一種超材料及MRI磁信號增強器件的製造方法與工藝

2023-11-30 08:38:41 1

本發明涉及MRI成像技術領域，具體地涉及一種用於MRI成像的磁信號增強器件。

背景技術：
目前，國際社會對磁導率方面已有大量的研究，其中對於正磁導率的研究已經趨於成熟，對於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，因此作用範圍很大，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，μr＝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，內部的真磁場相對於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一般是大於0的。現有的磁性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，但這兩種結構都不能實現磁導率μ明顯小於0或使超材料諧振頻率降低，只有通過設計具有特殊幾何圖形的磁性微結構，才能使該人工電磁材料在特定頻段內達到磁導率μ值小於0，並具有較低的諧振頻率。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衝能量，該線圈作為接收線圈，在有些時候還同時作為發射線圈。在無線電波脈衝能量的幫助下，核磁共振成像掃描儀可以定位患者體內一個非常小的點，然後確定這是何種類型的組織。核磁共振成像機器採用特定於氫原子的無線電頻率脈衝。系統引導脈衝對準所要檢查的身體區域，並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。無線電頻率脈衝迫使它們(指每一百萬質子中多餘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。無線電頻率脈衝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複合結構或複合材料。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固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於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明顯小於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值小於0，並具有較低的諧振頻率。

技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於，提供一種具有高負磁導率、低諧振頻率的超材料，利用該高負磁導率超材料，為MRI成像設備提供一種磁信號增強器件。本發明實現發明目的採用的技術方案是，提供一種超材料，包括多個陣列排布的超材料單元，超材料單元由基板和附著在基板上的人造微結構組成，人造微結構為兩個開口互相正對的開口諧振環結構，開口諧振環結構包括單開口諧振環和從單開口諧振環的兩末端點分別向環內部螺旋延伸出的兩條螺旋線，兩條螺旋線互不相交且均不與單開口諧振環相交，螺旋線為圓形螺旋線或圓形螺旋線的衍生結構。優選地，所述基板由陶瓷材料、環氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4複合材料或F4B複合材料製得。優選地，所述螺旋線為金屬螺旋線。優選地，所述螺旋線的線寬為0.1-0.2mm。優選地，所述螺旋線的線間距為0.1-0.2mm。優選地，所述螺旋線的嵌套圈數均大於1圈。優選地，所述基板的厚度為0.1-0.5mm。本發明還提供一種MRI磁信號增強器件，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，MRI磁信號增強器件包括外殼以及設置在外殼內的至少一層超材料，該超材料為具有前述特徵的超材料。本發明的有益效果是：兩個開口互相正對的開口諧振環相當於一個諧振迴路，增強了人造微結構對磁信號的響應，另外，通過螺旋線的多重繞線，增加了人造微結構的長度，相當...