專利名稱：一種mri磁信號增強器件的制作方法
ー種MRI磁信號增強器件
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核磁共振(MRI)成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技木核磁共振(MRI)成像系統(tǒng)的原理是利用線圈去檢測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 候還同時作為發(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)ー個非常小的點，然后確定這是何種類型的組織。該點可能是ー個邊長只有半毫米的立方體。核磁共振成像系統(tǒng)會對患者身體進(jìn)行逐點掃描，從而構(gòu)建組織類型的ニ維或者三維圖。之后，它將所有信息整合到一起，創(chuàng)建ー個ニ維圖像或者三維模型。核磁共振成像系統(tǒng)中最大、同時也是最重要的部件就是磁體。核磁共振成像系統(tǒng)中的磁體采用名為特斯拉的單位來衡量。如今核磁共振成像設(shè)備中使用的磁體的磁場強度在O. 5到2. O特斯拉(或5，000到20，000高斯)之間。每個核磁共振成像系統(tǒng)中都有另ー種磁體，稱為梯度磁體。核磁共振成像機器中有三個梯度磁體。主磁體使患者身處ー個穩(wěn)定、高強度的磁場中，而梯度磁體產(chǎn)生的是ー個可變磁場。核磁共振成像系統(tǒng)的其余部分包括ー個非常強大的計算機系統(tǒng)、ー些在患者躺在掃描儀下時將RF(無線電頻率)脈沖發(fā)射到患者體內(nèi)的設(shè)備以及許多其他的輔助部件。在掃描儀的膛筒內(nèi)部，磁場直接通過放置患者的管道的中心。這意味著如果患者在掃描儀中仰臥，其體內(nèi)的氫原子的質(zhì)子將沿著腳部或者頭部方向排列。這些質(zhì)子中的絕大部分會彼此抵償一也就是說，對于每個沿著足部方向排列的質(zhì)子，都會有另ー個質(zhì)子朝著頭部方向排列來抵償它。每ー百萬個質(zhì)子中，只有幾個不會相互抵償。這聽起來并不多，但是僅體內(nèi)的氫原子數(shù)目就已經(jīng)足以描繪出高質(zhì)量的圖像了。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(tǒng)引導(dǎo)脈沖對準(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(指每一百萬質(zhì)子中多余的一對或者兩對不匹配的質(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(fā)射線圈。核磁共振成像機器針對身體的不同部位配有不同種類的線圈膝部、肩部、腕部、頭部、頸部等等。這些線圈通常符合正在接受成像的身體部位的輪廓，或者至少在檢查期間與這些部位的距離很近。大約在同一時間，三個梯度磁體開始工作。在以某種特殊方式迅速打開和關(guān)閉梯度磁體時，它們在主磁體中的排列組合使其可以在極小的局部范圍內(nèi)改變主磁場。這意味著我們可以精確選擇所要成像的區(qū)域，在核磁共振成像中稱之為“切片”。想像一下每片只有幾毫米厚的ー塊面包--核磁共振成像中的切片也可以達(dá)到這樣的精度。我們可以從任何方向?qū)ι眢w的任何部位進(jìn)行“切片”，使核磁共振成像比其他成像技術(shù)更具優(yōu)勢。這也意味著無需移動身體來使機器從另ー個方向獲得圖像一機器可以利用梯度磁體完成各種工作。當(dāng)關(guān)閉無線電頻率脈沖時，氫原子的質(zhì)子運動開始緩慢(相對而言)返回它們在磁場中的自然排列位置，并釋放所存儲的額外能量。在這個過程中，它們會釋放ー個信號，然后線圈會捕獲該信號并發(fā)送到計算機系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到的是經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過傅立葉變換形成可以放到膠片上的圖形。