Антенны магнитно-резонансных томографов на основе искусственных магнитных экранов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-19-00482

НазваниеАнтенны магнитно-резонансных томографов на основе искусственных магнитных экранов

Руководитель Симовский Константин Руфович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые слова антенна, радиочастотная катушка, искусственный магнитный экран, магнитно-резонансная томография

Код ГРНТИ47.45.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из наиболее информативных и безопасных методов неинвазивной диагностики заболеваний и одним из важнейших инструментов биомедицинских исследований. Технология МРТ быстро развивается в направлении повышения разрешающей способности и контраста изображений. Оба этих фактора определяются постоянным полем магнита. В настоящее время для диагностики пациентов в России и Европе разрешены высокопольные томографы, в которых сверхпроводящий магнит создает постоянное поле от 1.5 до 3.0 Тл. Дальнейшее повышение поля магнита позволило бы повысить разрешение за счет повышения соотношения сигнал-шум и уменьшить время сканирования, однако использование томографов для всего тела человека с уровнем поле более 3 Тл на данный момент невозможно ввиду повышенной опасности воздействия на организм пациентов как сильного магнитостатического поля, так и сильного радиочастотного электрического полей. Улучшение качества изображений без повышения поля магнита может быть достигнуто лишь путем повышения чувствительности радиочастотной (РЧ) системы клинического томографа, которая включает передающие и приемные антенны (РЧ катушки), работающие на Ларморовой частоте от 64 до 128 МГц. Исследование и экспериментальная реализация совершенно новых видов РЧ катушек является актуальной задачей т.к. эффективное управление распределением РЧ поля в томографе позволит повысить КПД РЧ системы в режиме передачи и ее чувствительность в режиме приема, что в конечном счете позволит повысить качество и скорость процедуры МРТ. Целью проекта является исследование, разработка и практическая реализация совершенно нового типа приемопередающей РЧ катушки для клинической томографии всего тела пациента, обеспечивающей соотношение сигнал-шум выше, чем у используемых в МРТ катушках. Научная новизна предлагаемого подхода заключается в использовании в составе томографа искусственного магнитного экрана - резонансной периодической структуры, окружающей отсек пациента и изолирующей его в РЧ диапазоне от внешних систем (градиентной системы и магнита). В отличие от классического решения - металлического РЧ экрана, необходимое присутствие которого в целях экранирования на порядок ухудшает КПД передающих и чувствительность приемных РЧ катушек, магнитный экран не обладает данным недостатком при той же экранирующей способности. В ходе данного проекта впервые в мире будет разработан и экспериментально протестирован магнитный экран для клинического высокопольного томографа, который позволит повысить КПД РЧ системы и повысить соотношение сигнал-шум получаемых изображений. Для достижения цели проекта будет последовательно решен ряд задач от теоретического исследования предложенной структуры до ее изготовления и тестирования в различных режимах сканирования высокопольного томографа. В частности, будут исследованы свойства магнитного экрана, используемого в составе РЧ катушки для всего тела человека типа birdcage ("птичья клетка") вместо металлического экрана путем как аналитического, так и численного электродинамического моделирования. Затем будет выбрана практическая реализация магнитного экрана для полноразмерной катушки клинического томографа, разработан экспериментальный образец катушки и проведено его тестирование как "на стенде", так и в составе действующего томографа (путем проведения сканирования специальных "фантомов") с целью демонстрации повышения соотношения сигнал-шум и снижения затрачиваемой мощности РЧ системы. Таким образом, в результате проекта будет создано совершенно новое техническое решение, имеющее перспективу внедрения в современные клинические МР-томографы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. М. Моллае, А. Хуршкайнен, С. Курдюмов, С. Глыбовский, К. Симовский Decoupling of Two Closely Located Dipole Antennas by a Split‐Loop Resonator Radio Science, 53, 1398–1405 (год публикации - 2018)
10.1029/2018RS006679

2. М. Моллаи, А. Хуршкайнен, С. Курдюмов, С. Глыбовский, К. Симовский Passive electromagnetic decoupling in an active metasurface of dipoles Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, Т. 32, Стр. 53-61 (год публикации - 2018)
10.1016/j.photonics.2018.10.001

3. В. Залипаев, С. Косульников, С. Глыбовский, А. Щелокова, А. Слобожанюк, П. Белов Mode Hopping in 1D Arrays of Resonant PEC Thin Wires over an Interface Between Two Dielectric Media 2018 12th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena (Metamaterials) (год публикации - 2018)
10.1109/MetaMaterials.2018.8534051

4. А. Хуршкайнен, К. Симовский, С. Глыбовский Passive Decoupling Techniques in Ultra-High Field MRI Journal of Physics: Conference Series, Volume 1092, conference 1, 012049 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1092/1/012049

