[發明專利]一種負磁導率超材料及MRI磁信號增強器件

有效

• 申請號: 201210110055.9
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102683872A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;郭潔;余銓強
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;A61B5/055
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及超材料領域，具體地涉及一種負磁導率超材料及MRI磁信號增強器件。

【背景技術】

目前，國際社會對磁導率方面已有大量的研究，其中對于正磁導率的研究已經趨于成熟，對于負磁導率超材料的研究是現在國內外研究的熱點，負磁導率具有量子極化作用，可以對入射波產生極化作用，因此作用范圍很大，如在醫學成像領域中的磁共振成像技術，負磁導率材料能夠加強電磁波的成像效果，另外負磁導率材料在透鏡研究方面亦有重要作用，在工程領域，磁導率通常都是指相對磁導率，為物質的絕對磁導率μ與磁性常數μ₀(又稱真空磁導率)的比值，μ_r＝μ/μ₀，無量綱值。通常“相對”二字及符號下標r都被省去。磁導率是表示物質受到磁化場H作用時，內部的真磁場相對于H的增加(μ＞1)或減少(μ＜1)的程度。至今發現的自然界已存在的材料中，μ都是大于0的。

核磁共振(MRI)成像系統的原理是利用線圈去檢測原子核自旋吸收和發射的無線電波脈沖能量，該線圈作為接收線圈，在有些時候還同時作為發射線圈。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一個非常小的點，然后確定這是何種類型的組織。核磁共振成像機器采用特定于氫原子的無線電頻率脈沖。系統引導脈沖對準所要檢查的身體區域，并導致該區域的質子吸收使它們以不同方向旋轉或旋進所需的能量。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(指每一百萬質子中多余的一對或者兩對不匹配的質子)在特定頻率下按照特定方向旋轉。引發共振的特定頻率被稱為拉摩爾頻率，該值是根據要成像的特定組織以及主磁場的磁場強度計算得出的。無線電頻率脈沖通常利用一個線圈來提供，該線圈稱為發射線圈。現有核磁共振成像設備的接收線圈必須相當近地接近待測部位，以獲取由待測部位釋放出來的磁信號。

超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界同有的普通性質的超常材料功能。超材料的性質和功能主要來自于其內部的結構而非構成它們的材料。目前，現有的金屬人造微結構的幾何形狀為“工”字形或者如圖1所示的類似“凹”字形的開口環形，但這結構都不能實現磁導率μ明顯小于0或使超材料諧振頻率降低，也不能實現各向同性，只有通過設計具有特殊幾何圖形的金屬人造微結構，才能使得該人工電磁材料在特定頻段內達到磁導率μ值小于0，并具有較低的諧振頻率。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術中負磁導率超材料諧振頻率較高的缺陷，提供一種諧振頻率較低的各向同性負磁導率超材料，另外，本發明負磁導率超材料在磁信號增強器件中具有較大應用。

本發明實現發明目的采用的技術方案是，包括至少一層具有負磁導率的超材料層，所述超材料層包括基板以及周期性陣列排布在基板兩側的多個第一人造微結構和第二人造微結構，所述第一人造微結構由四個呈環形陣列的第一人造微結構單元組成，所述第二人造微結構由四個呈環形陣列的第二人造微結構單元組成，所述第一人造微結構單元和第二人造微結構單元是開口在一角的開口諧振環結構，所述第二人造微結構單元的位置與第一人造微結構單元一一對應，所述第二人造微結構單元的形狀為所述第一人造微結構單元的形狀繞所述環形陣列的幾何中心旋轉180度得到的形狀。

優選地，所述第一人造微結構和第二人造微結構上覆有保護層。

優選地，所述保護層厚度為0.08-0.12mm。

優選地，所述保護層的介電常數為4-8。

優選地，所述保護層的損耗正切值為0.010-0.015。

優選地，所述保護層為有機高分子材料或陶瓷材料。

優選地，所述基板的厚度為0.008-0.015mm。

優選地，所述基板的介電常數為14-20。

優選地，所述基板的損耗正切值為0.003-0.007。

一種MRI磁信號增強器件，設置在待測部位與MRI成像設備的磁信號接收線圈之間，所述MRI磁信號增強器件為超材料，所述超材料在MRI成像設備的磁信號工作頻率下具有負磁導率。

優選地，所述超材料為以上所述的負磁導率超材料。