[發(fā)明專利]一種超材料及MRI磁信號(hào)增強(qiáng)器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210093063.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN103367922B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉若鵬;欒琳;郭潔;余銓強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00;G01R33/56;A61B5/055
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,高青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MRI成像技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種用于MRI成像的磁信號(hào)增強(qiáng)器件。

背景技術(shù)

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術(shù)，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)μ₀(又稱真空磁導(dǎo)率)的比值，μ_r＝μ/μ₀，無量綱值。通常“相對(duì)”二字及符號(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＞1)或減少(μ＜1)的程度。至今發(fā)現(xiàn)的自然界已存在的材料中，μ一般是大于0的。

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)一個(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(wàn)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)。

超材料是指一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“工”字形或者如圖1所示的類似“凹”字形的開口環(huán)形，但這結(jié)構(gòu)都不能實(shí)現(xiàn)磁導(dǎo)率μ明顯小于0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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有高負(fù)磁導(dǎo)率、低諧振頻率的超材料，利用該高負(fù)磁導(dǎo)率超材料，為MRI成像設(shè)備提供一種磁信號(hào)增強(qiáng)器件。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，提供一種超材料，包括多個(gè)陣列排布的超材料單元，超材料單元由兩層基板和三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)組成，基板與人造微結(jié)構(gòu)間隔層疊排列，相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)通過金屬過孔相連，人造微結(jié)構(gòu)為圓形螺繞環(huán)。

優(yōu)選地，三個(gè)人造微結(jié)構(gòu)自上而下依次為第一人造微結(jié)構(gòu)、第二人造微結(jié)構(gòu)、第三人造微結(jié)構(gòu)，第一人造微結(jié)構(gòu)的外端點(diǎn)與第二人造微結(jié)構(gòu)的外端點(diǎn)通過金屬過孔相連，第二人造微結(jié)構(gòu)的內(nèi)端點(diǎn)與第三人造微結(jié)構(gòu)的內(nèi)端點(diǎn)通過金屬過孔相連。

優(yōu)選地，基板包括第一基板和第二基板，第一基板和第二基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復(fù)合材料或F4B復(fù)合材料制得。

優(yōu)選地，第一基板和第二基板的厚度為0.1-0.5mm。

優(yōu)選地，第一基板和第二基板的介電常數(shù)為14-20。

優(yōu)選地，圓形螺繞環(huán)的線寬為0.1-0.4mm。

優(yōu)選地，圓形螺繞環(huán)的線間距為0.1-0.3mm。

優(yōu)選地，圓形螺繞環(huán)的線厚度為0.03-0.04mm。

優(yōu)選地，第一人造微結(jié)構(gòu)、第二人造微結(jié)構(gòu)、第三人造微結(jié)構(gòu)的嵌套圈數(shù)相同，嵌套圈數(shù)均大于1圈。

本發(fā)明還提供一種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)的至少一層超材料，超材料為具有前述特征的超材料。

本發(fā)明的有益效果是：利用三層經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的金屬過孔連接的人造微結(jié)構(gòu)層疊后獲得一種新型高負(fù)磁導(dǎo)率超材料，基于該高負(fù)磁導(dǎo)率超材料，本發(fā)明還提供一種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。

附圖說明

圖1，本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)示意圖；