  محلی  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام
اصطلاح
واحد
شرح
بلفت
abs(emw.Bx+j*emw.By)
تی
جزء چرخش دست چپ شار مغناطیسی
روشن
abs(emw.Bx-j*emw.By)
تی
جزء چرخش دست راست شار مغناطیسی
BaxialratiodB
20*log10((روشن+بلفت)/(روشن-بلفت))
نسبت محوری شار مغناطیسی
intBaxialratiodB
intop1 (abs (BaxialratiodB))
متر
ادغام دایره شار مغناطیسی در اطراف فانتوم
stdev
sqrt(aveop1(emw.normE^2)-aveop1(emw.normE)^2)
V/m
انحراف استاندارد هنجار E
مشاهده 1
هنگام تنظیم فیزیک، بیرونی ترین مرزها را برای مشاهده قسمت های داخلی پنهان کنید.
پنهان کردن برای فیزیک 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی View  1 کلیک راست کرده و Hide  for  Physics را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پنهان کردن  فیزیک  ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
4
 روی Paste  Selection کلیک کنید .
5
در کادر محاوره ای Paste  Selection ، 1-5، 8، 23، 26، 29، 63-65، 68-71 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید.
6
روی OK کلیک کنید .
مواد
از خواص مواد هوا برای همه حوزه های مدل استفاده کنید.
مواد 1 (mat1)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank  Material را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material  Contents را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
ویژگی
متغیر
ارزش
واحد
گروه اموال
مجوز نسبی
epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0
1
1
پایه ای
نفوذپذیری نسبی
mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0
1
1
پایه ای
رسانایی الکتریکی
sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0
0
S/m
پایه ای
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
فیزیک مدل را تنظیم کنید. شرایط PEC را برای مرزهای سیم پیچ تعریف کنید و با استفاده از پورت های توده ای، تحریک مربعی را برای سیم پیچ فراهم کنید. برای مدل سازی خازن های سیم پیچ از عناصر توده ای استفاده کنید.
هادی الکتریکی کامل 2
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ،  دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و شرایط مرزی Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید .
2
در پنجره Settings for Perfect  Electric  Conductor ، قسمت Boundary  Selection را پیدا کنید .
3
از لیست Selection ، Coil را انتخاب کنید .
هادی الکتریکی کامل 3
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Perfect  Electric  Conductor را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 5، 6، 65 و 78 را انتخاب کنید.
پورت انجماد 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Port را انتخاب کنید .
2
 روی دکمه Zoom  In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
3
فقط مرز 37 را انتخاب کنید.
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
4
در پنجره Settings for Lumped  Port ، بخش Settings را پیدا کنید .
5
در قسمت متنی 0 عدد 200 را تایپ کنید .
پورت 2 جمع شده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Port را انتخاب کنید .
2
فقط Boundary 101 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای پورت توده ای  ، قسمت ویژگی های پورت توده ای را پیدا کنید .
4
از لیست Wave  excitation  در  این  پورت ، On را انتخاب کنید .
5
قسمت تنظیمات را پیدا کنید . در قسمت متنی 0 عدد 200 را تایپ کنید .
6
در قسمت θ در متن، pi/2 را تایپ کنید .
المنت 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 91 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المپ 2
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 96 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر 3 برآمده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط Boundary 86 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر برآمده 4
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 32 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر برآمده 5
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 15 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر برآمده 6
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 20 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر 7 برآمده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 35 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر برآمده 8
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 89 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر 9 برآمده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 99 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المپ 10
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 94 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر انبوه 11
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط Boundary 84 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المپ 12
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 30 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المپ 13
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 13 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المنت 14
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 18 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المنت 15 برآمده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 39 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر انبوه 16
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 93 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المنت 17
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 103 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر انبوه 18
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 98 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المنت 19
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط Boundary 88 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المپ 20
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 34 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
المپ 21
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 17 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
عنصر برآمده 22
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped  Element را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 22 را انتخاب کنید.
3
در پنجره Settings برای Lumped  Element ، بخش Settings را پیدا کنید .
4
از لیست دستگاه عنصر برآمده  ، خازن را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن عنصر C ، c_value را تایپ کنید .
شرایط مرزی پراکندگی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Scattering  Boundary  Condition را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای شرایط مرزی Scattering  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مرزهای جذب را  انتخاب کنید .
مطالعه 1
یک جارو پارامتریک برای ظرفیت عناصر توده ای در سیم پیچ اضافه کنید.
