一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構制造技術

本發明專利技術涉及電磁超材料領域，提供了一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，以提高射頻場強度，提高圖像的局部信噪比。所提供的應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構可以包括繞線和絕緣層，所述繞線是螺旋形的，且分布在所述絕緣層的正反兩面，所述超材料結構為超材料單元結構，所述超材料單元結構的尺寸為15mm，所述銅繞線的厚度為0.07mm，所述銅繞線的圈數為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。該結構使得可根據實際需求調整超材料的諧振頻率。相對于已有的超材料單元結構，本發明專利技術主要優點是：損耗小，從而降低成本；制作簡便，因此更具實用性。

Metamaterial structure for 3T magnetic resonance radio-frequency coil

The invention relates to the field of electromagnetic metamaterials, and provides a metamaterial structure applied to the 3T magnetic resonance radio-frequency coil to improve the radio frequency field intensity and to improve the local signal-to-noise ratio of the image. Super material provided by the application to 3T RF coils can include winding and insulation layer, the winding is spiral, and the distribution in the insulation layer on both sides, the metamaterial structure for metamaterial unit structure, unit structure of the super material size is 15mm. The thickness of copper winding circle number is 0.07mm, the copper winding for 7 laps, the copper wire width is 0.5mm, the copper wire line spacing is 0.10mm. The structure makes it possible to adjust the resonant frequency of the metamaterial according to the actual demand. Compared with the existing super material unit structure, the invention has the advantages of small loss and low cost, and is easy to manufacture and therefore more practical.

