CN102680922B - 一种新型mri体部相控阵线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型MRI体部相控线圈，该新型MRI体部相控阵线圈包括接收线圈阵列及镶嵌于接收线圈阵列内部且与接收线圈阵列等大的负磁导率超材料板，负磁导率超材料板包括基板及多个周期性阵列排布在基板上的人造微结构。经特殊设计的磁导率为负的超材料板，能够增强MRI体部相控阵线圈反馈MRI成像设备磁信号的能力，从而增强MRI体部相控阵线圈的成像质量。

Description

一种新型MRI体部相控阵线圈
技术领域
本发明涉及MRI医学成像领域，具体地涉及一种新型MRI体部相控阵线圈。
背景技术
核磁共振(MRI)成像系统的原理是利用线圈去检测原子核自旋吸收和发射的无线电波脉冲能量，该线圈作为接收线圈，在有些时候还同时作为发射线圈。在无线电波脉冲能量的帮助下，核磁共振成像扫描仪可以定位患者体内一个非常小的点，然后确定这是何种类型的组织。核磁共振成像机器采用特定于氢原子的无线电频率脉冲。系统引导脉冲对准所要检查的身体区域，并导致该区域的质子吸收使它们以不同方向旋转或旋进所需的能量。这是核磁共振成像装置的“共振”部分。无线电频率脉冲迫使它们(指每一百万质子中多余的一对或者两对不匹配的质子)在特定频率下按照特定方向旋转。引发共振的特定频率被称为拉摩尔频率，该值是根据要成像的特定组织以及主磁场的磁场强度计算得出的。
无线电频率脉冲通常利用一个线圈来提供，该线圈称为发射线圈。现有核磁共振成像设备的接收线圈必须相当近地接近待测部位，以获取由待测部位释放出来的磁信号。MRI成像设备的清晰度与主磁场强度呈正相关，主磁场磁铁系统是MRI成像设备的主要部分，为了提升MRI成像系统的成像质量，一般需要更换整台MRI成像设备，造价十分高昂。接收线圈根据结构及检查目的的不同，可分为正交头部线圈、正交体部线圈，正交膝、踝关节线圈、头颈联合相控阵线圈、体部相控阵线圈、全脊柱相控阵线圈、表面柔软线圈以及乳腺、直肠内、宫腔内专用线圈等。MRI图像质量的好坏除与磁体类型、强度、梯度系统、射频系统等硬件及成像、图像处理软件有关之外，扫描技术、脉冲序列及扫描参数的选择均对MRI图像有很大的影响。据统计，相同的MRI硬件设备，若扫描技术应用不合理，其临床诊断符合率仅达到63％，可见MRI扫描技术对MRI成像的重要性，而其中对射频线圈的选择与合理应用更是至关重要。相控阵线圈是由2个以上线圈或线圈单元组成的线圈阵列，每个线圈可同时接收对应区域的磁共振信号，并使各小区域的信号有机地联系在一起。
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料。目前，现有的金属人造微结构的几何形状为“工”字形或者如图1所示的类似“凹”字形的开口环形，但这结构都不能实现磁导率μ明显小于0或使超材料谐振频率降低，也不能实现各向同性，只有通过设计具有特殊几何图形的金属人造微结构，才能使得该人工电磁材料在特定频段内达到磁导率μ值小于0，并具有较低的谐振频率。
目前，国际社会对磁导率方面已有大量的研究，其中对于正磁导率的研究已经趋于成熟，对于负磁导率超材料的研究是现在国内外研究的热点，负磁导率具有量子极化作用，可以对入射波产生极化作用，因此作用范围很大，如在医学成像领域中的磁共振成像技术，负磁导率材料能够加强电磁波的成像效果，另外负磁导率材料在透镜研究方面亦有重要作用，在工程领域，磁导率通常都是指相对磁导率，为物质的绝对磁导率μ与磁性常数μ0(又称真空磁导率)的比值，μr＝μ/μ0，无量纲值。通常“相对”二字及符号下标r都被省去。磁导率是表示物质受到磁化场H作用时，内部的真磁场相对于H的增加(μ＞1)或减少(μ＜1)的程度。至今发现的自然界已存在的材料中，μ一般是大于0的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：在MRI体部相控阵线圈的接收线圈阵列内部镶嵌与接收线圈阵列等大的经过特殊设计的负磁导率超材料板，能够增强MRI体部相控阵线圈反馈MRI成像设备磁信号的能力，从而提高MRI体部相控阵线圈的成像质量。