جارو پارامتریک
1
در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر  Sweep کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری  ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید .
3
 روی افزودن کلیک کنید .
4
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام پارامتر
لیست مقادیر پارامتر
واحد پارامتر
c_value (ظرفیت استفاده شده در پله ها)
pF
5
 روی Range کلیک کنید .
6
در کادر محاوره‌ای Range ، عدد 20 را در قسمت متن شروع تایپ کنید .
7
در قسمت متن Step ، 0.5 را تایپ کنید .
8
در قسمت Stop text عدد 30 را تایپ کنید .
9
روی Replace کلیک کنید .
10
در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
میدان الکتریکی (emw)
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
برای تجسم فیلدها، انتخابی برای دامنه های اطراف فانتوم اضافه کنید.
1
در پنجره Model  Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study  1/Solution   (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1
در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
فقط دامنه های 3-6 را انتخاب کنید.
برای مشاهده جهت میدان مغناطیسی، یک نمودار برش برای میدان مغناطیسی و نمودارهای فلش اضافه کنید.
گروه طرح سه بعدی 2
1
در نوار ابزار نتایج ، روی  3D  Plot  Group کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for 3D  Plot  Group ، بخش Data را پیدا کنید .
3
از لیست مقدار پارامتر  (c_value (pF)) ، 28.5 را انتخاب کنید .
برش 1
1
در نوار ابزار 3D Plot Group 2 ، روی  Slice کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane  Data را پیدا کنید .
3
از لیست هواپیما ، XY-planes را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید .
5
روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Electromagnetic  Waves،  Frequency  Domain>Magnetic>emw.normB  –  Norm چگالی شار مغناطیسی  – T را انتخاب کنید .
گروه طرح سه بعدی 2
در پنجره Model  Builder ، روی 3D  Plot  Group  2 کلیک کنید .
فلش جلد 1
1
در نوار ابزار 3D Plot Group 2 ، روی حجم  پیکان  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان  ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component (comp1)>Electromagnetic Waves, Frequency Domain>Magnetic>emw.Bx,…,emw.Bz – Magnetic Flux Density را انتخاب کنید .
گروه طرح سه بعدی 2
در پنجره Model  Builder ، روی 3D  Plot  Group  2 کلیک کنید .
فلش جلد 2
1
در نوار ابزار 3D Plot Group 2 ، روی حجم  پیکان  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان  ، بخش Expression را پیدا کنید .
3
در قسمت متن X-component ، imag(emw.Bx) را تایپ کنید .
4
در قسمت Y-component text imag(emw.By) را تایپ کنید .
5
در قسمت متنی Z-component ، imag(emw.Bz) را تایپ کنید .
6
قسمت Coloring  and  Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید .
7
در نوار ابزار 3D Plot Group 2 ، روی  Plot کلیک کنید .
8
 روی دکمه Go  to  XY  View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
9
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
نمودار میدان مغناطیسی همگن و قطبی دایره ای اطراف فانتوم هوا را نشان می دهد. در شکل 2 نشان داده شده است .
گروه طرح 1 بعدی 3
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 1D  Plot  Group را انتخاب کنید .
جهانی 1
1
روی 1D  Plot  Group  کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis  Data کلیک کنید . از منو، Component   comp1)>Definitions>Variables>intBaxialratiodB  –  ادغام  دایره  شار مغناطیسی  در اطراف فانتوم – m را انتخاب کنید .
گروه طرح 1 بعدی 3
1
در پنجره Model  Builder ، روی 1D  Plot  Group  3 کلیک کنید .
2
در نوار ابزار 1D Plot Group 3 ، روی  Plot کلیک کنید .
گروه طرح 1 بعدی 4
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 1D  Plot  Group را انتخاب کنید .
جهانی 1
1
روی 1D  Plot  Group  کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis  Data کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Definitions>Variables>stdev  –  انحراف استاندارد  norm – V/m را انتخاب کنید .
گروه طرح 1 بعدی 4
1
در پنجره Model  Builder ، روی 1D  Plot  Group  4 کلیک کنید .
2
در نوار ابزار 1D Plot Group 4 ، روی  Plot کلیک کنید .
از نمودارهای 1 بعدی واضح است که مقدار ظرفیت خازنی بهینه برای به دست آوردن میدان مغناطیسی همگن حدود 28 pF است. در شکل 4 و شکل 5 رسم شده است .
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
اکنون ظرفیت عناصر توده ای را تغییر دهید و مدل را با فانتوم سر انسان دوباره اجرا کنید.
