西電杭研院一研究成果登上《自然?通訊》雜志

近日，西電杭研院姜文教授PI團(tuán)隊(duì)高陽準(zhǔn)聘副教授在超高場磁共振行波發(fā)射系統(tǒng)研究方面取得重要進(jìn)展。他研究提出了一種新型的磁共振行波發(fā)射系統(tǒng)，通過引入空心介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包繞成像物體，實(shí)現(xiàn)了電大尺寸生物體內(nèi)的電磁波高效調(diào)控，解決了經(jīng)典方法面臨的發(fā)射效率低和大尺度空間內(nèi)自旋質(zhì)子激勵(lì)偏差問題。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)張孝通研究員合作，成果在西門子7T磁共振設(shè)備上得到了驗(yàn)證，可獲得低駐波偽影人體頭部成像數(shù)據(jù)。

超高場磁共振是物理、生物和醫(yī)學(xué)研究中的尖端電磁成像裝備，具有亞毫米級(jí)別高分辨率成像性能，在惡性腫瘤早期檢測、無創(chuàng)繪制人腦介觀尺度腦圖譜等臨床和基礎(chǔ)研究前沿領(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用價(jià)值。目前入門級(jí)7T人體超高場磁共振單臺(tái)售價(jià)高達(dá)1億人民幣。

這樣一臺(tái)造價(jià)極其昂貴的醫(yī)學(xué)影像裝備，卻難以勝任常規(guī)醫(yī)用磁共振（1.5T和3T）所能開展的身體部位（胸腹部等）成像。原因在于超高場強(qiáng)磁共振需要使用更高頻率（297MHz以上）的電磁場用于自旋質(zhì)子激勵(lì)，但其難以在復(fù)雜介質(zhì)內(nèi)的大尺度空間產(chǎn)生均勻電磁場，以致造成自旋質(zhì)子激勵(lì)過程存在偏差。該技術(shù)問題帶來的圖像偽影目前廣泛限制著超高場磁共振在臨床診斷中的應(yīng)用。

近年來，學(xué)術(shù)界與工業(yè)界提出了多種創(chuàng)新性技術(shù)，其中以相控陣線圈和射頻勻場技術(shù)為主流。但是多數(shù)依然沿用容積線圈設(shè)計(jì)，難以在大空間尺度實(shí)現(xiàn)自旋質(zhì)子無偏差激勵(lì)。另一種方案是采用磁共振行波發(fā)射方法，但該方法存在能量傳輸效率低的重大缺陷，且存在次生駐波等問題。

針對上述關(guān)鍵技術(shù)問題，研究團(tuán)隊(duì)將光學(xué)領(lǐng)域常用的介質(zhì)波導(dǎo)引入到磁共振成像領(lǐng)域，并在亞波長尺度開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以調(diào)控金屬波導(dǎo)內(nèi)主模和復(fù)雜介質(zhì)中的波行為，成功實(shí)現(xiàn)了對經(jīng)典行波發(fā)射方法的顯著改進(jìn)，將人體頭部MRI信號(hào)強(qiáng)度提升了114%以上；同時(shí)其發(fā)射效率保持與經(jīng)典容積線圈（鳥籠線圈）相近，有效抑制了駐波效應(yīng)帶來的“中心亮”效應(yīng)，MRI信號(hào)的全局均勻度比傳統(tǒng)商用發(fā)射線圈提升了22%以上，顯著提升了超高場MRI的圖像質(zhì)量和準(zhǔn)確性。該工作得到了國家自然科學(xué)家基金和杭州研究院概念驗(yàn)證基金項(xiàng)目的資助。