【技術實現步驟摘要】
一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構
本專利技術總體上涉及電磁
，尤其涉及一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構。
技術介紹
磁共振系統主要包括磁體、譜儀、梯度系統、射頻系統、圖像重建系統等。射頻系統主要是通過射頻線圈來激發和采集磁共振信號。射頻線圈的性能直接影響最終圖像的質量。隨著科技的發展以及越來越多的學科交叉和融合，不同領域的研究成果相結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合電磁材料，由單元結構周期分布構成。超材料在射頻領域的應用，特別是磁共振射頻線圈的應用引起了研究者的興趣。當電磁波入射時，在超材料結構中形成等效的LC諧振回路，從而通過磁諧振來實現對電磁波的控制和束縛，實現對磁共振射頻場的增強等效果，獲得更清晰的成像結果。由于3T磁共振成像環境的要求，超材料的制作材料要求是無磁性，價格比較昂貴。為了達到設計要求，一般都要反復測試和制作。在超材料的設計和制作過程中，瑞士卷結構和開口諧振環結構可以調整諧振頻率至3T磁共振的工作頻率，但由于接入了實體電容，這樣不可避免地引入了額外損耗，并且高精度的實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雜，需要對每個單元結構進行繁瑣的頻率校準，所以實用性不大。目前應用于磁共振的超材料結構主要有：1、瑞士卷結構，這些單元結構由厚度為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個再排列成一個六邊形結構組成一塊超材料。2、開口諧振環結構，每個開口諧振環都額外接有一個高精度(±1％)的電容來達到所需諧振頻率。單元結構直徑15mm，整塊超材料由18×18×2個單元結構組成陣列。于2016年12月6日提交的、申請號為CN201611107088.2的中國專利提供一種用于產生局域熱點的電磁超材料結構，該專利雖然在減少發熱、降低能耗方面有一定的改進，但是結構仍然比較復雜，成本較高。有鑒于此，需要開發一種新的技術來克服這些缺陷。
技術實現思路
針對上述現有技術的不足，本專利技術提供了一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構。該結構使得可根據實際需求調整超材料的諧振頻率。將該結構作為單元的超材料應用于3T磁共振射頻線圈以提高射頻場強度，提高圖像的局部信噪比。本專利技術所提供的應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構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。在一實施方案中，所述繞線優選是銅繞線。在一實施方案中，所述銅繞線優選是兩個，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。在一實施方案中，所述銅繞線可以是雙面方形銅繞線。在一實施方案中，所述超材料結構為超材料單元結構的周期性結構，所述超材料單元結構的尺寸優選介于14mm和16mm之間，所述銅繞線的厚度可以介于0.05mm和0.10mm之間，所述銅繞線的圈數在正反面均可以大于5圈，優選介于5圈和10圈之間，所述銅繞線的線寬優選介于0.4mm和0.6mm之間，所述銅繞線的線間距優選介于0.08mm和0.12mm之間。在一實施方案中，所述銅繞線的邊緣距離所述超材料單元結構的邊界優選介于0.08mm和0.12mm之間，所述絕緣層的厚度優選介于0.30mm和0.50mm之間。在一實施方案中，所述超材料單元結構的尺寸為15mm，所述銅繞線的厚度為0.07mm，所述銅繞線的圈數為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。在一實施方案中，所述銅繞線的邊緣距離所述超材料單元結構的邊界為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。在一實施方案中，所述超材料單元結構的諧振頻率f可以由電容C和電感L共同決定，且本專利技術通過設計電路諧振的要素——電感和電容的構造，以及單元結構銅的繞線及布置方式、單元尺寸，并將其應用于3T磁共振射頻線圈領域，能顯著提高射頻場強度，提高圖像的局部信噪比。另外，使用雙面方形銅繞線結構作為超材料的單元結構，可以通過增加銅的繞線圈數增大電感和寄生電容，從而對超材料的諧振頻率進行調整。這種結構不需要接入實體電容，成本相對低，并且制作簡便，不需要單獨進行人工校準。該結構還可根據實際需求調整超材料的諧振頻率，與現有技術相比，損耗更小及制作成本更低。在設計制作同諧振頻率的超材料中，相對于已有的超材料單元結構，本專利技術主要優點是：(1)損耗小，從而降低成本；(2)制作簡便，因此更實用。附圖說明圖1是超材料結構的線圈布置示意圖。圖2是添加超材料的水模實驗結果圖。圖3是未添加超材料的水模實驗結果圖。圖4是添加超材料的水模實驗結果圖。圖5是未添加超材料的水模實驗結果圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施例進行說明。在下文所描述的本專利技術的具體實施例中，為了能更好地理解本專利技術而描述了一些很具體的技術特征，但顯而易見的是，對于本領域的技術人員來說，并不是所有的這些技術特征都是實現本專利技術的必要技術特征。下文所描述的本專利技術的一些具體實施例只是本專利技術的一些示例性的具體實施例，其不應被視為對本專利技術的限制。另外，為了避免使本專利技術變得難以理解，對于一些公知的技術沒有進行描述。超材料單元結構的諧振頻率f：其中f由電容C和電感L共同決定，要降低微結構的諧振頻率，要求單元結構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，同時兩個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是根據一實施例顯示的超材料結構的線圈布置示意圖，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)為該布置的局部側視圖。在一實施例中，使用一種雙面方形銅繞線結構作為超材料的單元結構。雙面方形銅繞線超材料單元結構的具體參數如下：單元結構尺寸為15mm，銅繞線厚度為0.07mm，銅繞線圈數正反面均為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構邊界0.1mm，絕緣層厚度為0.38mm，絕緣層介質為羅杰斯板材，型號為RT5880。圖2-5顯示了添加了本專利技術的超材料結構的水模實驗與未添加超材料的水模實驗的對比圖。所述實驗在西門子3T磁共振系統上進行。實驗結果顯示本專利技術制作的用于3T磁共振的超材料能夠增強水模的圖像信號，得到相對清晰的水模內的圖像。在另一實施例中，所述超材料單元結構的尺寸為14mm，所述銅繞線的厚度為0.05mm，所述銅繞線的圈數在正反面均為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構的邊界為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。在又一實施例中，所述超材料單元結構的尺寸為16mm，所述銅繞線的厚度為0.10mm，所述銅繞線的圈數在正反面均為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構的邊界為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磁共振系統上進行水模實驗驗證。實驗結果同樣顯示本專利技術制作的用于3T磁共振的超材料本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，其包括繞線和絕緣層，其特征在于：所述繞線是螺旋形的，且分布在所述絕緣層的正反兩面。

【技術特征摘要】
1.一種應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，其包括繞線和絕緣層，其特征在于：所述繞線是螺旋形的，且分布在所述絕緣層的正反兩面。2.根據權利要求1所述的應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，其特征在于：所述繞線是銅繞線。3.根據權利要求2所述的應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，所述銅繞線是兩個，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。4.根據權利要求2所述的應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，其特征在于：所述銅繞線是雙面方形銅繞線。5.根據權利要求4所述的應用于3T磁共振射頻線圈的超材料結構，其特征在于：所述超材料結構為超材料單元結構的周期性結構，所述超材料單元結構的尺寸介于14mm和16mm之間，所述銅繞線的厚度介于0.05mm和0.10mm之間，所述銅繞線的圈數在正反面均介于5圈和10圈之間，所述銅繞線的線寬介于0.4mm和0.6mm之間，所述銅繞線的線間距介于0.08mm和0.12mm...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李燁，羅超，李柔，胡小情，劉新，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：廣東,44