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基于希尔伯特曲线的超表面用于增强7T磁共振射频线圈的灵敏度

DOI：10.1109/TMTT.2018.2882486 期刊：IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 本文提出了一种基于希尔伯特曲线的紧凑、轻量且易于制造的超表面谐振器，可有效提升7T磁共振成像仪射频线圈的灵敏度（射频场强度）和穿透深度。我们建立了电路模型以精确计算不同阶数希尔伯特曲线谐振器的共振频率。研究采用横向电磁（EM）线圈单元素结构，通过仿真与实验成功验证了该超表面对射频线圈场灵敏度的提升效果。由于超表面的存在，射频线圈产生的电磁场得以重新分布。该结构的关键特性是能显著增加磁场在成像体积中的穿透深度——实验显示在距线圈13.5厘米处磁场增强超过四倍。研究同时证明了集成该超表面的线圈在匹配调节方面的灵活性。
作者： Elizaveta Motovilova，Shao Ying Huang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

提出一种紧凑、轻便且易于制造的基于希尔伯特曲线的超表面谐振器，可有效提升7T磁共振成像扫描仪中射频线圈的灵敏度和穿透深度。

研究成果

提出了一种基于希尔伯特曲线的亚波长超表面谐振器，用于7T磁共振成像中射频线圈在成像体积深处的场增强。研究采用TEM线圈的单元结构，制备了该线圈及基于四阶希尔伯特曲线的单元结构进行实验验证。通过仿真与实验数据成功证明了射频场增强的有效性，实验观测到成像体积深度13.5厘米处磁场增强超过四倍。提出了一种电路模型，可快速估算给定阶数希尔伯特曲线的谐振频率并显著提高精度。

研究不足

超材料应用于磁共振成像仪射频系统时的主要限制是其物理尺寸。中频（1-3特斯拉）至超高场（UHF>7特斯拉）磁共振扫描仪的工作频率约为40-400兆赫兹，因此超材料的单元结构尺寸通常在厘米到数十厘米范围，这对于扫描仪内部有限的空间往往不切实际。

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