這就是核磁共振成像系統(tǒng)的“成像”部分?，F(xiàn)有核磁共振成像設(shè)備的不足在于接收線圈必須相當(dāng)近地接近待測部位，以獲取由待測部位釋放出來的磁信號，一方面給接收線圈的設(shè)計帶來不便，需要針對身體的不同部位設(shè)計不同種類的接收線圈，另一方面，増加了設(shè)備的制造成本?，F(xiàn)有的核磁共振成像設(shè)備根據(jù)場強的不同，分為小于IT的低場核磁共振成像設(shè)備，I. 5T的中場核磁共振成像設(shè)備以及3. OT或以上的高場核磁共振成像設(shè)備，場強越高，其制造成本越高，成像效果也越好。目前國內(nèi)的中小型醫(yī)療機構(gòu)由于資金的原因，采用的均為低場核磁共振成像設(shè)備，亟待提高設(shè)備的MRI成像效果來獲得更為準(zhǔn)確和詳細(xì)的診斷信
O

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有核磁共振成像設(shè)備的上述不足，提供一種能增強MRI成像效果的MRI磁信號增強器件。本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，ー種MRI磁信號增強器件，設(shè)置在待測部位與MRI設(shè)備的磁信號接收線圈之間，用以增強磁信號成像效果，所述MRI磁信號增強器件包括由至少ー層超材料層組成的超材料，所述超材料層包括介質(zhì)基板和陣列在介質(zhì)基板上的多個磁性微結(jié)構(gòu)，所述磁性微結(jié)構(gòu)為由ー根螺繞線形成的螺繞開ロ諧振環(huán)，所述超材料具有負(fù)磁導(dǎo)率，所述超材料在負(fù)磁導(dǎo)率條件下的頻率與MRI設(shè)備的磁信號工作頻率相同。 優(yōu)選地，所述超材料的磁導(dǎo)率為-I。具體地，所述介質(zhì)基板為介電材料，所述磁性微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料。具體地，所述介電材料為熱固性有機樹脂材料、熱固性有機樹脂纖維增強材料、熱塑性有機樹脂材料、陶瓷材料、陶瓷有機樹脂復(fù)合材料。具體地，所述導(dǎo)電材料為金屬銅、銀、鋁或金。具體地，所述螺繞開ロ諧振環(huán)為凹字形螺繞開ロ諧振環(huán)、方形螺繞開ロ環(huán)、圓環(huán)形螺繞開ロ環(huán)或多邊形螺繞開ロ環(huán)。優(yōu)選地，所述MRI磁信號增強器件還包括封裝外売，所述超材料固定在所述封裝外殼內(nèi)。優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板的厚度為O. 1-lmm。優(yōu)選地，所述磁性微結(jié)構(gòu)的線寬為O.線間距為O. 05-0. 15mm。優(yōu)選地，所述磁性微結(jié)構(gòu)的線厚度為O. 03-0. 05mm。本發(fā)明的有益效果是，通過設(shè)計ー種具有負(fù)磁導(dǎo)率特性的MRI磁信號增強器件，并將MRI磁信號增強器件放置于待測部位與磁信號接收線圈之間，由于具有負(fù)磁導(dǎo)率的MRI磁信號增強器件能增強倏逝波的傳播，因此，能有效地增強磁信號的接收，使磁信號接收線圈在距離設(shè)置和形狀設(shè)計上具有更好的靈活性，井能增強MRI成像效果，為醫(yī)學(xué)診斷提供更為準(zhǔn)確和詳細(xì)的信息。
圖1，MRI磁信號增強器件的結(jié)構(gòu)圖。圖2，方形螺繞開ロ諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)圖。 圖3，超材料諧振頻率的特征曲線圖。圖4，未放入MRI磁信號增強器件時左手側(cè)方位的豬腿MRI成像圖。圖5，放入MRI磁信號增強器件時左手側(cè)方位的豬腿MRI成像圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
