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超构表面器件及制备方法、核磁共振成像系统技术方案

技术编号:20620056 阅读:104 留言:0更新日期:2019-03-20 13:21
本发明专利技术公开了用于核磁共振成像系统的超构表面器件及制备方法、核磁共振成像系统。该超构表面器件包括:印刷线路板,印刷线路板包括电介质板和分别设置在电介质板正面和背面的第一电极和第二电极,第一电极沿第一方向延伸,第二电极沿第二方向延伸,第一方向垂直于第二方向,且第二电极在电介质板上的正投影,位于第一电极在电介质板上正投影的两端,以构成平行板电容器;可变电容器,可变电容器与平行板电容器并联连接。由此,该超构表面器件具有结构简单,占用空间小的优点,且该超构表面器件的谐振频率具有可调谐性,使得该超构表面器件的谐振频率与核磁共振成像系统的工作频率能够较好的匹配,提高核磁共振成像系统的测试精度和使用性能。

Superstructure Surface Device and Its Preparation Method, Nuclear Magnetic Resonance Imaging System

The invention discloses a superstructure surface device for a nuclear magnetic resonance imaging system, a preparation method and a nuclear magnetic resonance imaging system. The superstructure surface device includes a printed circuit board, which includes a dielectric board and a first electrode and a second electrode respectively arranged on the front and back of the dielectric board. The first electrode extends in the first direction, the second electrode extends in the second direction, the first direction is perpendicular to the second direction, and the second electrode is positively projected on the dielectric board, and the first electrode is positioned on the dielectric board. The two ends of the upper positive projection form a parallel plate capacitor, and the variable capacitor is connected in parallel with the parallel plate capacitor. Therefore, the superstructure surface device has the advantages of simple structure and small space occupation, and the resonance frequency of the superstructure surface device is tunable, which makes the resonance frequency of the superstructure surface device match the working frequency of the NMR imaging system better, and improves the testing accuracy and performance of the NMR imaging system.

