Диэлектрическая структура с увеличенной областью покрытия радиочастотного поля для магнитно-резонансной томографии мозга человека

К.И. Попова; И.А. Карлик; С.И. Будуева; Г.А. Соломаха

doi:10.18127/j15604128-202605-02

Диэлектрическая структура с увеличенной областью покрытия радиочастотного поля для магнитно-резонансной томографии мозга человека

К.И. Попова¹, И.А. Карлик², С.И. Будуева³, Г.А. Соломаха⁴

научная статья УДК 621.396.67 Страницы: 15-22 doi.org/10.18127/j15604128-202605-02

^1,2,3,4 Университет ИТМО (Санкт-Петербург, Россия)

Ключевые слова: Антенна пассивная структура режим бегущей волны сверхвысокое поле диэлектрик магнитно-резонансная томография

Аннотация

Постановка проблемы. Диэлектрический волновод (ДВ) простой конструкции способен фокусировать распространяющуюся волну внутри бора магнитно-резонансного томографа, увеличивая эффективность передачи без существенного роста локального нагрева тканей тела человека. Однако традиционная конфигурация ДВ преимущественно оптимизирована для визуализации головного мозга и не адаптирована для расширенной области, включающей в себя головной мозг и шейный отдел спинного мозга. Опираясь на концепцию двойного ДВ и конструкцию радиочастотной решетки, предлагается использовать различные конфигурации диэлектрической структуры, дополненные диэлектрической вставкой в форме усеченного цилиндра.

Цель. Разработать конструкцию диэлектрической структуры для фокусировки радиочастотного поля в магнитно-резонансной томографии, обеспечивающую одновременное радиочастотное возбуждение тканей головного мозга и шейного отдела спинного мозга.

Результаты. Предложены две конфигурации диэлектрической структуры, отличающиеся длиной дополнительного диэлектрического вставного элемента (8 и 16 см) на основе цилиндрического сегмента с относительной диэлектрической проницаемостью ε в диапазоне от 15 до 25. Методом численного электродинамического моделирования проведена сравнительная оценка характеристик радиочастотного поля В1+ и уровня локального нагрева тканей для исследуемых структур и известного ДВ.

Практическая значимость. Предложенная диэлектрическая структура является перспективным пассивным устройством для решения задач сверхвысокопольной магнитно-резонансной томографии, требующих увеличенной области исследования, высокой эффективности передачи и повышенной однородности радиочастотного поля.

Поступила: 17.08.2026
Одобрена: 28.08.2026
Принята: 01.09.2026

Для цитирования

Попова К.И., Карлик И.А., Будуева С.И., Соломаха Г.А. Диэлектрическая структура с увеличенной областью покрытия радиочастотного поля для магнитно-резонансной томографии мозга человека // Электромагнитные волны и электронные системы. 2026. Т. 31. № 5. С. 15−22. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202605-02

