中国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）。