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 (( B راست + B چپ )/( B راست – B چپ ))
در اینجا، B سمت راست و B 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 ![]() |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | ![]() |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 | ![]() |
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 ![]() |
4 | ![]() |
5 | ![]() |
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
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 ![]() ![]() |
6 | ![]() |
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 ![]() |
2 | ![]() |
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 | ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 | ![]() |
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 1 (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 1 (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 ![]() |
2 | فقط مرزهای 5، 6، 65 و 78 را انتخاب کنید. |
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | ![]() |
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 V 0 عدد 200 را تایپ کنید . |
پورت 2 جمع شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
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 V 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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
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 | ![]() |
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 ، ![]() |
نتایج
میدان الکتریکی (emw)

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 1 (sol1) کلیک کنید . |
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 1 (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 ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (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 ![]() |
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 ![]() |
8 | ![]() |
9 | ![]() |
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 3 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 1 ( 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 ![]() |
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 4 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 1 (comp1)>Definitions>Variables>stdev – انحراف استاندارد E 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 ![]() |
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 1 (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 ![]() |
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 ![]() |
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 ، ![]() |
نتایج
مطالعه 2/راه حل 2 (sol2)
در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Datasets روی Study 2/Solution 2 (sol2) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ![]() |
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 2 (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 1 (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 ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 ( comp1)>Definitions>Variables>intBaxialratiodB – ادغام دایره شار مغناطیسی در اطراف فانتوم – m را انتخاب کنید . |
5 | ![]() |
ارزیابی جهانی 2
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>stdev – انحراف استاندارد E norm – V/m را انتخاب کنید . |
5 | ![]() |
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 ![]() |
2 | ![]() |
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 | ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 | ![]() |
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی ![]() |
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 ![]() |
2 | فقط شی c1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تبدیل به منحنی ، روی ![]() |
صفحه کار 1 (wp1)> حذف نهادهای 1 (del1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی ![]() |
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 | ![]() |
5 | ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
تبدیل به Surface 1 (csur1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
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 ![]() |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
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 | ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |
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 ![]() |