5. К. Симовский, М. Моллаеи, С. Глыбовский, А. Хуршкайнен Decoupling of Dipole Antennas by a Split Loop Journal of Physics: Conference Series, Volume 1092, conference 1, 012137 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1092/1/012137

Публикации

1. М.С.М. Муллай, С.А. Курдюмов, А.А. Хуршкайнен, К.Р. Симовский Decoupling of Two Closely Located Dipoles by a Single Passive Scatterer for Ultra-High Field MRI Progress In Electromagnetics Research, Том. 164, стр. 155–166 (год публикации - 2019)
10.2528/PIER18101703

2. М.С.М Моллай, А. Хуршкайнен, К. Симовский Single Passive Scatter Decoupling Technique For Ultra-High Field Magnetic Resonance Imaging Application 13th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2019), Номер статьи 8739596 (год публикации - 2019)

3. Анна Хуршкайнен, Ксения Леженникова, Константин Симовский, Станислав Глыбовский An artificial magnetic shield for a volume coil for 7T MRI 2019 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), стр. 0899-0901 (год публикации - 2019)
10.1109/ICEAA.2019.8878996

4. Г. Соломаха, С. Глыбовский, И. Мельчакова, А. Хеннинг, К. Шефлер, Н. Авдиевич Numerical and Experimental Evaluation of Short Folded Recieve-Only Dipoles for 9.4T Human Head Arrays 2019 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), стр. 0489-0491 (год публикации - 2019)
10.1109/ICEAA.2019.8879340

5. Г. Соломаха, Я.Т. Свейда, А. Реннингс, Д. Эрни, С. Глыбовский A new RF-coil for UHF MRI based on a slotted microstip line IOP Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

6. К. Леженникова, А. Хуршкайнен, К. Симовский, Р. Абдеддайм, С. Энох, А. Рааймайкерс, И. Мельчакова, С. Глыбовский A practical realization of an artificial magnetic shield for preclinical birdcage RF coils IOP Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

Публикации

1. К. Леженникова, Р. Абдеддаим, А. Хуршкайнен, А. Винно, М. Дюбуа, П. Жомин, Д. Берраху, А. Рааймакерс, Н. Авдиевич, И. Мельчакова, С. Енох, П. Белов, К. Симовски, С. Глыбовский Constructive Near-Field Interference Effect in a Birdcage MRI Coil with an Artificial Magnetic Shield PHYSICAL REVIEW APPLIED, 13, 064004 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevApplied.13.064004

2. Николай Авдиевич, Георгий Соломаха, Loreen Ruhm, Klaus Scheffler, Anke Henning Decoupling of folded‐end dipole antenna elements of a 9.4 T human head array using an RF shield NMR IN BIOMEDICINE, 2020;33:e4351 (год публикации - 2020)
10.1002/nbm.4351

3. М.С.М. Муллай, А. Хуршкайнен, С. Курдюмов, К. Симовский Double-resonant decoupling method in very dense dipole arrays Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, 39, 100767 (год публикации - 2020)
10.1016/j.photonics.2020.100767

4. К. Леженникова, А. Хуршкайнен, М. Дюбуа, Д. Беррахоу, К. Симовский, А. Рааймайкерс, П. Жомен, И. Мельчакова, С. Энох, Р. Абдеддаим, С. Глыбовский An Artificial Shield for MRI Birdcage Coil with Constructive Interference 2020 14th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), pp. 1-3 (год публикации - 2020)
10.23919/EuCAP48036.2020.9135080

5. Анна Хуршкайнен, Масуд Шарифиан Мазраех Муллай, Марк Дюбуа, Сергей Курдюмов, Редда Абдеддаим, Стефан Энох, Станслав Глыбовский, Константин Симовский Decoupling of Closely-Spaced Dipole Antennas for Ultra-High Field MRI with Metasurfaces IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1 - 1 (год публикации - 2020)
10.1109/TAP.2020.3016495

6. К. Леженникова, К. Симовский, Р. Абдеддаим, Р. Балафендиев, С. Глыбовский Extending a Birdcage Coil for Magnetic Resonance Imaging of a Human Head with an Artificial Magnetic Shield Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications (год публикации - 2020)

7. К. Леженникова, А. Рааймайкерс, К. Симовский, С. Глыбовский An Extended Birdcage Coil for 7T MRI with a High-Impedance Shield AIP Conference Proceedings, Volume 2300, Issue 1 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0032571

8. Рустам Балафендиев, Георгий Соломаха, Марк Дюбуа, Редда Абдеддаим, Константин Симовский, Станислав Глыбовский A Method for E-field Reduction Using a Surface Coil Based on Three Coupled Dipoles AIP Conference Proceedings, Volume 2300, Issue 1 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0031759