本發(fā)明總體上涉及電磁技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于3T磁共振射頻線圈的超材料結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

磁共振系統(tǒng)主要包括磁體、譜儀、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、圖像重建系統(tǒng)等。射頻系統(tǒng)主要是通過射頻線圈來激發(fā)和采集磁共振信號。射頻線圈的性能直接影響最終圖像的質(zhì)量。隨著科技的發(fā)展以及越來越多的學(xué)科交叉和融合，不同領(lǐng)域的研究成果相結(jié)合逐步成為一種趨勢。超材料是一種具有超自然電磁屬性的人工復(fù)合電磁材料，由單元結(jié)構(gòu)周期分布構(gòu)成。超材料在射頻領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是磁共振射頻線圈的應(yīng)用引起了研究者的興趣。當(dāng)電磁波入射時(shí)，在超材料結(jié)構(gòu)中形成等效的LC諧振回路，從而通過磁諧振來實(shí)現(xiàn)對電磁波的控制和束縛，實(shí)現(xiàn)對磁共振射頻場的增強(qiáng)等效果，獲得更清晰的成像結(jié)果。由于3T磁共振成像環(huán)境的要求，超材料的制作材料要求是無磁性，價(jià)格比較昂貴。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，一般都要反復(fù)測試和制作。

在超材料的設(shè)計(jì)和制作過程中，瑞士卷結(jié)構(gòu)和開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)可以調(diào)整諧振頻率至3T磁共振的工作頻率，但由于接入了實(shí)體電容，這樣不可避免地引入了額外損耗，并且高精度的實(shí)體電容極大地增加了材料成本及工藝成本；其二是制作和裝配過程復(fù)雜，需要對每個(gè)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行繁瑣的頻率校準(zhǔn)，所以實(shí)用性不大。目前應(yīng)用于磁共振的超材料結(jié)構(gòu)主要有：1、瑞士卷結(jié)構(gòu)，這些單元結(jié)構(gòu)由厚度為50μm的鋁箔卷成直徑10mm，長度200mm的多層圓柱體，這些圓柱體以每邊為10個(gè)再排列成一個(gè)六邊形結(jié)構(gòu)組成一塊超材料。2、開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)開口諧振環(huán)都額外接有一個(gè)高精度(±1％)的電容來達(dá)到所需諧振頻率。單元結(jié)構(gòu)直徑15mm，整塊超材料由18×18×2個(gè)單元結(jié)構(gòu)組成陣列。

于2016年12月6日提交的、申請?zhí)枮镃N201611107088.2的中國專利提供一種用于產(chǎn)生局域熱點(diǎn)的電磁超材料結(jié)構(gòu)，該專利雖然在減少發(fā)熱、降低能耗方面有一定的改進(jìn)，但是結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，成本較高。

有鑒于此，需要開發(fā)一種新的技術(shù)來克服這些缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于3T磁共振射頻線圈的超材料結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使得可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整超材料的諧振頻率。將該結(jié)構(gòu)作為單元的超材料應(yīng)用于3T磁共振射頻線圈以提高射頻場強(qiáng)度，提高圖像的局部信噪比。

本發(fā)明所提供的應(yīng)用于3T磁共振射頻線圈的超材料結(jié)構(gòu)可以包括繞線和絕緣層，所述繞線可以是螺旋形的，且可以分布在所述絕緣層的正反兩面。

在一實(shí)施方案中，所述繞線優(yōu)選是銅繞線。

在一實(shí)施方案中，所述銅繞線優(yōu)選是兩個(gè)，且分布在所述絕緣層的正反兩面，形成以所述絕緣層的厚度為間距的平行電容器。

在一實(shí)施方案中，所述銅繞線可以是雙面方形銅繞線。

在一實(shí)施方案中，所述超材料結(jié)構(gòu)為超材料單元結(jié)構(gòu)的周期性結(jié)構(gòu)，所述超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)選介于14mm和16mm之間，所述銅繞線的厚度可以介于0.05mm和0.10mm之間，所述銅繞線的圈數(shù)在正反面均可以大于5圈，優(yōu)選介于5圈和10圈之間，所述銅繞線的線寬優(yōu)選介于0.4mm和0.6mm之間，所述銅繞線的線間距優(yōu)選介于0.08mm和0.12mm之間。

在一實(shí)施方案中，所述銅繞線的邊緣距離所述超材料單元結(jié)構(gòu)的邊界優(yōu)選介于0.08mm和0.12mm之間，所述絕緣層的厚度優(yōu)選介于0.30mm和0.50mm之間。

在一實(shí)施方案中，所述超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸為15mm，所述銅繞線的厚度為0.07mm，所述銅繞線的圈數(shù)為7圈，所述銅繞線的線寬為0.5mm，所述銅繞線的線間距為0.10mm。

在一實(shí)施方案中，所述銅繞線的邊緣距離所述超材料單元結(jié)構(gòu)的邊界為0.10mm，所述絕緣層的厚度為0.38mm，所述絕緣層可以為羅杰斯板材，型號可以為RT5880。

