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为了建立满足磁共振成像要求的梯度磁场，需要针对梯度线圈的结构、梯度场的方向进行设计，从而得到需要的梯度分量。本文首先分析线圈磁场特性，然后围绕轴向梯度线圈（Maxwell线圈）、横向梯度线圈（柱面、平面横向梯度线圈）的设计优化进行讨论并进行仿真，最后制作出梯度线圈实物，与仿真及理论数值相比较。 首先，通过研究静磁场特性明确梯度线圈的设计方向，即通过磁场叠加等方法消除磁场不均匀项，保留期望的梯度项，如仅含有x、y、z的项。对于圆线圈及圆弧线圈，首先根据毕奥萨伐尔定律可以得到分别的磁场各轴向分量表达式，再分别利用勒让德级数和泰勒展开进行具体的各阶多项式优化，从而得到满足MRI要求的圆柱筒上的Z轴轴向梯度线圈和X轴、Y轴横向梯度线圈的设计方案。另外作为补充，本文也简单介绍了利用无限长直导线磁场分布公式的平面横向梯度线圈的设计方法。为了对线圈结构及理论分析的正确性进行验证，通过Matlab软件进行了数学模型的建立，并结合Maxwell软件进行了进一步验证，由此得到磁场分别按X、Y、Z三轴坐标呈一次分布的轴向和横向梯度线圈。最后制作出梯度线圈实物，与理论数值进行对比。由于一些干扰因素的存在，尽管实测值与理论值略有差异，但是实测结果足以证明这种设计梯度线圈方法的正确性。