机械系、临床医学院、材料学院团队在电磁超构表面临床磁共振成像中获得突破性进展

磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)为广泛应用的高端影像医疗设备，追求高信噪比的优良图像是其首要目标。不同于使用表面线圈、延长成像时间和设备更新等传统方法，利用电磁超构表面理论上不但可有效提升信噪比，且具有极高的效价比，但是，由于不能克服磁场增强不均、干扰射频发射场等关键问题，电磁超构表面尚不能应用于临床磁共振成像中。

近日，清华大学机械工程系赵乾副教授、孟永钢教授团队与清华大学临床医学院郑卓肇教授团队、材料学院周济院士团队密切合作，在电磁超构表面临床磁共振成像中获得突破性进展。合作团队设计了全新的圆柱形电磁超构表面，提出了部分调谐谐振模态控制思想，获得了智能、无线、无源的MRI超构表面线圈(图1)。

图1 超构表面的构型、非线性响应控制方式及磁场分布

该线圈无需与主机进行有线连接，使用时无需改变MRI设备的任何设置，即可大幅度提升图像信噪比，改善图像均匀度。在1.5T MRI设备上，通过对离体猪蹄、人体手腕和微结构水模的成像效果测试，其图像信噪比可提升至商用4通道表面线圈的2-3倍(图2)。此外，鉴于该线圈无需与主机有线连接，因此该线圈适用于不同厂商生产的磁共振仪。

图2 人体腕关节磁共振成像。a)商用4通道表面线圈(FLC)及超构表面线圈(ACWM);b)不同临床MRI序列的图像对比;c)b图中信噪比的统计比较;d)图像质量评分比较

该项技术不但可以大幅度提升1.5T MRI的成像性能，同时也提供了一种全新的MRI图像信噪比增强方法，并可推广应用至其余场强的MRI设备中，据此合作团队已经申请了多项国家发明专利和PCT，对提高我国高端医学影像技术的国际竞争力具有积极意义。

本研究成果以“自适应圆柱型无线超构表面的临床磁共振成像”(Adaptive Cylindrical Wireless Metasurfaces in Clinical Magnetic Resonance Imaging)为题发表于《先进材料》(Advanced Materials)，清华大学机械系2020级博士研究生池中海、北京清华长庚医院放射诊断科易懿和王亚魁(均为清华大学临床医学院2019年英才博士后)为本文的共同第一作者，赵乾副教授和郑卓肇教授为共同通讯作者。此外，合作作者还包括清华大学机械工程系吴茂鹏、清华大学医学院赵锡海教授和北京清华长庚医院放射诊断科王立学医师。

【免责申明】本专题图片均来源于学校官网或互联网，若有侵权请联系400-0815-589删除。