本发明为实现发明目的采用的技术方案为：提供一种新型MRI体部相控线圈，新型MRI体部相控阵线圈包括接收线圈阵列及镶嵌于接收线圈阵列内部且与接收线圈阵列等大的负磁导率超材料板，负磁导率超材料板包括基板及多个周期性阵列排布在基板上的人造微结构。
优选地，基板为柔性基板。
优选地，基板划分为多个相同的立方体基板单元，每个立方体基板单元上附着有一个人造微结构。
优选地，立方体基板单元的边长为一电磁波波长的十分之一。
优选地，立方体基板单元沿两两正交垂直的x、y、z三个方向阵列排布。
优选地，人造微结构为开口谐振环结构及其衍生结构。
优选地，人造微结构为银线。
优选地，人造微结构为铜线。
本发明的有益效果是：将经过特殊设计的负磁导率超材料镶嵌于MRI体部相控阵线圈内，利用负磁导率超材料的磁导率为负这一特性，增强MRI体部相控阵线圈反馈MRI成像设备信号的能力，进而增强MRI体部相控阵线圈的成像质量。
附图说明
图1，本发明结构示意图；
图2，本发明基板单元结构示意图；
图3，本发明第二人造微结构示意图；
图4，本发明第三人造微结构示意图；
图5，本发明第四人造微结构示意图；
图中，101接收线圈阵列，102负磁导率超材料板，10立方体基板单元，11第一人造微结构，12第二人造微结构，13第三人造微结构，14第四人造微结构。
具体实施方式
图1为本发明结构示意图，包括接收线圈阵列101及镶嵌于接收线圈阵列101内部且与接收线圈阵列101等大的负磁导率超材料板102，负磁导率超材料板102选用经共形设计的柔性基板，便于镶嵌入接收线圈阵列101内。
图2为本发明立方体基板单元10结构示意图，本发明基板可“划分”为多个相同的立方体基板单元10，每个立方体基板单元10上附着有一个人造微结构，图中第一人造微结构11为开口谐振环结构的人造微结构。立方体基板单元10沿两两正交垂直的x、y、z三个方向阵列排布，立方体基板单元10的边长为一电磁波波长的十分之一，例如工作环境是波长为λ的电磁波，需要超材料对此电磁波的电磁特性是呈现负磁导率，则设计人造微结构时优选将上述行间距、列间距设为十分之一波长，即h＝λ/10。
应当理解，本发明人造微结构还可以选择开口谐振环结构的衍生结构，例如图3所示的第二人造微结构12，图4所示的第三人造微结构13，图5所示的第四人造微结构14，均能实现超材料的磁导率为-1，人造微结构的材质为铜线、银线，或者铜与其他金属的合金，甚至是金线。人造微结构的走线间距d相等，d最小可以做到0.1mm。
应当理解，根据实际需要，增加或减少人造微结构的绕线圈数，能够调节负磁导率超材料板102的谐振频率，即人造微结构的绕线圈数越多，负磁导率超材料板102的谐振频率越低。
应当理解，本发明利用负磁导率超材料板磁导率为-1时的谐振频率与MRI成像设备的谐振频率近似，提高镶嵌有负磁导率超材料板102的MRI体部相控阵线圈反馈MRI成像设备磁信号的能力，进而提高MRI体部相控阵线圈的成像质量。
本发明中的上述实施例仅作了示范性描述，本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (4)

1.一种新型MRI体部相控阵线圈，所述新型MRI体部相控阵线圈包括接收线圈阵列、负磁导率超材料板，其中，所述负磁导率超材料板包括柔性基板及多个周期性阵列排布在所述柔性基板上的人造微结构，其特征在于，
所述负磁导率超材料板镶嵌于所述接收线圈阵列内部且与所述接收线圈阵列等大；
所述柔性基板划分为多个相同的立方体基板单元，每个所述立方体基板单元上附着有一个人造微结构；
所述立方体基板单元的边长为一电磁波波长的十分之一；
所述立方体基板单元沿两两正交垂直的x、y、z三个方向阵列排布。
2.根据权利要求1所述的新型MRI体部相控阵线圈，其特征在于，所述人造微结构为开口谐振环结构及其衍生结构。
3.根据权利要求1所述的新型MRI体部相控阵线圈，其特征在于，所述人造微结构为银线。
4.根据权利要求1所述的新型MRI体部相控阵线圈，其特征在于，所述人造微结构为铜线。
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