Suppr超能文献

一种用于 MRI 中快速电磁仿真的混合体表面积分方程方法。

A Hybrid Volume-Surface Integral Equation Method for Rapid Electromagnetic Simulations in MRI.

出版信息

IEEE Trans Biomed Eng. 2023 Jan;70(1):105-114. doi: 10.1109/TBME.2022.3186235. Epub 2022 Dec 26.

Abstract

OBJECTIVE

We developed a hybrid volume surface integral equation (VSIE) method based on domain decomposition to perform fast and accurate magnetic resonance imaging (MRI) simulations that include both remote and local conductive elements.

METHODS

We separated the conductive surfaces present in MRI setups into two domains and optimized electromagnetic (EM) modeling for each case. Specifically, interactions between the body and EM waves originating from local radiofrequency (RF) coils were modeled with the precorrected fast Fourier transform, whereas the interactions with remote conductive surfaces (RF shield, scanner bore) were modeled with a novel cross tensor train-based algorithm. We compared the hybrid-VSIE with other VSIE methods for realistic MRI simulation setups.

RESULTS

The hybrid-VSIE was the only practical method for simulation using 1 mm voxel isotropic resolution (VIR). For 2 mm VIR, our method could be solved at least 23 times faster and required 760 times lower memory than traditional VSIE methods.

CONCLUSION

The hybrid-VSIE demonstrated a marked improvement in terms of convergence times of the numerical EM simulation compared to traditional approaches in multiple realistic MRI scenarios.

SIGNIFICANCE

The efficiency of the novel hybrid-VSIE method could enable rapid simulations of complex and comprehensive MRI setups.

摘要

目的

我们开发了一种基于域分解的混合体表面积分方程 (VSIE) 方法,以进行快速准确的磁共振成像 (MRI) 模拟,其中包括远程和局部导电元件。

方法

我们将 MRI 设备中存在的导电表面分为两个区域,并针对每种情况进行了电磁场 (EM) 建模优化。具体来说,体与源自局部射频 (RF) 线圈的电磁波之间的相互作用采用预校正快速傅里叶变换进行建模,而与远程导电表面(RF 屏蔽、扫描仪孔)的相互作用则采用基于新型交叉张量列车的算法进行建模。我们将混合 VSIE 与其他用于现实 MRI 模拟设置的 VSIE 方法进行了比较。

结果

混合 VSIE 是使用 1 毫米体素各向同性分辨率 (VIR) 进行模拟的唯一实用方法。对于 2 毫米 VIR,我们的方法至少可以快 23 倍,所需内存比传统 VSIE 方法低 760 倍。

结论

与传统方法相比,混合 VSIE 在多个现实 MRI 场景中的数值电磁场模拟收敛时间方面表现出显著的改进。

意义

新型混合 VSIE 方法的效率可以实现复杂和全面的 MRI 设备的快速模拟。

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IEEE Trans Biomed Eng. 2023 May;70(5):1575-1586. doi: 10.1109/TBME.2022.3222748. Epub 2023 Apr 20.

本文引用的文献

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