无分布式电容环形线圈在7T磁共振成像中的性能优化与应用探索

为解决7T超高场磁共振成像中射频线圈阵列设计复杂、耦合抑制困难等问题，研究人员系统研究了无分布式电容的"普通环形线圈"(plain loops)的电磁特性。通过对比圆形、椭圆形普通线圈与传统分布式电容线圈及偶极子的性能，发现12cm圆形普通线圈在重叠率<20%时耦合降低44%，62mm×280mm椭圆形线圈在前列腺成像中较偶极子降低25%的SAR10g 最大值，为超高场柔性线圈阵列设计提供了新思路。

　　

在超高场磁共振成像(UHF-MRI)领域，7T及以上磁场强度虽然能提升信噪比(SNR)，却面临射频(RF)场穿透深度不足、B₁
场不均匀等挑战。传统分布式电容环形线圈(conventional loops)依赖几何重叠实现去耦合，限制了阵列配置自由度；而自解耦线圈(SD coils)设计复杂，计算成本高昂。荷兰研究团队另辟蹊径，提出采用无分布式电容的"普通环形线圈"(plain loops)这一创新解决方案，其非均匀表面电流分布可能同时改善场穿透和耦合特性。

研究采用电磁仿真(CST Studio)与实验验证相结合的方法，通过频域求解器分析4-12cm直径线圈的表面电流分布，使用体模实验测量传输效率(B₁
⁺
/√P_acc
)和比吸收率(max{SAR_10g
})，并在7T扫描仪(Achieva, Philips)上获取实际成像数据。人体模型采用Gustav体素模型，前列腺成像区域精确定位为x[-18,13]mm、y[28,62]mm、z[2,50]mm范围。

表面电流分布及其伸长优化
通过改变线圈直径(4-12cm)和椭圆长轴(168-280mm)，发现12cm圆形线圈在1.2cm负载距离下呈现梯度电流分布，类似自解耦线圈特性。伸长至62mm×280mm时，高电流臂产生类似偶极子的场分布，同时保持另一臂低电流特性。

传输效率和max{SAR_10g
}
12cm圆形普通线圈与传统线圈传输效率相当，62mm×280mm椭圆线圈在特定方向提供与28cm偶极子相当的深部场强(0.253μT/√W)，但最大局部SAR降低25%。实验与仿真在4cm深度处吻合良好，表面差异源于未模拟垫片和体模容器。

线圈构造与输入特性
"Tuning 1"小型匹配电路使12cm线圈耐受1cm距离变化，优于"Tuning 2"设计。椭圆形线圈在0.5cm距离变化内保持稳定，而偶极子仅能在初始位置工作。

多通道阵列性能
两单元阵列中，普通线圈在间距5mm时耦合(S₂₁
)较传统线圈降低44%(-20dB vs -15dB)。八通道椭圆线圈阵列在前列腺区域实现0.253μT/√W传输效率，与偶极子阵列(0.255μT/√W)相当，但最坏情况SAR降低25%。

该研究证实普通环形线圈可通过几何调控实现性能定制：圆形适合低耦合表面成像，伸长构型适合深部靶区。其柔性特性(耐受>50%直径变形)特别适合个性化应用，而简单结构大幅降低优化复杂度。值得注意的是，62mm×280mm构型在前列腺成像中展现出替代传统偶极子的潜力，其SAR优势可能提升超高场成像安全性。未来研究可进一步探索线圈形状参数化优化，并评估其在接收模式下的信噪比特性。这项发表于《Magnetic Resonance Imaging》的工作为超高场柔性线圈设计提供了新范式，其"少即是多"的设计哲学可能启发更简洁高效的医疗设备开发思路。