清華新聞網(wǎng)8月27日電 磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）為廣泛應(yīng)用的高端影像醫(yī)療設(shè)備，追求高信噪比的優(yōu)良圖像是其首要目標(biāo)。不同于使用表面線(xiàn)圈、延長(zhǎng)成像時(shí)間和設(shè)備更新等傳統(tǒng)方法，利用電磁超構(gòu)表面理論上不但可有效提升信噪比，且具有極高的效價(jià)比，但是，由于不能克服磁場(chǎng)增強(qiáng)不均、干擾射頻發(fā)射場(chǎng)等關(guān)鍵問(wèn)題，電磁超構(gòu)表面尚不能應(yīng)用于臨床磁共振成像中。
近日，清華大學(xué)機(jī)械工程系趙乾副教授、孟永鋼教授團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院鄭卓肇教授團(tuán)隊(duì)、材料學(xué)院周濟(jì)院士團(tuán)隊(duì)密切合作，在電磁超構(gòu)表面臨床磁共振成像中獲得突破性進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了全新的圓柱形電磁超構(gòu)表面，提出了部分調(diào)諧諧振模態(tài)控制思想，獲得了智能、無(wú)線(xiàn)、無(wú)源的MRI超構(gòu)表面線(xiàn)圈（圖1）。
圖1 超構(gòu)表面的構(gòu)型、非線(xiàn)性響應(yīng)控制方式及磁場(chǎng)分布
該線(xiàn)圈無(wú)需與主機(jī)進(jìn)行有線(xiàn)連接，使用時(shí)無(wú)需改變MRI設(shè)備的任何設(shè)置，即可大幅度提升圖像信噪比，改善圖像均勻度。在1.5T MRI設(shè)備上，通過(guò)對(duì)離體豬蹄、人體手腕和微結(jié)構(gòu)水模的成像效果測(cè)試，其圖像信噪比可提升至商用4通道表面線(xiàn)圈的2-3倍（圖2）。此外，鑒于該線(xiàn)圈無(wú)需與主機(jī)有線(xiàn)連接，因此該線(xiàn)圈適用于不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的磁共振儀。
圖2 人體腕關(guān)節(jié)磁共振成像。a）商用4通道表面線(xiàn)圈（FLC）及超構(gòu)表面線(xiàn)圈（ACWM）；b）不同臨床MRI序列的圖像對(duì)比；c）b圖中信噪比的統(tǒng)計(jì)比較；d）圖像質(zhì)量評(píng)分比較
該項(xiàng)技術(shù)不但可以大幅度提升1.5T MRI的成像性能，同時(shí)也提供了一種全新的MRI圖像信噪比增強(qiáng)方法，并可推廣應(yīng)用至其余場(chǎng)強(qiáng)的MRI設(shè)備中，據(jù)此合作團(tuán)隊(duì)已經(jīng)申請(qǐng)了多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利和PCT，對(duì)提高我國(guó)高端醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有積極意義。
本研究成果以“自適應(yīng)圓柱型無(wú)線(xiàn)超構(gòu)表面的臨床磁共振成像”（Adaptive Cylindrical Wireless Metasurfaces in Clinical Magnetic Resonance Imaging）為題發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials），清華大學(xué)機(jī)械系2020級(jí)博士研究生池中海、北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院放射診斷科易懿和王亞魁（均為清華大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院2019年英才博士后）為本文的共同第一作者，趙乾副教授和鄭卓肇教授為共同通訊作者。此外，合作作者還包括清華大學(xué)機(jī)械工程系吳茂鵬、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院趙錫海教授和北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院放射診斷科王立學(xué)醫(yī)師。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202102469
供稿：機(jī)械系 臨床醫(yī)學(xué)院
編輯：陳曉艷
審核：呂婷