在一實(shí)施方案中，所述超材料單元結(jié)構(gòu)的諧振頻率f可以由電容C和電感L共同決定，且

本發(fā)明通過設(shè)計(jì)電路諧振的要素——電感和電容的構(gòu)造，以及單元結(jié)構(gòu)銅的繞線及布置方式、單元尺寸，并將其應(yīng)用于3T磁共振射頻線圈領(lǐng)域，能顯著提高射頻場強(qiáng)度，提高圖像的局部信噪比。另外，使用雙面方形銅繞線結(jié)構(gòu)作為超材料的單元結(jié)構(gòu)，可以通過增加銅的繞線圈數(shù)增大電感和寄生電容，從而對超材料的諧振頻率進(jìn)行調(diào)整。這種結(jié)構(gòu)不需要接入實(shí)體電容，成本相對低，并且制作簡便，不需要單獨(dú)進(jìn)行人工校準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)還可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整超材料的諧振頻率，與現(xiàn)有技術(shù)相比，損耗更小及制作成本更低。在設(shè)計(jì)制作同諧振頻率的超材料中，相對于已有的超材料單元結(jié)構(gòu)，本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)損耗小，從而降低成本；(2)制作簡便，因此更實(shí)用。

附圖說明

圖1是超材料結(jié)構(gòu)的線圈布置示意圖。

圖2是添加超材料的水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

圖3是未添加超材料的水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

圖4是添加超材料的水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

圖5是未添加超材料的水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說明。在下文所描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，為了能更好地理解本發(fā)明而描述了一些很具體的技術(shù)特征，但顯而易見的是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，并不是所有的這些技術(shù)特征都是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的必要技術(shù)特征。下文所描述的本發(fā)明的一些具體實(shí)施例只是本發(fā)明的一些示例性的具體實(shí)施例，其不應(yīng)被視為對本發(fā)明的限制。另外，為了避免使本發(fā)明變得難以理解，對于一些公知的技術(shù)沒有進(jìn)行描述。

超材料單元結(jié)構(gòu)的諧振頻率f：

其中f由電容C和電感L共同決定，要降低微結(jié)構(gòu)的諧振頻率，要求單元結(jié)構(gòu)的電容電感盡量的大。螺旋繞線方式是電感最直接也是有效的方法，同時(shí)兩個(gè)銅繞線分布在中間絕緣層的正反兩面形成了以絕緣層厚度為間距的平行電容器，增加了板間電容。

圖1是根據(jù)一實(shí)施例顯示的超材料結(jié)構(gòu)的線圈布置示意圖，圖1(a)為該布置的俯視圖，圖1(b)為該布置的局部立體圖，圖1(c)為該布置的局部側(cè)視圖。

在一實(shí)施例中，使用一種雙面方形銅繞線結(jié)構(gòu)作為超材料的單元結(jié)構(gòu)。雙面方形銅繞線超材料單元結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)如下：單元結(jié)構(gòu)尺寸為15mm，銅繞線厚度為0.07mm，銅繞線圈數(shù)正反面均為7圈，銅繞線線寬為0.5mm，銅繞線線間距為0.1mm，銅繞線邊緣距離單元結(jié)構(gòu)邊界0.1mm，絕緣層厚度為0.38mm，絕緣層介質(zhì)為羅杰斯板材，型號為RT5880。

圖2-5顯示了添加了本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)的水模實(shí)驗(yàn)與未添加超材料的水模實(shí)驗(yàn)的對比圖。所述實(shí)驗(yàn)在西門子3T磁共振系統(tǒng)上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本發(fā)明制作的用于3T磁共振的超材料能夠增強(qiáng)水模的圖像信號，得到相對清晰的水模內(nèi)的圖像。

在另一實(shí)施例中，所述超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸為14mm，所述銅繞線的厚度為0.05mm，所述銅繞線的圈數(shù)在正反面均為5圈，所述銅繞線的線寬為0.4mm，所述銅繞線的線間距為0.08mm。所述銅繞線的邊緣距離所述超材料單元結(jié)構(gòu)的邊界為0.08mm，所述絕緣層的厚度為0.30mm，所述絕緣層為羅杰斯板材，型號為RT5880。

在又一實(shí)施例中，所述超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸為16mm，所述銅繞線的厚度為0.10mm，所述銅繞線的圈數(shù)在正反面均為10圈，所述銅繞線的線寬為0.6mm，所述銅繞線的線間距為0.10mm。所述銅繞線的邊緣距離所述超材料單元結(jié)構(gòu)的邊界為0.12mm，所述絕緣層的厚度為0.50mm，所述絕緣層為羅杰斯板材，型號為RT5880。

將這些超材料在西門子3T磁共振系統(tǒng)上進(jìn)行水模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣顯示本發(fā)明制作的用于3T磁共振的超材料能夠增強(qiáng)水模的圖像信號，得到相對清晰的水模內(nèi)的圖像。

盡管已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是存在落入本發(fā)明范圍之內(nèi)的改動、置換以及各種替代等同方案。還應(yīng)當(dāng)注意的是，存在多種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的可選方式。因此，意在將隨附的權(quán)利要求書解釋為包含落在本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)的所有這些改動、置換以及各種替代等同方案。