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Global  Definitions روی Parameters  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام
اصطلاح
ارزش
شرح
c_value
28 [pF]
2.8E-11 F
ظرفیت استفاده شده در پله ها
مواد
مواد 2 (mat2)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank  Material را انتخاب کنید .
2
فقط دامنه های 5 و 6 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material  Contents را پیدا کنید .
4
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
ویژگی
متغیر
ارزش
واحد
گروه اموال
مجوز نسبی
epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0
40
1
پایه ای
نفوذپذیری نسبی
mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0
1
1
پایه ای
رسانایی الکتریکی
sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0
0.9
S/m
پایه ای
اضافه کردن مطالعه
1
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Study کلیک کنید تا پنجره Add  Study باز شود .
2
به پنجره Add  Study بروید .
3
زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب  مطالعه ، General  Studies>Frequency  Domain را انتخاب کنید .
4
روی Add  Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .
5
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Study کلیک کنید تا پنجره Add  Study بسته شود .
مطالعه 2
مرحله 1: دامنه فرکانس
1
در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس  ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید .
2
در قسمت متن فرکانس ، 63.87 [MHz] را تایپ کنید .
3
در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
مطالعه 2/راه حل 2 (sol2)
در پنجره Model  Builder ، در بخش Results>Datasets روی Study  2/Solution   (sol2) کلیک کنید .
انتخاب
1
در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید .
برای تجسم فیلدها، انتخابی برای دامنه های اطراف فانتوم اضافه کنید.
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
فقط دامنه های 3-6 را انتخاب کنید.
گروه طرح سه بعدی 6
در نوار ابزار نتایج ، روی  3D  Plot  Group کلیک کنید .
برش 1
در نوار ابزار 3D Plot Group 6 ، روی  Slice کلیک کنید .
گروه طرح سه بعدی 6
1
در پنجره Settings for 3D  Plot  Group ، بخش Data را پیدا کنید .
2
از لیست مجموعه داده ، مطالعه  2/راه حل   (sol2) را انتخاب کنید .
برش 1
1
در پنجره Model  Builder ، بر روی Slice  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Slice ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Electromagnetic  Waves،  Frequency  Domain>Magnetic>emw.normB  –  Norm چگالی شار مغناطیسی  – T را انتخاب کنید .
3
قسمت Plane  Data را پیدا کنید . از لیست هواپیما ، XY-planes را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید .
گروه طرح سه بعدی 6
در پنجره Model  Builder ، روی 3D  Plot  Group  6 کلیک کنید .
فلش جلد 1
1
در نوار ابزار 3D Plot Group 6 ، روی حجم  پیکان  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان  ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component (comp1)>Electromagnetic Waves, Frequency Domain>Magnetic>emw.Bx,…,emw.Bz – Magnetic Flux Density را انتخاب کنید .
گروه طرح سه بعدی 6
در پنجره Model  Builder ، روی 3D  Plot  Group  6 کلیک کنید .
فلش جلد 2
1
در نوار ابزار 3D Plot Group 6 ، روی حجم  پیکان  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان  ، بخش Expression را پیدا کنید .
3
در قسمت متن X-component ، imag(emw.Bx) را تایپ کنید .
4
در قسمت Y-component text imag(emw.By) را تایپ کنید .
5
در قسمت متنی Z-component ، imag(emw.Bz) را تایپ کنید .
6
قسمت Coloring  and  Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید .
گروه طرح سه بعدی 6
1
در پنجره Model  Builder ، روی 3D  Plot  Group  6 کلیک کنید .
2
در نوار ابزار 3D Plot Group 6 ، روی  Plot کلیک کنید .
نمودار نشان می دهد که میدان مغناطیسی همگن و به صورت دایره ای قطبی است حتی زمانی که سیم پیچ با فانتوم سر انسان بارگذاری می شود. در شکل 3 نشان داده شده است .
ارزیابی جهانی 1
1
در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی  کلیک کنید .
نسبت محوری میدان مغناطیسی و انحراف معیار میدان الکتریکی را با فانتوم سر انسان ارزیابی کنید.
2
در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی  ، بخش داده را پیدا کنید .
3
از لیست مجموعه داده ، مطالعه  2/راه حل   (sol2) را انتخاب کنید .
4
روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component   comp1)>Definitions>Variables>intBaxialratiodB  –  ادغام  دایره  شار مغناطیسی  در اطراف فانتوم – m را انتخاب کنید .
5
 روی ارزیابی کلیک کنید .
ارزیابی جهانی 2
1
در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی  ، بخش داده را پیدا کنید .
3
از لیست مجموعه داده ، مطالعه  2/راه حل   (sol2) را انتخاب کنید .
4
روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Definitions>Variables>stdev  –  انحراف استاندارد  norm – V/m را انتخاب کنید .
5
 روی ارزیابی کلیک کنید .
ضمیمه: دستورالعمل مدلسازی هندسه
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard ، روی  3D کلیک کنید .
2
 روی Done کلیک کنید .
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Global  Definitions روی Parameters  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید .
3
 روی Load  from  File کلیک کنید .
4
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل mri_coil_parameters.txt دوبار کلیک کنید .
5
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام
اصطلاح
ارزش
شرح
t_ring
0.015 [m]
0.015 متر
هندسه 1
سیلندر 1 (cyl1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه  و  شکل را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، r_coil را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، h_coil را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -h_coil/2 را تایپ کنید .
6
برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام لایه
ضخامت (متر)
لایه 1
t_ring
7
تیک Layers  on  side را پاک کنید .
8
تیک Layers  on  bottom را انتخاب کنید .
9
تیک Layers  on  top را انتخاب کنید .
صفحه کار 1 (wp1)
1
در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار  کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای صفحه کار  ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید .
3
در قسمت متن مختصات z ، -h_coil/2+t_ring را تایپ کنید .
4
 روی Show  Work  Plane کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه  و  شکل را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، r_coil را تایپ کنید .
4
در قسمت نوشتار زاویه بخش ،  6 را تایپ کنید .
5
قسمت Rotation  Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، -22.5 را تایپ کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> تبدیل به منحنی 1 (ccur1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Conversions کلیک کنید و Convert  to  Curve را انتخاب کنید .
2
فقط شی c1 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای تبدیل  به  منحنی ، روی  ساخت  انتخاب شده کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> حذف نهادهای 1 (del1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Delete کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حذف  نهادها ، بخش Entities  یا  Objects  to  Delete را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
4
 روی دکمه Zoom  In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
5
 روی دکمه Zoom  In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
6
در شی ccur1 فقط مرزهای 2 و 3 را انتخاب کنید.
اکسترود 1 (ext1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Geometry  1 کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش General را پیدا کنید .
3
از فهرست مدیریت شی ورودی  ، Keep را انتخاب کنید .
4
بخش فاصله ها را بیابید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
فواصل (متر)
h_coil-2*t_ring
اکسترود 2 (ext2)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
فواصل (متر)
l_element
حرکت 1 (mov1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Move را انتخاب کنید .
2
فقط شی ext2 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای حرکت ، بخش Displacement را پیدا کنید .
4
در قسمت متن z ، 0 (h_coil-2*t_ring)/2-l_element/2 (h_coil-2*t_ring)-l_element را تایپ کنید .
چرخش 1 (rot1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید .
2
فقط اشیاء ext1 ، mov1(1) ، mov1(2) و mov1(3) را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای چرخش ، قسمت چرخش را پیدا کنید .
4
در قسمت نوشتار Angle ، 0 45 90 135 180 225 270 315 را تایپ کنید .
5
در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن  همه کلیک کنید .
تبدیل به Surface 1 (csur1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Conversions کلیک کنید و Convert  to  Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا همه اشیا انتخاب شوند.
3
در پنجره تنظیمات برای تبدیل  به  سطح ، روی  Build  Selected کلیک کنید .
حذف نهادهای 1 (del1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Delete کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حذف  نهادها ، بخش Entities  یا  Objects  to  Delete را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
4
 روی دکمه Wireframe  Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
5
در شیء csur1 ، فقط مرزهای 3-6، 9، 10، 21، 22، 33، 34، 36، 39، 51، 52، 63، و 64 را انتخاب کنید.
سیلندر 2 (cyl2)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه  و  شکل را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، 0.15 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، h_coil را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -h_coil/2 را تایپ کنید .
6
قسمت لایه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام لایه
ضخامت (متر)
لایه 1
h_coil/2
7
تیک Layers  on  side را پاک کنید .
8
تیک Layers  on  top را انتخاب کنید .
سیلندر 3 (cyl3)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه  و  شکل را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، r_coil+0.1 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، h_coil+0.1 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -(h_coil+0.1)/2 را تایپ کنید .
کره 1 (sph1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Sphere کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Sphere ، بخش Size را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، 0.5 را تایپ کنید .
4
در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن  همه کلیک کنید .