磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)系统由磁体系统、谱仪和计算机三大部分组成。其中磁体系统包括主磁体、梯度线圈和射频线圈。主磁体是MRI系统中最大、最重的部分,成本也相当高。目前医学应用中,磁共振成像系统多为传统的“磁体包围样品”结构,这种MRI系统结构的特点是成像区域体积大、磁场均匀度高、成像速度快。但其主磁体体积庞大,且整套设备价格昂贵,并不利于MRI系统在中小医院的普及。而且,成像区域被封闭在磁体内部,限制了MRI在介入式治疗和手术中的使用。本文设计了一种完全开放式的MRI磁体结构,成像区域位于磁体的外部,这种具有单边结构特点的磁体与传统的MRI系统磁体结构不同,配合使用特殊的成像原理,可以满足介入式治疗对MRI成像的要求。这种主磁体结构的磁体体积小、重量轻且价格低廉,有利于MRI系统在基层医疗机构的普及。 本文首先对完全开放式MRI主磁体设计的关键问题及难点进行了分析,探讨了其可能的磁体结构设计方法;接着应用电磁场基础理论和数学论证了构建这种MRI磁体的可行性;然后根据磁场基础理论及磁偶极子对模型理论等基本电磁场原理,提出一种设计MRI单边主磁体初始结构的方法。为了使设计出的磁体结构满足医用MRI应用的要求,本文首先对初始结构进行了改进,添加了补偿结构,接着采用表面响应模型与遗传算法相结合的混合优化算法,对改进后的设计结构进行了形状优化。数值仿真结果表明,最终的磁体结构其成像区域的场强及磁场均匀度这两个参数值已经接近医用磁共振成像的需要。