Беспроводная передача энергии отстроенным резонатором типа «птичья клетка» в магнитно-резонансной томографии

О. И. Бурмистров; А. А. Дмитриев; П. М. Тихонов; А. А. Хуршкайнен; Н. А. Олехно

doi:10.18127/j03209601-202504-07

Беспроводная передача энергии отстроенным резонатором типа «птичья клетка» в магнитно-резонансной томографии

О. И. Бурмистров¹, А. А. Дмитриев², П. М. Тихонов³, А. А. Хуршкайнен⁴, Н. А. Олехно⁵

научная статья УДК 621.37 Страницы: 73-84 doi.org/10.18127/j03209601-202504-07

^1,2,3,4,5 Университет ИТМО (Санкт-Петербург, Россия)

Ключевые слова: МРТ 1 5 Тл магнитно-резонансная томография резонатор типа «птичья клетка»беспроводная передача энергии

Аннотация

Постановка проблемы. В тоннель аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ) могут помещаться дополнительные приборы, требующие обеспечения электропитанием. Одним из актуальных направлений является разработка систем беспроводной передачи энергии для питания таких устройств. В данной работе рассматривается методология беспроводной передачи энергии, при которой в качестве передающей системы выступает резонатор типа «птичья клетка», входящий в состав аппаратов МРТ с полем 1,5 Тл, а передача энергии осуществляется на частоте, отличной от ларморовой.

Цель. Разработать систему отстройки резонатора типа «птичья клетка» от ларморовой частоты с сохранением распределений радиочастотного поля мод высокого порядка и очередности их следования по частоте для обобщения методологии беспроводной передачи энергии [8], которая со стандартной системой отстройки может использоваться только в фазе возбуждения спинов ядер, на всю продолжительность импульсной последовательности.

Результаты. Путем численного моделирования определены спектры параметров рассеяния резонатора типа «птичья клетка», распределения магнитного поля на ларморовой частоте и распределения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии на частоте беспроводной передачи энергии. Экспериментально продемонстрирована беспроводная передача энергии в режиме отстройки от ларморовой частоты.

Практическая значимость. Продемонстрирована возможность увеличения среднего по времени коэффициента передачи мощности в системах беспроводной передачи энергии, использующих резонатор типа «птичья клетка» в качестве передающей структуры, за счет передачи энергии на протяжении всей импульсной последовательности.

Поступила: 07.07.2025
Одобрена: 21.07.2025
Принята: 28.07.2025

Для цитирования

Бурмистров О.И., Дмитриев А.А., Тихонов П.М., Хуршкайнен А.А., Олехно Н.А. Беспроводная передача энергии отстроенным резонатором типа «птичья клетка» в магнитно-резонансной томографии // Антенны. 2025. № 4. С. 73–84. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j03209601-202504-07

Список источников

Dale B., Brown M., Semelka R. MRI basic principles and application. Ed. 5th. Wiley Blackwell. 2015.
Vaughan J.T., Griffiths J.R. RF coils for MRI. John Wiley & Sons. 2012.
Philips – Expression MR400 (MR Patient Monitor) [Электронный ресурс] / URL: https://www.usa.philips.com/healthcare/product/ HC866185/expression-mr400-mr-patient-monitor (дата обращения: 21.07.2025).
Hempel E., Fischer H., Gumb L. et al. An MRI-compatible surgical robot for precise radiological interventions // Computer Aided Surgery. 2010. V. 8. № 4. P. 180–191.
Madore B., Hess A., Niekerk A. et al. External hardware and sensors for improved MRI // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2023. V. 57. P. 690–705.
Nohava L., Ginefri J., Willoquet G. et al. Perspectives in wireless radio frequency coil development for magnetic resonance imaging // Frontiers in Physics. 2020. V. 8. P. 11.
Byron K., Winker S., Robb F. et al. An MRI compatible RF MEMs controlled wireless power transfer system // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. V. 67. P. 1717–1726.
Burmistrov O., Mikhailov N., Dashkevich D. et al. Wireless power transfer in magnetic resonance imaging at a higher-order mode of a birdcage coil // Physical Review Applied. 2024. V. 21. P. 014047.
Webb A. Magnetic resonance technology: Hardware and system component design. The Royal Society of Chemistry. 2016.
Tikhonov P., Fedotov A., Solomakha G. et al. A wireless bilateral transceiver coil based on volume decoupled resonators for a clinical MR mammography // arxiv:2412.20625. 2024.
Karadeniz N., Hajnal J. V., Ipek Ö. Design of multi-row parallel-transmit coil arrays for enhanced SAR efficiency with deep brain electrodes at 3T: an electromagnetic simulation study // Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine. 2025. V. 38. № 1. P. 107–120.
Hillenbrand C.M., Reykowski A. MR imaging of the newborn: a technical perspective // Magnetic Resonance Imaging Clinics. 2012. V. 20. № 1. P. 63–79.
International Electrotechnical Commission. Medical electrical equipment – Part 2-33: Particular requirements for the basic safety and essential performance of magnetic resonance equipment for medical diagnosis. IEC 60601-2-33 Ed. 3.0. 2010.
Seregin P., Burmistrov O., Solomakha G. et al. Energy-harvesting coil for circularly polarized fields in magnetic resonance imaging // Physical Review Applied. 2021. V. 17. P. 044014.
Puchnin V., Matvievskaya O., Slobozhanyuk A. et al. Application of topological edge states in magnetic resonance imaging // Physical Review Applied. 2023. V. 20. P. 024076.