Список источников

Brunner D.O., De Zanche N., Fröhlich J., Paska J., Pruessmann K.P. Travelling-wave nuclear magnetic resonance // Nature. 2009. V. 457. № 7232. P. 994–998. DOI 10.1038/nature07752.
Tarasova A.A., Anisimov N.V., Pavlova O.S., Gulyaev M.V., Pirogov Yu.A. Magnetic resonance imaging at low signal-to-noise ratio, electromagnetic interferences and hardware imperfections // Electromagnetic Waves and Electronic Systems. 2024. V. 29. № 3. P. 39–40. DOI 10.18127/j5604128-202403-04.
Popova K.I., Glang F., Bosch D., Scheffler K., Avdievich N.I., Glybovski S.B., Solomakha G.A. An array of paired folded-end dipoles for whole-brain imaging at 9.4 T // Journal of Magnetic Resonance. 2024. V. 368. P. 107791. DOI 10.1016/j.jmr.2024.107791.
Pohmann R., Speck O., Scheffler K. Signal‐to‐noise ratio and MR tissue parameters in human brain imaging at 3,4 and 9.4 Tesla using current receive coil arrays // Magnetic Resonance in Medicine. 2016. V. 75. № 2. P. 801–809. DOI 10.1002/mrm.25677.
Gao Ya., Liu T., Hong T., Fang Y., Jiang W., Zhang X. Subwavelength dielectric waveguide for efficient travelling-wave magnetic resonance imaging // Nature Communications. 2024. V. 15. № 1. P. 2298. DOI 10.1038/s41467-024-46638-5.
Andreichenko A.E., Kroeze H., Klomp D.W.J., Lagendijk J.J.W., Luijten P.R., van den Berg C.A.T. Coaxial waveguide for travelling wave MRI at ultrahigh fields // Magnetic Resonance in Medicine. 2013. V. 70. № 3. P. 875–884. DOI 10.1002/mrm.24496.
Andreichenko A.E., Luijten P.R., Bluemink J.J., Raaijmakers A.J.E., Lagendijk J.J.W., Van Den Berg C.A.T. Improved RF performance of travelling wave MR with a high permittivity dielectric lining of the bore // Magnetic Resonance in Medicine. 2013. V. 70. № 3. P. 885–894. DOI 10.1002/mrm.24512.
Yan X., Zhang X., Gore J.C., Grissom W.A. Improved traveling-wave efficiency in 7T human MRI using passive local loop and dipole arrays // Magnetic Resonance Imaging. 2017. V. 39. P. 103–109. DOI 10.1016/j.mri.2017.02.003.
Zhang B., Sodickson D.K., Lattanzi R., Duan Q., Stoeckel B., Wiggins G.C. Whole body traveling wave magnetic resonance imaging at high field strength: Homogeneity, efficiency, and energy deposition as compared with traditional excitation mechanisms // Magnetic Resonance in Medicine. 2012. V. 67. № 4. P. 1183–1193. DOI 10.1002/mrm.23107.
Fiedler T.M., Ladd M.E., Bitz A.K. SAR Simulations & Safety // NeuroImage. 2018. V. 168. P. 33–58. DOI 10.1016/j.neuroimage. 2017.03.035.
Pan S., Yu M., Liu T., Zhang X., Gao Ya. Double-Structure Dielectrics for Efficient Traveling-Wave Magnetic Resonance Imaging // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2026. V. 25. № 3. P. 1264–1268. DOI 10.1109/lawp.2026.3652507.
Baskaran D., Ding B., Chu S., McElhinney P., Allwood-Spiers S., Williams S.N., Muir K., Fullerton N.E., Porter D.A., Gunamony S. Simultaneous whole‐brain and cervical spine imaging at 7T using a neurovascular head and neck coil with 8‐channel transceiver array and 56‐channel receiver array // Magnetic Resonance in Medicine. 2025. V. 94. № 1. P. 386–400. DOI 10.1002/mrm.30450.
Christ A., Kainz W., Hahn E.G., Honegger K., Zefferer M., Neufeld E., Rascher W., Janka R., Bautz W., Chen J., Kiefer B., Schmitt P., Hollenbach H.-P., Shen J., Oberle M., Szczerba D., Kam A., Guag J.W., Kuster N. The Virtual Family – development of surface-based anatomical models of two adults and two children for dosimetric simulations // Physics in Medicine and Biology. 2010. V. 55. № 2. P. 23–38. DOI 10.1088/0031-9155/55/2/N01.

Полный текст, PDF 500 ₽

[1] Brunner D.O., De Zanche N., Fröhlich J., Paska J., Pruessmann K.P. Travelling-wave nuclear magnetic resonance // Nature. 2009. V. 457. № 7232. P. 994–998. DOI 10.1038/nature07752.

[2] Tarasova A.A., Anisimov N.V., Pavlova O.S., Gulyaev M.V., Pirogov Yu.A. Magnetic resonance imaging at low signal-to-noise ratio, electromagnetic interferences and hardware imperfections // Electromagnetic Waves and Electronic Systems. 2024. V. 29. № 3. P. 39–40. DOI 10.18127/j5604128-202403-04.

