用于50毫特斯拉（mT）移动式乳腺磁共振成像原型的射频线圈设计

《MEDICAL PHYSICS》：Design of radio-frequency coils for a 50 mT mobile breast magnetic resonance imaging prototype

针对乳腺MRI筛查设备普及受限的问题，本研究设计并验证了适用于50 mT移动磁共振的专用发射和接收线圈系统。通过非线性编程算法优化发射线圈参数，确保目标区域场均匀性达3.7%；采用四通道相控阵接收线圈设计，互感耦合优化至0.232 nH。实验验证线圈系统具有低回波损耗（-44.4 dB）和高品质因数（46.55），S12值满足要求，为超低场MRI乳腺筛查提供可行方案。

　　

摘要

背景

乳腺癌已成为全球女性中最常见的癌症。磁共振成像（MRI）可以弥补X光乳腺扫描和超声波在早期检测乳腺密度较高患者方面的局限性。然而，由于每百万人中MRI设备的数量有限以及高场强MRI系统的成本较高，乳腺MRI并未被广泛用于乳腺癌筛查。超低场强MRI有望促进MRI在乳腺检测中的应用，但需要专门的乳腺射频（RF）线圈。

目的

这些射频线圈的共振频率为2.131 MHz，包括一个具有低深度与宽度比的高均匀性发射线圈和一个四通道相控阵接收线圈，它们专为配备垂直静态磁场的50 mT轻型磁体设计，以实现移动式乳腺MRI。

方法

发射线圈采用了变体螺线管结构。为了确保目标区域内的射频场均匀性大于95%，使用非线性编程算法计算了发射线圈的尺寸参数。由于主磁场为垂直磁场，接收线圈采用四通道相控阵以实现高灵敏度，并通过模拟最小互感来优化通道之间的重叠区域以实现解耦。最后，通过在自主研发的50 mT移动式乳腺MRI原型上进行 phantom 实验，验证了射频线圈的性能。

结果

改进后的螺线管线圈在目标区域的射频场不均匀性可达3.7%。相邻接收线圈之间的最小互感为0.232 nH，因为它们的重叠区域为16.12%。性能测试表明，所设计的发射线圈具有较低的回波损耗（RL）为-44.4 dB和较高的Q值为46.55。接收线圈相邻通道之间的S12值低于-25 dB，非相邻通道之间的S12值约为-12 dB。通过在50 mT乳腺MRI原型上进行的 phantom 实验，验证了所设计射频线圈的成像能力。

结论

本文设计的发射和接收线圈能够满足配备垂直静态磁场的50 mT移动式MRI的要求，有望促进超低场强MRI技术在乳腺癌筛查中的应用。

利益冲突声明

作者没有需要披露的利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用的所有数据和材料均可向通讯作者合理请求获取。在本研究中未使用或生成任何公开可用的数据集。