面向MRI中被动共振器场计算与优化的快速电磁与RF电路联合仿真
医学物理
2025-09-18 v1
摘要
被动共振器在MRI中广泛用于操控RF场分布。然而，使用全波电磁仿真优化这些结构在计算上昂贵，特别是当针对大型被动共振器阵列且自由度众多时。本工作提出了一种专为分析和优化被动共振器而设计的联合仿真框架。该框架在进行单次全波电磁仿真时，将共振器的集总元件被取代为端口，随后进行电路层面的计算以评估任意电容和电感配置。这允许与遗传算法集成，以快速优化共振器参数并增强特定感兴趣区域(ROI)内的B1场。我们在三个场景中验证了该方法：(1) 一个单环被动共振器置于球形模拟器上，(2) 两个环形阵列置于圆柱形模拟器上，(3) 两个环形阵列置于人类头部模型上。在所有情况下，联合仿真结果与全波仿真结果高度吻合，相对误差小于1%。遗传算法驱动的优化（涉及数万种电容组合）在5分钟内完成，而等效的全波EM扫描则需要不可称量的计算时间。该工作首次将联合仿真方法扩展到被动共振器设计中，实现了快速、准确且可扩展的优化。该方法显著降低了计算负担，同时保持了全波精度，成为MRI中被动RF结构开发的强大工具。
引用
@article{arxiv.2509.13431,
title = {Fast Electromagnetic and RF Circuit Co-Simulation for Passive Resonator Field Calculation and Optimization in MRI},
author = {Zhonghao Zhang and Ming Lu and Hao Liang and Zhongliang Zu and Yi Gu and Xiao Wang and Yuankai Huo and John C. Gore and Xinqiang Yan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.13431},
year = {2025}
}