【技术实现步骤摘要】
超构表面器件及制备方法、核磁共振成像系统
本专利技术涉及核磁共振成像
,具体地,涉及用于核磁共振成像系统的超构表面器件及制备方法、核磁共振成像系统。
技术介绍
核磁共振成像技术(MRI)为非介入探测方式,是医药、生物、神经科学领域的一项重要的基础诊断技术。传统MRI设备传输的信号强度主要取决于静磁场B0的强度,采用高磁场甚至超高磁场系统提高图像的信噪比、分辨率和缩短扫描时间。然而磁场的增加会导致磁场非均匀性的增大,磁场非均匀性的增大又会造成伪影敏感和对比度恶化。此外,更重要的是强磁场对人体有潜在的危害,如在低磁场下可忽略的组织热会由于增强的射频能量吸收而变得很大,使人体产生不良反应如眩晕和恶心等,并且强磁场系统不适用于某些植入器械和医疗设备的患者。因此,如何采用尽量小的静磁场强度同时获得更高的成像质量成为了MRI技术中的一个至关重要的问题。针对上述问题,目前的解决方案主要有以下四种:第一种方式为射频线圈优化方法,该方法极大地促进了MRI中探测器分辨率及扫描速度的提高。第二种方式为使用特殊的造影剂来增强局部磁场,如稀土磁性原子或磁性纳米粒子。第三种方式通过在MRI中引入具有高介电常数的板或柱状的介电谐振子来提高射频磁场的强度和降低比吸收率,从而达到提高成像分辨率和减小信噪比的效果。第四种方式采用超构材料,有效地提高了MRI的成像质量和效率。超构材料具有许多天然材料所不具备的特殊性质,利用电磁波与构建超构材料的金属或电介质基元间的相互作用及基元间的耦合效应,可以实现对电磁波传播路径与电磁场场强分布的控制。MRI检测腔体尺寸很小,因此,其对外部加入结构的尺寸非常苛刻。针对第四种方式中的基于金属丝阵列的超构表面器件,其使用高介电物质(例如水)来降低电磁波波长。而另外一些超构表面器件采用构造电容的方式来降低结构尺寸,使其适用于MRI系统。然而,目前采用构造电容降低结构尺寸的超构表面器件仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人的以下发现而完成的:专利技术人发现,目前在核磁共振成像系统中,采用构造电容降低结构尺寸的超构表面器件,存在结构复杂以及谐振频率不可调的缺陷。具体的,目前的超构表面器件构造电容的方式不够优化:目前的超构表面器件由三块印刷线路板构成,其中两块印刷线路板中的任一块印刷线路板的正面和背面均设置有导电电极,以构成平行板电容器,上述两块印刷线路板正对设置,第三块印刷线路板与上述两块印刷线路板垂直设置,并与上述两块印刷线路板串联连接。也即是说,目前的超构表面器件为三维立体结构,结构较复杂,且占用的空间较大,导致超表面在三个维度上都比较大,影响其在核磁共振成像系统中的应用。此外,目前的超构表面器件的谐振频率在特定环境下固定,但是其谐振频率又很容易受到环境的影响,例如,在MRI腔体外和腔体内、检查胖人和瘦人,超构表面器件的谐振频率都会有差别,导致超构表面器件的谐振频率偏移MRI的工作频率,致使其增强效果变差。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。有鉴于此,在本专利技术的一个方面,本专利技术提出了一种用于核磁共振成像系统的超构表面器件。该超构表面器件包括:印刷线路板,所述印刷线路板包括电介质板以及分别设置在所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极,所述第一电极沿第一方向延伸,所述第二电极沿第二方向延伸,所述第一方向垂直于所述第二方向,且所述第二电极在所述电介质板上的正投影,位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端,以构成平行板电容器;以及可变电容器,所述可变电容器与所述平行板电容器并联连接。由此,该超构表面器件具有结构简单,加工方便,占用空间小的优点,且该超构表面器件的谐振频率具有可调谐性,调节方式十分方便,使得该超构表面器件的谐振频率与核磁共振成像系统的工作频率能够较好的匹配,提高核磁共振成像系统的测试精度以及使用性能。根据本专利技术的实施例,所述第一电极包括多个子电极,多个所述子电极呈阵列排布。由此,可以在印刷线路板的两端形成一系列的平行板电容器,使得超构表面器件具有均匀的磁场。根据本专利技术的实施例,所述第一电极和所述第二电极均由导电非磁性材料构成,所述导电非磁性材料包括铜、金以及银的至少之一。由此,由上述材料构成的第一电极和第二电极具有良好的导电性,且便于加工制作以及适用于核磁共振成像系统。根据本专利技术的实施例,所述电介质板为玻璃纤维环氧树脂板,所述电介质板的厚度为0.4-1.2mm。由此,该超构表面器件具有较薄的厚度,占用核磁共振成像系统检测腔体的空间较小。根据本专利技术的实施例,所述超构表面器件的初始谐振频率比所述核磁共振成像系统的工作频率高3-5MHz。由此,便于通过可变电容器调节超构表面器件的谐振频率与核磁共振成像系统的工作频率相等。根据本专利技术的实施例,所述可变电容器的电容值为0~200pF。由此,可以实现对超构表面器件谐振频率的有效调节。根据本专利技术的实施例,在所述第一方向上,所述第一电极的长度,与两个所述第二电极的宽度的差值为所述第一电极的有效长度,所述第一电极的有效长度由所述超构表面器件的初始谐振频率以及所述电介质板的材料、厚度确定。由此,可以获得检测区域的长度。在本专利技术的另一方面,本专利技术提出了一种核磁共振成像系统。根据本专利技术的实施例,该核磁共振成像系统包括前面所述的超构表面器件,由此,该核磁共振成像系统具有前面所述的超构表面器件的全部特征以及优点,在此不再赘述。总的来说,该核磁共振成像系统具有较高的检测精度以及良好的使用性能。在本专利技术的另一方面,本专利技术提出了一种制备前面所述的超构表面器件的方法。根据本专利技术的实施例,该方法包括:1)根据所述核磁共振成像系统的工作频率确定所述超构表面器件的初始谐振频率,所述超构表面器件的初始谐振频率比所述核磁共振成像系统的工作频率高3-5MHz;2)根据所述超构表面器件的初始谐振频率确定所述电介质板的介电常数、厚度以及所述第一电极的有效长度;3)根据步骤2)获得的参数制作所述印刷线路板;4)在所述第一电极和所述第二电极之间焊接所述可变电容器,以便获得所述超构表面器件。由此,利用简单的方法即可获得结构简单、占用空间小、谐振频率可调的超构表面器件。根据本专利技术的实施例,该方法进一步包括:调节所述可变电容器,令所述超构表面器件的谐振频率比所述核磁共振成像系统的工作频率高1.5-2.5MHz。由此,在将该超构表面器件放入核磁共振成像系统之前,对该超构表面器件的谐振频率进行调节,可以缩短该超构表面器件在放入核磁共振成像系统之后的调节时间,以便减少使用的费用。附图说明图1显示了根据本专利技术一个实施例的超构表面器件的结构示意图;图2显示了根据本专利技术一个实施例的超构表面器件的俯视图;图3显示了根据本专利技术另一个实施例的超构表面器件的俯视图;图4显示了现有技术中超构表面器件的结构示意图;图5显示了现有技术中超构表面器件的截面图;图6显示了根据本专利技术一个实施例的超构表面器件的俯视图;图7显示了根据本专利技术一个实施例的制备超构表面器件的方法的流程示意图;图8显示了通过电磁仿真软件得到的根据本专利技术实施例的超构表面器件在不同电容值下的谐振频率;以及图9显示了通过矢量网络分析仪和环形天线测得的根据本专利技术实施例的超构表面器件在不同电容值下的谐振频率。附图标记说明:100:印刷线路板本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于核磁共振成像系统的超构表面器件,其特征在于,包括:印刷线路板,所述印刷线路板包括电介质板以及分别设置在所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极,所述第一电极沿第一方向延伸,所述第二电极沿第二方向延伸,所述第一方向垂直于所述第二方向,且所述第二电极在所述电介质板上的正投影,位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端,以构成平行板电容器;以及可变电容器,所述可变电容器与所述平行板电容器并联连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于核磁共振成像系统的超构表面器件,其特征在于,包括:印刷线路板,所述印刷线路板包括电介质板以及分别设置在所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极,所述第一电极沿第一方向延伸,所述第二电极沿第二方向延伸,所述第一方向垂直于所述第二方向,且所述第二电极在所述电介质板上的正投影,位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端,以构成平行板电容器;以及可变电容器,所述可变电容器与所述平行板电容器并联连接。2.根据权利要求1所述的超构表面器件,其特征在于,所述第一电极包括多个子电极,多个所述子电极呈阵列排布。3.根据权利要求1所述的超构表面器件,其特征在于,所述第一电极和所述第二电极均由导电非磁性材料构成,所述导电非磁性材料包括铜、金以及银的至少之一。4.根据权利要求1所述的超构表面器件,其特征在于,所述电介质板为玻璃纤维环氧树脂板,所述电介质板的厚度为0.4-1.2mm。5.根据权利要求1所述的超构表面器件,其特征在于,所述超构表面器件的初始谐振频率比所述核磁共振成像系统的工作频率高3-5MHz。6.根据权利要求1所述的超构表面器件,其特征在于,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵乾池中海孟永钢
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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