[3] Popova K.I., Glang F., Bosch D., Scheffler K., Avdievich N.I., Glybovski S.B., Solomakha G.A. An array of paired folded-end dipoles for whole-brain imaging at 9.4 T // Journal of Magnetic Resonance. 2024. V. 368. P. 107791. DOI 10.1016/j.jmr.2024.107791.

[4] Pohmann R., Speck O., Scheffler K. Signal‐to‐noise ratio and MR tissue parameters in human brain imaging at 3,4 and 9.4 Tesla using current receive coil arrays // Magnetic Resonance in Medicine. 2016. V. 75. № 2. P. 801–809. DOI 10.1002/mrm.25677.

[5] Gao Ya., Liu T., Hong T., Fang Y., Jiang W., Zhang X. Subwavelength dielectric waveguide for efficient travelling-wave magnetic resonance imaging // Nature Communications. 2024. V. 15. № 1. P. 2298. DOI 10.1038/s41467-024-46638-5.

[6] Andreichenko A.E., Kroeze H., Klomp D.W.J., Lagendijk J.J.W., Luijten P.R., van den Berg C.A.T. Coaxial waveguide for travelling wave MRI at ultrahigh fields // Magnetic Resonance in Medicine. 2013. V. 70. № 3. P. 875–884. DOI 10.1002/mrm.24496.

[7] Andreichenko A.E., Luijten P.R., Bluemink J.J., Raaijmakers A.J.E., Lagendijk J.J.W., Van Den Berg C.A.T. Improved RF performance of travelling wave MR with a high permittivity dielectric lining of the bore // Magnetic Resonance in Medicine. 2013. V. 70. № 3. P. 885–894. DOI 10.1002/mrm.24512.

[8] Yan X., Zhang X., Gore J.C., Grissom W.A. Improved traveling-wave efficiency in 7T human MRI using passive local loop and dipole arrays // Magnetic Resonance Imaging. 2017. V. 39. P. 103–109. DOI 10.1016/j.mri.2017.02.003.

[9] Zhang B., Sodickson D.K., Lattanzi R., Duan Q., Stoeckel B., Wiggins G.C. Whole body traveling wave magnetic resonance imaging at high field strength: Homogeneity, efficiency, and energy deposition as compared with traditional excitation mechanisms // Magnetic Resonance in Medicine. 2012. V. 67. № 4. P. 1183–1193. DOI 10.1002/mrm.23107.

[10] Fiedler T.M., Ladd M.E., Bitz A.K. SAR Simulations & Safety // NeuroImage. 2018. V. 168. P. 33–58. DOI 10.1016/j.neuroimage. 2017.03.035.

[11] Pan S., Yu M., Liu T., Zhang X., Gao Ya. Double-Structure Dielectrics for Efficient Traveling-Wave Magnetic Resonance Imaging // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2026. V. 25. № 3. P. 1264–1268. DOI 10.1109/lawp.2026.3652507.

[12] Baskaran D., Ding B., Chu S., McElhinney P., Allwood-Spiers S., Williams S.N., Muir K., Fullerton N.E., Porter D.A., Gunamony S. Simultaneous whole‐brain and cervical spine imaging at 7T using a neurovascular head and neck coil with 8‐channel transceiver array and 56‐channel receiver array // Magnetic Resonance in Medicine. 2025. V. 94. № 1. P. 386–400. DOI 10.1002/mrm.30450.

[13] Christ A., Kainz W., Hahn E.G., Honegger K., Zefferer M., Neufeld E., Rascher W., Janka R., Bautz W., Chen J., Kiefer B., Schmitt P., Hollenbach H.-P., Shen J., Oberle M., Szczerba D., Kam A., Guag J.W., Kuster N. The Virtual Family – development of surface-based anatomical models of two adults and two children for dosimetric simulations // Physics in Medicine and Biology. 2010. V. 55. № 2. P. 23–38. DOI 10.1088/0031-9155/55/2/N01.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи