梯度磁场概述

梯度磁场是叠加在均匀主磁场（如MRI中的静磁场B₀）上的一种特殊磁场，其强度会沿着特定方向（如X、Y或Z轴）呈线性变化。这种磁场在磁共振成像和粒子控制等领域发挥着关键作用，主要用于实现空间位置的精确编码和区分。

在磁共振成像中，梯度磁场通过三轴方向（Gx、Gy、Gz）的组合应用，分别完成频率编码、相位编码和层面选择功能，从而实现三维空间定位。通过调节层面选择梯度的强度，可以控制扫描层面的厚度，梯度越强，层面越薄，图像分辨率越高。梯度磁场的系统实现通常包括梯度控制器、数模转换器、梯度放大器、梯度线圈及冷却系统等组件，其中梯度线圈多采用鞍形设计以产生线性变化的附加磁场。

梯度磁场的性能主要由三个关键指标决定：梯度场强反映空间分辨能力，梯度切换率影响成像速度，梯度线性则关系到空间定位精度。在医学成像领域，MRI设备运行时产生的"当当"声正是梯度磁场快速切换的结果。此外，梯度磁场在可控核聚变研究中用于约束高温等离子体，但由于磁场非均匀性，带电粒子会发生漂移现象。

与匀强磁场不同，梯度磁场的强度会随空间位置变化，这种特性使其能够实现精确的空间编码，但也可能带来粒子漂移或图像边缘失真等问题。在实际应用中，需要根据具体需求优化梯度磁场的参数配置，以平衡成像质量、扫描速度和其他性能指标。