加速 MRI 中石墨微晶体神经探针的电磁场相互作用仿真

在 MRI 环境中实施电生理记录具有挑战性，因为 recording probes 与 MRI 生成的场之间的复杂相互作用可能影响安全性和数据质量。本研究旨在开发和评估一种高效且准确的混合电磁（EM）仿真框架，用于评估此类相互作用。方法：在 FDTD 求解器（Sim4Life）中实现将 Huygens' Box（HB）方法与子网格化相结合的混合 EM 策略。模拟了带或不带皮层（IC）和皮层外（EC）石墨基微晶体阵列的小鼠和大鼠头部 RF 线圈模型。从二维布局重建了三维多层探针模型，并评估了传输场（$B_{1}^{+}$）、电场（$E$）和比特吸收率（SAR）分布。对性能进行了与常规全波多端口（MP）仿真的基准测试，采用 Bland-Altman 分析和体素级百分比差异。结果：HB 仿真将计算时间缩短约 70-80%，同时保持了 $|B_{1}^{+}|$、$|E|$ 和 SAR 的空间模式，包括传输场对称性和局部高场区域。与 MP 的偏差在 $|B_{1}^{+}$| 上最小（小鼠中 $\Delta$% 中位数为 0.02-0.07%，大鼠中为 -3.7% 到 -1.7%），而在 $|E|$ 和 SAR 上则较为适度，绝对 SAR 值仍远低于人类安全限值。石墨基阵列对 RF 传输和 SAR 沉积产生可忽略的影响。结论：HB 方法 enables 对 MRI 环境中涉及微小探针的电磁相互作用进行高分辨率、计算效率的评估，支持 otherwise 不可行的全波 MP 模型的仿真。