ー種MRI磁信號增強器件，設(shè)置在待測部位與MRI設(shè)備的磁信號接收線圈之間，用以增強磁信號成像效果，MRI磁信號增強器件的結(jié)構(gòu)圖參看附圖1，MRI磁信號增強器件為ー層由介質(zhì)基板101和陣列在介質(zhì)基板101上的多個磁性微結(jié)構(gòu)102組成的超材料，磁性微結(jié)構(gòu)102為由ー根螺繞線形成的方形螺繞開ロ諧振環(huán)，其結(jié)構(gòu)圖參看附圖2。該超材料具有負(fù)磁導(dǎo)率，且該超材料在負(fù)磁導(dǎo)率條件下的頻率與MRI設(shè)備的磁信號工作頻率相同。對于開ロ諧振環(huán)類的磁性微結(jié)構(gòu)而言，在電路上可以等效為LC電路，環(huán)形金屬線
等效電感L，線間電容等效電容C，因此，根據(jù)諧振頻率的公式O) = #，對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行多重
繞線后，線圈的長度增長，等效地増大了電感L，線間電容C増加，從而降低了微結(jié)構(gòu)的諧振頻率，通過調(diào)整繞線的圈數(shù)可以對微結(jié)構(gòu)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)整個超材料的諧振頻率。根據(jù)超材料諧振頻率的特征曲線圖，參看附圖3，從圖中可以看出，在諧振峰后面的一段頻率范圍內(nèi)，超材料的磁導(dǎo)率為負(fù)。超材料磁導(dǎo)率為負(fù)的頻率段與超材料的諧振頻率密切相關(guān)，即隨著超材料諧振頻率的變化而變化，因此通過對超材料諧振頻率的調(diào)節(jié)，可以得到在負(fù)磁導(dǎo)率條件下頻率與MRI設(shè)備工作頻率相同的超材料。本實施例以上述超材料作為MRI磁信號增強器件，將MRI磁信號增強器件放置于待測部位與磁信號接收線圈之間，由于待測部位發(fā)出的磁信號是以倏逝波進(jìn)行傳播，而倏逝波的傳播隨著距離的増大，具有呈指數(shù)衰減的特性，因此現(xiàn)有的磁信號接收線圈需要緊貼待測部位，并且需要將磁信號接收線圈的外形設(shè)計為與待測部位形狀相吻合，以增強磁信號的接收。本實施例中，由于具有負(fù)磁導(dǎo)率的超材料能增強倏逝波的傳播，因此，能有效地增強磁信號的接收，使磁信號接收線圈在距離設(shè)置和形狀設(shè)計上具有更好的靈活性，并能增強MRI成像效果，為醫(yī)學(xué)診斷提供更為準(zhǔn)確的信息。為使MRI磁信號增強器件與空氣之間具有良好的阻抗匹配，以減少能量的反射，因此，本實施例選擇磁導(dǎo)率為-I的超材料作為MRI磁信號增強器件。下面首先就如何得到負(fù)磁導(dǎo)率的超材料進(jìn)行詳細(xì)說明。負(fù)磁導(dǎo)率的超材料一般由介質(zhì)基板以及設(shè)置在介質(zhì)基板上的多個磁性微結(jié)構(gòu)組成，介質(zhì)基板為介電材料，磁性微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料，介電材料可選擇熱固性有機樹脂材料、熱固性有機樹脂纖維增強材料、熱塑性有機樹脂材料、陶瓷材料、陶瓷有機樹脂復(fù)合材料等，導(dǎo)電材料一般選擇金屬銅、銀、鋁或金。超材料的制備一般采用PCB制造技術(shù)，如在環(huán)氧樹脂玻璃纖維板上覆銅，通過印刷電路的方法制備出金屬銅磁性微結(jié)構(gòu)陣列，得到超材料。上述實施例中，僅僅給出了 ー種方形螺繞開ロ環(huán)的磁性微結(jié)構(gòu)，作為具體實施方式
，凹字形螺繞開ロ諧振環(huán)、圓環(huán)形螺繞開ロ環(huán)或多邊形螺繞開ロ環(huán)均能得到具有負(fù)磁導(dǎo)率的超材料。具體實施時，超材料參數(shù)可在如下范圍內(nèi)設(shè)置介質(zhì)基板的厚度為O. 1-1_，磁性微結(jié)構(gòu)的線寬為O. l-2mm，線間距為O. 05-0. 15mm，磁性微結(jié)構(gòu)的線厚度為O. 03-0. 05mm。為更好地保護(hù)超材料，MRI磁信號增強器件還可設(shè)計一封裝外殼，將超材料固定在封裝外殼內(nèi)。下面以新鮮豬腳作為實驗對象，采用以下設(shè)置的MRI磁信號增強器件超材料介質(zhì)基板采用FR4環(huán)氧樹脂基板，介質(zhì)基板厚度為O. 16mm，磁性微結(jié)構(gòu)為金屬銅材料，銅厚為O. 04mm，磁性微結(jié)構(gòu)為方環(huán)形螺繞開ロ環(huán)，螺繞圈數(shù)為4圏，螺繞線的線寬為1mm，線間距為