[1] Dale B., Brown M., Semelka R. MRI basic principles and application. Ed. 5th. Wiley Blackwell. 2015.

[2] Vaughan J.T., Griffiths J.R. RF coils for MRI. John Wiley & Sons. 2012.

[3] Philips – Expression MR400 (MR Patient Monitor) [Электронный ресурс] / URL: https://www.usa.philips.com/healthcare/product/ HC866185/expression-mr400-mr-patient-monitor (дата обращения: 21.07.2025).

[4] Hempel E., Fischer H., Gumb L. et al. An MRI-compatible surgical robot for precise radiological interventions // Computer Aided Surgery. 2010. V. 8. № 4. P. 180–191.

[5] Madore B., Hess A., Niekerk A. et al. External hardware and sensors for improved MRI // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2023. V. 57. P. 690–705.

[6] Nohava L., Ginefri J., Willoquet G. et al. Perspectives in wireless radio frequency coil development for magnetic resonance imaging // Frontiers in Physics. 2020. V. 8. P. 11.

[7] Byron K., Winker S., Robb F. et al. An MRI compatible RF MEMs controlled wireless power transfer system // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. V. 67. P. 1717–1726.

[8] Burmistrov O., Mikhailov N., Dashkevich D. et al. Wireless power transfer in magnetic resonance imaging at a higher-order mode of a birdcage coil // Physical Review Applied. 2024. V. 21. P. 014047.

[9] Webb A. Magnetic resonance technology: Hardware and system component design. The Royal Society of Chemistry. 2016.

[10] Tikhonov P., Fedotov A., Solomakha G. et al. A wireless bilateral transceiver coil based on volume decoupled resonators for a clinical MR mammography // arxiv:2412.20625. 2024.

[11] Karadeniz N., Hajnal J. V., Ipek Ö. Design of multi-row parallel-transmit coil arrays for enhanced SAR efficiency with deep brain electrodes at 3T: an electromagnetic simulation study // Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine. 2025. V. 38. № 1. P. 107–120.

[12] Hillenbrand C.M., Reykowski A. MR imaging of the newborn: a technical perspective // Magnetic Resonance Imaging Clinics. 2012. V. 20. № 1. P. 63–79.

[13] International Electrotechnical Commission. Medical electrical equipment – Part 2-33: Particular requirements for the basic safety and essential performance of magnetic resonance equipment for medical diagnosis. IEC 60601-2-33 Ed. 3.0. 2010.

[14] Seregin P., Burmistrov O., Solomakha G. et al. Energy-harvesting coil for circularly polarized fields in magnetic resonance imaging // Physical Review Applied. 2021. V. 17. P. 044014.

[15] Puchnin V., Matvievskaya O., Slobozhanyuk A. et al. Application of topological edge states in magnetic resonance imaging // Physical Review Applied. 2023. V. 20. P. 024076.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи