專利名稱：一種mri磁信號(hào)增強(qiáng)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MRI領(lǐng)域，具體地涉及ー種MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件。
背景技術(shù)：
核磁共振(MRI)成像系統(tǒng)的原理是利用線圈去檢測(cè)原子核自旋吸收和發(fā)射的無線電波脈沖能量，該線圈作為接收線圈，在有些時(shí)候還同時(shí)作為發(fā)射線圈。在無線電波脈沖能量的幫助下，核磁共振成像掃描儀可以定位患者體內(nèi)ー個(gè)非常小的點(diǎn)，然后確定這是何種類型的組織。核磁共振成像機(jī)器采用特定于氫原子的無線電頻率脈沖。系統(tǒng)引導(dǎo)脈沖對(duì)準(zhǔn)所要檢查的身體區(qū)域，并導(dǎo)致該區(qū)域的質(zhì)子吸收使它們以不同方向旋轉(zhuǎn)或旋進(jìn)所需的 能量。這是核磁共振成像裝置的“共振”部分。無線電頻率脈沖迫使它們(指每一百萬質(zhì)子中多余的一對(duì)或者兩對(duì)不匹配的質(zhì)子)在特定頻率下按照特定方向旋轉(zhuǎn)。引發(fā)共振的特定頻率被稱為拉摩爾頻率，該值是根據(jù)要成像的特定組織以及主磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算得出的。無線電頻率脈沖通常利用一個(gè)線圈來提供，該線圈稱為發(fā)射線圈。現(xiàn)有核磁共振成像設(shè)備的接收線圈必須相當(dāng)近地接近待測(cè)部位，以獲取由待測(cè)部位釋放出來的磁信號(hào)。MRI成像設(shè)備的清晰度與主磁場(chǎng)強(qiáng)度呈正相關(guān)，主磁場(chǎng)磁鐵系統(tǒng)是MRI成像設(shè)備的主要部分，為了提升MRI成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，一般需要更換整臺(tái)MRI成像設(shè)備，造價(jià)十分高昂。超材料是指ー些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。超材料的性質(zhì)和功能主要來自于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而非構(gòu)成它們的材料。目前，現(xiàn)有的金屬人造微結(jié)構(gòu)的幾何形狀為“エ”字形或者如圖I所示的類似“凹”字形的開ロ環(huán)形，但這結(jié)構(gòu)都不能實(shí)現(xiàn)磁導(dǎo)率μ明顯小于O或使超材料諧振頻率降低，也不能實(shí)現(xiàn)各向同性，只有通過設(shè)計(jì)具有特殊幾何圖形的金屬人造微結(jié)構(gòu)，才能使得該人工電磁材料在特定頻段內(nèi)達(dá)到磁導(dǎo)率μ值小于0，并具有較低的諧振頻率。目前，國(guó)際社會(huì)對(duì)磁導(dǎo)率方面已有大量的研究，其中對(duì)于正磁導(dǎo)率的研究已經(jīng)趨于成熟，對(duì)于負(fù)磁導(dǎo)率超材料的研究是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，負(fù)磁導(dǎo)率具有量子極化作用，可以對(duì)入射波產(chǎn)生極化作用，因此作用范圍很大，如在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中的磁共振成像技木，負(fù)磁導(dǎo)率材料能夠加強(qiáng)電磁波的成像效果，另外負(fù)磁導(dǎo)率材料在透鏡研究方面亦有重要作用，在工程領(lǐng)域，磁導(dǎo)率通常都是指相對(duì)磁導(dǎo)率，為物質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率μ與磁性常數(shù)μ。(又稱真空磁導(dǎo)率)的比值，Ur= μ/μ O，無量綱值。通?！跋鄬潯倍旨胺?hào)下標(biāo)r都被省去。磁導(dǎo)率是表示物質(zhì)受到磁化場(chǎng)H作用時(shí)，內(nèi)部的真磁場(chǎng)相對(duì)于H的增加(μ > I)或減少(μ < I)的程度。至今發(fā)現(xiàn)的自然界已存在的材料中，μ —般是大于O的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供ー種MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，該MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件為負(fù)磁導(dǎo)率超材料，增強(qiáng)MRI成像設(shè)備的成像質(zhì)量，同時(shí)，MRI成像設(shè)備的成像質(zhì)量增強(qiáng)，能夠使MRI成像設(shè)備的接收線圈不必緊靠待測(cè)部位，増加MRI成像設(shè)備使用的舒適性。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案為提供ー種MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件設(shè)置在待測(cè)部位與MRI成像設(shè)備的磁信號(hào)接收線圈之間，MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的至少ー層負(fù)磁導(dǎo)率超材料，負(fù)磁導(dǎo)率超材料包括基板及固定在基板上的人造微結(jié)構(gòu)層，人造微結(jié)構(gòu)層上周期性的陣列排布多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，人造微結(jié)構(gòu)由四個(gè)相同的人造微結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，任一人造微結(jié)構(gòu)單元繞同一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°后分別與其它三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)単元重合，人造微結(jié)構(gòu)単元由一根金屬線通過多重繞線的方式形成多重嵌套的凹形開ロ諧振環(huán)。優(yōu)選地，超材料由兩層基板與三層人造微結(jié)構(gòu)層相間層疊而成。優(yōu)選地，人造微結(jié)構(gòu)単元的位置是一一對(duì)應(yīng)的，人造微結(jié)構(gòu)單元開ロ方向?yàn)?，兩外層人造微結(jié)構(gòu)單元的開ロ方向相同，中間層人造微結(jié)構(gòu)單元與外層人造微結(jié)構(gòu)單元的開ロ 方向相反。優(yōu)選地，基板為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板。優(yōu)選地，基板的厚度為O. 10-0. 30mm。優(yōu)選地，金屬線線寬O. 05-0. 15mm。優(yōu)選地，金屬線線間距O. 05-0. 15mm。優(yōu)選地，金屬線線厚度O. 015-0. 020mm。優(yōu)選地,人造微結(jié)構(gòu)的尺寸為30mmX 30mm。優(yōu)選地，金屬線繞線圈數(shù)大于2。本發(fā)明的有益效果是提供ー種MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件利用負(fù)磁導(dǎo)率超材料的磁導(dǎo)率為負(fù)這一特性，達(dá)到信號(hào)增強(qiáng)的效果，使MRI成像設(shè)備成像效果更好，同吋，MRI設(shè)備成像質(zhì)量增強(qiáng)，能夠使MRI設(shè)備的接收線圈不必緊靠待測(cè)部位，増加MRI設(shè)備使用的舒適性。


圖1，現(xiàn)有技術(shù)負(fù)磁導(dǎo)率超材料人造微結(jié)構(gòu)不意圖；圖2，MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件示意圖；圖3，本發(fā)明負(fù)磁導(dǎo)率超材料人造微結(jié)構(gòu)單元示意圖；圖4，圖3人造微結(jié)構(gòu)單元開ロ方向示意圖；圖5，本發(fā)明負(fù)磁導(dǎo)率超材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖6，圖5的右視圖；圖7，本發(fā)明負(fù)磁導(dǎo)率超材料人造微結(jié)構(gòu)示意圖；圖8,人造微結(jié)構(gòu)單元極坐標(biāo)示意圖；圖9，現(xiàn)有技術(shù)負(fù)磁導(dǎo)率超材料仿真效果示意圖；圖10，本發(fā)明負(fù)磁導(dǎo)率超材料仿真效果示意圖；圖11，MRI動(dòng)物離體冠狀面效果對(duì)比圖；圖中，10負(fù)磁導(dǎo)率超材料，12外殼，I人造微結(jié)構(gòu)單元開ロ處，a、b、c人造微結(jié)構(gòu)
層，d、e基板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)中的類似“凹”字形的開ロ環(huán)形人造微結(jié)構(gòu)，這種形狀的人造微結(jié)構(gòu)能使超材料磁導(dǎo)率為負(fù)，但達(dá)到負(fù)磁導(dǎo)率的諧振頻率較高，如圖9現(xiàn)有負(fù)磁導(dǎo)率超材料技術(shù)仿真效果示意圖所示，上述人造微結(jié)構(gòu)形狀達(dá)到磁導(dǎo)率為負(fù)的諧振頻率超過350MHz ο圖2為MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件示意圖，本發(fā)明MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件包括外殼12及設(shè)置在外殼12內(nèi)的至少ー層負(fù)磁導(dǎo)率超材料10。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的外殼12起到支撐、保護(hù)內(nèi)層負(fù)磁導(dǎo)率超材料10的作用，在測(cè)量ー些特殊部位，如腿部、頸部時(shí)，可對(duì)外殼12進(jìn)行共形設(shè)計(jì)，便于用戶根據(jù)具體需要使用。若外殼12內(nèi)部有兩層以上負(fù)磁導(dǎo)率超材料10，可將其同軸平行固定。
圖3示出了本發(fā)明人造微結(jié)構(gòu)単元示意圖，本發(fā)明人造微結(jié)構(gòu)單元為由一根金屬線通過多重繞線的方式形成多重嵌套的凹形開ロ諧振環(huán)。I為人造微結(jié)構(gòu)単元的開ロ處，由此可知，其開ロ方向向上，參見圖4，四個(gè)人造微結(jié)構(gòu)単元呈環(huán)形等間距陣列排布在基板d、e表面，人造微結(jié)構(gòu)単元的位置是一一對(duì)應(yīng)的，人造微結(jié)構(gòu)單元開ロ方向?yàn)?，兩外層人造微結(jié)構(gòu)單元的開ロ方向相同，中間層人造微結(jié)構(gòu)單元與外層人造微結(jié)構(gòu)單元的開ロ方向相反，形成人造微結(jié)構(gòu)，參見圖7，多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)周期性陣列排布在基板d、e表面，形成人造微結(jié)構(gòu)層a、b、c,基板d、e與人造微結(jié)構(gòu)層a、b、c相間層疊組成負(fù)磁導(dǎo)率超材料10,參見圖5。應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)在基板d、e的表面呈周期性排布，如圖6所示，矩形陣列排布，即以ー X方向?yàn)樾小⒁源怪庇赬方向的y方向?yàn)榱械嘏帕?，且各行間距、各列間距分另IJ相等，甚至行間距等于列間距均可。優(yōu)選行間距、列間距不大于所要響應(yīng)的入射電磁波的波長(zhǎng)的四分之一，即例如工作環(huán)境是波長(zhǎng)為λ的電磁波，需要超材料對(duì)此電磁波的電磁特性是呈現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率，則設(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)時(shí)將上述行間距、列間距選擇不大于四分之一波長(zhǎng)，優(yōu)選為十分之一波長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明人造微結(jié)構(gòu)的金屬線材質(zhì)為銅線、銀線，甚至是金線。金屬線線寬O. 05-0. 15mm,金屬線線間距O. 05-0. 15mm,金屬線線厚度O. 015-0. 020mm,金屬線繞線圈數(shù)大于2,人造微結(jié)構(gòu)的尺寸為30mmX30mm。應(yīng)當(dāng)理解，本文的ー圈，是指如圖8所示，以開ロ諧振環(huán)所圍成的環(huán)形內(nèi)部的一點(diǎn)為極坐標(biāo)的極點(diǎn)Oe,開ロ諧振環(huán)兩末端點(diǎn)中離極點(diǎn)Oe近的ー個(gè)末端點(diǎn)到極點(diǎn)的連線為該極坐標(biāo)的極軸，取逆時(shí)針為正方向，則沿開ロ諧振環(huán)上的每一點(diǎn)依次用極坐標(biāo)(Pe，Θ)來表示，每到ー個(gè)360度為ー圈，直到達(dá)到開ロ諧振環(huán)的離極點(diǎn)遠(yuǎn)的另一末端點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，基板d、e為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板，基板d、e的厚度為O. 10-0. 30mm。圖10為本發(fā)明負(fù)磁導(dǎo)率超材料仿真效果示意圖，仿真軟件與圖9使用的仿真軟件均為CST MICROWAVE STUDIO 2010，仿真參數(shù)為金屬線選擇銅線，銅線線寬O. 1mm，銅線線間距O. Imm,銅線線厚度O. 018mm,基板為FR-4環(huán)氧樹脂基板,厚度O. 018mm,人造微結(jié)構(gòu)尺寸30mmX30mm，由仿真結(jié)果可知，本發(fā)明負(fù)磁導(dǎo)率超材料實(shí)現(xiàn)磁導(dǎo)率為_1的諧振頻率在IOMHz以下，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大大降低了負(fù)磁導(dǎo)率超材料的諧振頻率。基于上述低諧振頻率負(fù)磁導(dǎo)率超材料，制成如圖2所示的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，該磁信號(hào)增強(qiáng)器件置于MRI設(shè)備的接收線圈與用戶之間，當(dāng)MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件中的負(fù)磁導(dǎo)率超材料在磁導(dǎo)率為負(fù)吋，且諧振頻率與MRI工作頻率相同的情況下，負(fù)磁導(dǎo)率超材料與MRI設(shè)備的接收線圈產(chǎn)生響應(yīng)，增強(qiáng)接收線圈的磁信號(hào)，進(jìn)而增強(qiáng)MRI系統(tǒng)的成像質(zhì)量。如圖11所示，左圖為未加入MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件的動(dòng)物離體冠狀面效果對(duì)比圖，圖中動(dòng)物離體為新鮮離體豬腿，右圖為同樣的豬腿在加入本發(fā)明MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件后使用相同MRI設(shè)備的成像圖，通過對(duì)比可知，加入MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件后，動(dòng)物離體的肌肉、骨骼紋理顯示的更清晰，圖像更加明亮，MRI成像效果明顯提高，便于醫(yī)生進(jìn)行診斷。同時(shí)，增強(qiáng)MRI系統(tǒng)的成像質(zhì)量，能使MRI設(shè)備的接收線圈不必緊靠待測(cè)部位，増加MRI設(shè)備使用的舒適性。本發(fā)明中的上述實(shí)施例僅作了示范性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請(qǐng)后 可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件設(shè)置在待測(cè)部位與MRI成像設(shè)備的磁信號(hào)接收線圈之間，所述MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的至少一層負(fù)磁導(dǎo)率超材料，所述負(fù)磁導(dǎo)率超材料包括基板及固定在基板上的人造微結(jié)構(gòu)層，所述人造微結(jié)構(gòu)層上周期性的陣列排布多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)由四個(gè)相同的人造微結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，所述任一人造微結(jié)構(gòu)單元繞同一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°后分別與其它三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)單元重合，所述人造微結(jié)構(gòu)單元由一根金屬線通過多重繞線的方式形成多重嵌套的凹形開口諧振環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述超材料由兩層所述基板與三層所述人造微結(jié)構(gòu)層相間層疊而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)單元的位置是一一對(duì)應(yīng)的，所述人造微結(jié)構(gòu)單元開口方向?yàn)?，兩外層人造微結(jié)構(gòu)單元的開口方向相同，中間層人造微結(jié)構(gòu)單元與外層人造微結(jié)構(gòu)單元的開口方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述基板為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述基板的厚度為0.10-0. 30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負(fù)磁導(dǎo)率超材料，其特征在于，所述金屬線線寬0.05-0. 15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負(fù)磁導(dǎo)率超材料，其特征在于，所述金屬線線間距0.05-0. 15mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負(fù)磁導(dǎo)率超材料，其特征在于，所述金屬線線厚度0.015—0. 020mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)的尺寸為30mmX 30mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，其特征在于，所述金屬線繞線圈數(shù)大于2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件，MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件設(shè)置在待測(cè)部位與MRI成像設(shè)備的磁信號(hào)接收線圈之間，MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的至少一層負(fù)磁導(dǎo)率超材料，該負(fù)磁導(dǎo)率超材料為經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的低頻負(fù)磁導(dǎo)率超材料，當(dāng)MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件中的負(fù)磁導(dǎo)率超材料在磁導(dǎo)率為負(fù)時(shí)，且諧振頻率與MRI工作頻率相同的情況下，負(fù)磁導(dǎo)率超材料與MRI設(shè)備的接收線圈產(chǎn)生響應(yīng)，增強(qiáng)接收線圈的磁信號(hào)，進(jìn)而增強(qiáng)MRI系統(tǒng)的成像質(zhì)量，同時(shí)，MRI系統(tǒng)的成像質(zhì)量增強(qiáng)，能夠使MRI設(shè)備的接收線圈不必緊靠待測(cè)部位，增加MRI設(shè)備使用的舒適性。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102709705SQ20121012822
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 洪運(yùn)南, 郭潔 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司