O.1mm，在場強為I. 5T的MRI設(shè)備上進(jìn)行實驗測試，以未加入超材料和加入超材料分別在豬腿的上方位，左手位，右手位3個方位做對比測試，MRI成像得到的數(shù)據(jù)對比如下表所示
權(quán)利要求
1.ー種MRI磁信號增強器件，設(shè)置在待測部位與MRI設(shè)備的磁信號接收線圈之間，用以增強磁信號成像效果，其特征在于所述MRI磁信號增強器件包括由至少ー層超材料層組成的超材料，所述超材料層包括介質(zhì)基板和陣列在介質(zhì)基板上的多個磁性微結(jié)構(gòu)，所述磁性微結(jié)構(gòu)為由ー根螺繞線形成的螺繞開ロ諧振環(huán)，所述超材料具有負(fù)磁導(dǎo)率，所述超材料在負(fù)磁導(dǎo)率條件下的頻率與MRI設(shè)備的磁信號工作頻率相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述超材料的磁導(dǎo)率為-I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述介質(zhì)基板為介電材料，所述磁性微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述介電材料為熱固性有機樹脂材料、熱固性有機樹脂纖維增強材料、熱塑性有機樹脂材料、陶瓷材料、陶瓷有機樹脂復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述導(dǎo)電材料為金屬銅、銀、招或金。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述螺繞開ロ諧振環(huán)為凹字形螺繞開ロ諧振環(huán)、方形螺繞開ロ環(huán)、圓環(huán)形螺繞開ロ環(huán)或多邊形螺繞開ロ環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述MRI磁信號增強器件還包括封裝外殼，所述超材料固定在所述封裝外殼內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于所述介質(zhì)基板的厚度為O.I-Imm0
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于，所述磁性微結(jié)構(gòu)的線寬為O. 1-2臟，線間距為 O. 05-0. 15mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MRI磁信號增強器件，其特征在于，所述磁性微結(jié)構(gòu)的線厚度為 O. 03-0. 05mm。
全文摘要
本發(fā)明通過設(shè)計一種具有負(fù)磁導(dǎo)率特性的MRI磁信號增強器件，并將MRI磁信號增強器件放置于待測部位與磁信號接收線圈之間，由于具有負(fù)磁導(dǎo)率的MRI磁信號增強器件能增強倏逝波的傳播，因此，能有效地增強磁信號的接收，使磁信號接收線圈在距離設(shè)置和形狀設(shè)計上具有更好的靈活性，并能增強MRI成像效果，為醫(yī)學(xué)診斷提供更為準(zhǔn)確的信息。
文檔編號A61B5/055GK102683879SQ20121013305
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉若鵬, 楊學(xué)龍, 欒琳, 郭文鵬, 郭潔 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司