專利名稱：一種基于人工電磁結構的超透鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于核磁共振醫(yī)學成像領域，涉及一種基于人工電磁結構的超透鏡。
背景技術：
MRI是一種生物磁自旋成像技術，它是利用人體中氫原子核自旋運動的特點，在外加磁場內，經射頻脈沖(Radio frequency)激勵后產生信號，用探測器檢測并輸入計算機后經過圖像處理技術在屏幕上顯示圖像。依據人體組織所釋放的能量在物質內部不同結構環(huán)境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發(fā)射出的電磁波，即可得知構成這一物體原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。作為一種新型的醫(yī)學成像手段， MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學影像學中的其他許多成像術，而且不同于已有的成像術，因此，它對疾病的診斷具有很大的潛在優(yōu)越性。該技術在臨床診斷、科學研究的應用成為現實，極大地推動了醫(yī)學、神經生理學和認知神經科學的迅速發(fā)展。但與此同時，現階段核磁共振成像研究中也是存在許多問題的，例如成像速度慢 (實時性差)，成像空間分辨率隨著深度變化衰減很快，信噪比低等缺點。左手材料是一種新型人工電磁材料，在任何設定的頻率條件下通過合理有效地設計結構可以實現等效的介電常數和磁導率或大、或小、正值、負值甚至于零。在2000年，英國科學家J. B. Pendry提出了電磁超透鏡“完美成像”的概念。用左手材料制成的平板透鏡(同時滿足介電常數和磁導率為-1)可以實現對倏逝波(Evanescent wave)的成像，不僅突破了傳統(tǒng)透鏡的最大分辨率受制于電磁波長的局限(衍射極限)，而且能夠實現“二次匯聚效應”。與此同時，在準靜態(tài)近似條件下，只需要滿足單負即可，也即介電常數為-ι或者磁導率為-1。人們據此提出了不同的構造人工電磁超透鏡的方法，以更好的實現其應用，其中核磁共振成像臨床應用是研究熱點之一。例如由金屬棒周期型排列組合的人工電磁結構可以實現等效介電常數 ￡ = -1，可以實現像波導一樣導引電磁波；由開環(huán)共振單元(SRR，split ring resonator)
構成的等效磁導率A'=-1的電磁平板結構則可以突破衍射極限，這些都將在核磁共振成像中有著非常重要的應用。在現代的核磁共振成像中，為了提高核磁共振成像的空間分辨率通常采用增強靜磁場的手段，例如現有商用的核磁共振成像設備(西門子等)包括ι. 5T、3T到7Τ。但是隨著磁場強度的提高，射頻電磁波對人體的損害也就越大，因此歐美國家在磁場場強的使用上是有嚴格的限制的；與此同時隨著場強提高，探測線圈等硬件設備的制作也存在這很大的難度。另一方面，在所有這些工作中電磁超透鏡的設計也是難點之一。理論分析已經表明要實現如上的“完美成像”要求結構參數必須嚴格的滿足介電常數為-ι或者磁導率為-1， 因而嚴格限制了電磁超透鏡的工作頻率和工作帶寬。
發(fā)明內容為了提高核磁共振成像的空間分辨率和信噪比，本實用新型提供了一種基于人工電磁結構的超透鏡。
3[0006]本實用新型解決技術問題所采取的技術方案為一種基于人工電磁結構的超透鏡，包括內固定圈、外固定圈和多個共振單元，所述的共振單元豎直設置在內固定圈和外固定圈之間，內固定圈和外固定圈同圓心設置，多個共振單元以圓心為中心呈均布狀態(tài)。所述的共振單元包括長條形FR-4基板、多個LC環(huán)路共振單元和多個非磁性負載電容，在長條形FR-4基板橫向上均布有2 4個LC環(huán)路共振單元，縱向上均布有12 20 個LC環(huán)路共振單元，每個LC環(huán)路共振單元對應一個非磁性負載電容，所述的非磁性負載電容掛載在LC環(huán)路共振單元的開口處。更進一步地說，所述的LC環(huán)路共振單元內直徑為10毫米 25毫米，線寬為2毫米 5毫米。更進一步地說，相鄰兩個LC環(huán)路共振單元之間的中心距為LC環(huán)路共振單元外直徑的1. 2 1. 5倍。更進一步地說，相鄰兩個共振單元所對應的圓心角為8° 15°。本實用新型的有益效果本實用新型制作工藝簡單，結構是可擴展的。在常規(guī)核磁共振成像設備中引入共振單元結構可以實現高的空間分辨率和高信噪比。

圖1是共振單元俯視圖。圖2是共振單元側視圖。圖3是本實用新型結構示意圖。圖4是本實用新型用于核磁共振成像探測的原理圖。圖中1.非磁性負載電容；2.長條形FR-4基板；3. LC環(huán)路共振單元；4.共振單元；5.電磁超透鏡；6.被測人體組織；7.表面線圈。
具體實施方式
[0018]
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型設計了一種基于LC環(huán)路共振單元的彎曲環(huán)形人工電磁超透鏡，并利用其新穎電磁特性來增強核磁共振成像中表面線圈的信號激勵響應和探測。在同等的設備條件下，該電磁超透鏡可以實現對核磁共振成像系統(tǒng)中激勵線圈的聚焦和探測線圈超分辨成像，因而可以實現深度和定點(有限區(qū)域大小)探測，并有效提高信噪比。如圖3所示，一種基于人工電磁結構的超透鏡，包括內固定圈、外固定圈和多個共振單元4，所述的共振單元4豎直設置在內固定圈和外固定圈之間，內固定圈和外固定圈同圓心設置，多個共振單元4以圓心為中心呈均布狀態(tài)；如圖1和2所示，共振單元4包括長條形FR-4基板2、多個LC環(huán)路共振單元3和多個非磁性負載電容1，在長條形FR-4基板2橫向上均布有2個LC環(huán)路共振單元3，縱向上均布有12 20個LC環(huán)路共振單元3，每個LC環(huán)路共振單元3對應一個非磁性負載電容 1，非磁性負載電容1掛載在LC環(huán)路共振單元3的開口處。LC環(huán)路共振單元3內直徑為10毫米 25毫米，線寬為2毫米 5毫米。相鄰兩個LC環(huán)路共振單元3之間的中心距為LC環(huán)路共振單元3外直徑的1. 2 1.5 倍。相鄰兩個共振單元4所對應的圓心角為8° 15°。在圖4中顯示了將該電磁超透鏡5應用于核磁共振成像系統(tǒng)中的應用結構原理圖，其中忽略核磁共振成像系統(tǒng)常規(guī)外圍設備。表面線圈7采用核磁共振成像設備的基本配置，人體組織6 (特別的，例如大腦)置于環(huán)形電磁超透鏡5內部。核磁共振成像設備中通常采用很強的靜磁場(1. 5T、3T到7Τ)，電磁超透鏡的所有組成單元都要求是非磁性的，所以不會與核磁共振成像中強靜磁場相互作用從而引入噪聲降低信噪比(SNR)。與此同時，人工電磁超透鏡的半徑設計與人體檢查部位相一致，例如人體腦部探測可以設計半徑為15 25厘米。人工電磁超透鏡并不要求制作成一個完整的環(huán)形結構，只要最終設計滿足環(huán)形結構的一部分也是可行的。在核磁共振成像設備中，通過射頻磁場與該電磁超透鏡的LC環(huán)路共振單元的相互作用，其等效的磁導率滿足# = (實際中還存在損耗)。對于現有核磁共振成像系統(tǒng)，通常工作中心頻率在射頻波段(幾十 幾百兆赫茲)，帶寬為幾千赫茲。如圖1和圖2所示，該電磁超透鏡的基本組成單元是LC環(huán)路共振單元，根據微波電路的理論分析可以計算其分布式參數滿足如下關系式。1、LC環(huán)路共振單元的分布式電感計算
權利要求1.一種基于人工電磁結構的超透鏡，包括內固定圈、外固定圈和多個共振單元，其特征在于所述的共振單元豎直設置在內固定圈和外固定圈之間，內固定圈和外固定圈同圓心設置，多個共振單元以圓心為中心呈均布狀態(tài)；所述的共振單元包括長條形FR-4基板、多個LC環(huán)路共振單元和多個非磁性負載電容， 在長條形FR-4基板橫向上均布有2 4個LC環(huán)路共振單元，縱向上均布有12 20個LC 環(huán)路共振單元，每個LC環(huán)路共振單元對應一個非磁性負載電容，所述的非磁性負載電容掛載在LC環(huán)路共振單元的開口處。
2.根據權利要求1所述的超透鏡，其特征在于所述的LC環(huán)路共振單元內直徑為10毫米 25毫米，線寬為2毫米 5毫米。
3.根據權利要求1所述的超透鏡，其特征在于相鄰兩個LC環(huán)路共振單元之間的中心距為LC環(huán)路共振單元外直徑的1. 2 1. 5倍。
4.根據權利要求1所述的超透鏡，其特征在于相鄰兩個共振單元所對應的圓心角為 8° 15°。
專利摘要本實用新型涉及一種基于人工電磁結構的超透鏡。傳統(tǒng)設備限制了電磁超透鏡的工作頻率和工作帶寬。本實用新型包括內固定圈、外固定圈和多個共振單元。共振單元豎直設置在內固定圈和外固定圈之間，內固定圈和外固定圈同圓心設置，多個共振單元以圓心為中心呈均布狀態(tài)。共振單元包括長條形FR-4基板、多個LC環(huán)路共振單元和多個非磁性負載電容，在長條形FR-4基板橫向上均布有LC環(huán)路共振單元，縱向上均布有LC環(huán)路共振單元，每個LC環(huán)路共振單元對應一個非磁性負載電容，該電容掛載在LC環(huán)路共振單元的開口處。本實用新型制作工藝簡單，結構是可擴展的。在常規(guī)核磁共振成像設備中引入共振單元結構可以實現高的空間分辨率和高信噪比。
文檔編號A61B5/055GK202235369SQ201120336530
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2011年9月8日
發(fā)明者何賽靈, 劉強, 謝易宏, 金毅 申請人:浙江大學