Разработка прототипа инновационной МРТ подкладки из искусственного материала

Отчет 36с., 14 рисунков, 7 источников. МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, ТОМОГРАФИЯ, МЕТАМАТЕРИАЛЫ, АРТЕФАКТЫ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, НЕОДНОРОДНОСТЬ РАДИОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ИСКУССТВЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСКУССТВЕННЫЙ ДИЭЛЕКТРИК, МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ, ПОДКЛАДКИ ДЛЯ МРТ, МРТ ПЛОДА Цель работы: Построить численную модель конфигурации МРТ подкладки из метаматериала с параметрами, по свойствам схожими с природным диэлектриком в отношении влияния на электромагнитные волны. Проведение численного моделирования и характеризация полученных данных. Изготовление прототипа МРТ подкладки и фантома. Результат работы: Работа проводилась в программном обеспечении CST Microwave Studio 2021 с использованием конечноразностного метода в частотной и временной областях. Данный метод зарекомендовал себя как точный способ создания моделей радиотехнических устройств и изучения их электромагнитных свойств. Так, было проведено численное моделирование МРТ подкладок, представляющих собой плоские метаповерхности на основе металлических элементов, соединенных конденсаторами. Было рассмотрено несколько конфигураций и получена оптимальная модель, обеспечивающая наибольшую эффективность с точки зрения однородности и амплитуды поперечного радиочастотного магнитного поля в области интереса. Моделирование включало в себя следующие этапы: ● Разработка геометрии модели МРТ подкладки и однородного фантома, имитирующего размеры и электрические характеристики беременной женщины, включающего следующие части: тело женщины, тело плода, мозг плода; ● Адаптация геометрии модели МРТ подкладки для получения наибольшего прилегания к фантому; ● Создание модели приемо-передающей катушки для тела типа “птичья клетка”, включая модель однородного фантома; ● Расчет амплитуды и однородности поперечного радиочастотного магнитного поля B1+ (правая компонента вращающегося поперечного радиочастотного магнитного поля B1) в объеме фантома (мозга или тела плода) при возбуждении катушкой типа “птичья клетка” без и с использованием МРТ подкладки. Однородность оценивалась с точки зрения величины относительного стандартного отклонения, рассчитанного по всему объему области интереса; ● Оптимизация электрических и геометрических параметров МРТ подкладки для получения оптимальных значений амплитуды и однородности поперечного радиочастотного магнитного поля в области мозга плода либо во всем плоде. ● Расчет амплитуды и однородности поперечного радиочастотного магнитного поля B1+ в объеме фантома (мозга или тела плода) при возбуждении приемо-передающей катушкой для тела типа “птичья клетка” с использованием диэлектрической подкладки. ● Адаптация воксельной модели беременной женщины ● Настройка и согласование катушки типа “птичья клетка” при наличии воксельной модели женщины ● Расчет амплитуды и однородности поперечного радиочастотного магнитного поля B1+ в объеме воксельной модели (мозга или тела плода) при возбуждении катушкой типа “птичья клетка” без и с использованием МРТ подкладки на основе метаматериалов, либо диэлектрической подкладки. ● Расчет радиочастотной безопасности с точки зрения расчета распределения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии (SAR). ● Численный анализ работы метаповерхности для улучшения визуализации плода. Оценка успешности: Работа по этапу выполнена успешно. Проведено численное моделирование различных конфигураций метаповерхности с целью поиска оптимальной геометрии с точки зрения влияния на однородность и амплитуду поперечного радиочастотного магнитного поля В1+ в области плода и радиочастотную безопасность. В результате работы показано, что применение такой подкладки может улучшить однородность B1 + и снизить SAR у беременных женщин аналогично ранее предложенной диэлектрической подкладке с высокой диэлектрической проницаемостью. Однако преимущества МРТ подкладки заключаются в том, что она может быть изготовлена из гибких, легких, износостойких и недорогих материалов.