MRDust：基于磁共振成像调制的无线植入物数据上行链路与定位

磁共振成像 (MRI) 具有丰富且临床有用的内源性对比机制，能够区分软组织，并对血流、扩散、磁化率、血氧水平等敏感。然而，MRI 的灵敏度最终受到核磁共振 (NMR) 物理学的限制，其时空分辨率受限于信噪比 (SNR) 和空间编码。另一方面，微型植入式传感器提供了高度局部的生理信息，但当存在多个植入物时，通信和定位可能具有挑战性。本文介绍了 MRDust，这是一种主动“对比剂”，将主动传感器植入物与 MRI 相结合，能够将高度局部的生理数据直接编码到 MR 图像中，以增强解剖图像。MRDust 采用微米级片上线圈主动调制局部磁场，实现 MR 信号幅度和相位调制以进行数字数据传输。由于 MRI 本身能够捕获解剖组织结构，该方法有望实现多个植入物的同步数据通信、定位和图像配准。本文介绍了该方法的基本物理原理、设计权衡和设计方法。为了验证该概念，使用 TSMC 28 nm 技术设计了一款 900 $\times$ 990 $\mu$m$^2$ 的芯片，其片上线圈直径为 630 $\mu$m。该芯片在 MR750W GE3T MRI 扫描仪中通过定制硬件进行了测试。使用自旋回波平面成像 (SE-EPI) 序列成功演示了体素幅度调制，实现了 25.58 的对比噪声比 (CNR)，功耗为 130 $\mu$W。