一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构制造技术

本发明专利技术涉及电磁超材料领域，提供了一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，以提高射频场强度，提高图像的局部信噪比。所提供的应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构可以包括绕线和绝缘层，所述绕线是螺旋形的，且分布在所述绝缘层的正反两面，所述超材料结构为超材料单元结构，所述超材料单元结构的尺寸为15mm，所述铜绕线的厚度为0.07mm，所述铜绕线的圈数为7圈，所述铜绕线的线宽为0.5mm，所述铜绕线的线间距为0.10mm。该结构使得可根据实际需求调整超材料的谐振频率。相对于已有的超材料单元结构，本发明专利技术主要优点是：损耗小，从而降低成本；制作简便，因此更具实用性。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构
本专利技术总体上涉及电磁
，尤其涉及一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构。
技术介绍
磁共振系统主要包括磁体、谱仪、梯度系统、射频系统、图像重建系统等。射频系统主要是通过射频线圈来激发和采集磁共振信号。射频线圈的性能直接影响最终图像的质量。随着科技的发展以及越来越多的学科交叉和融合，不同领域的研究成果相结合逐步成为一种趋势。超材料是一种具有超自然电磁属性的人工复合电磁材料，由单元结构周期分布构成。超材料在射频领域的应用，特别是磁共振射频线圈的应用引起了研究者的兴趣。当电磁波入射时，在超材料结构中形成等效的LC谐振回路，从而通过磁谐振来实现对电磁波的控制和束缚，实现对磁共振射频场的增强等效果，获得更清晰的成像结果。由于3T磁共振成像环境的要求，超材料的制作材料要求是无磁性，价格比较昂贵。为了达到设计要求，一般都要反复测试和制作。在超材料的设计和制作过程中，瑞士卷结构和开口谐振环结构可以调整谐振频率至3T磁共振的工作频率，但由于接入了实体电容，这样不可避免地引入了额外损耗，并且高精度的实体电容极大地增加了材料成本及工艺成本；其二是制作和装配过程复杂，需要对每个单元结构进行繁琐的频率校准，所以实用性不大。目前应用于磁共振的超材料结构主要有：1、瑞士卷结构，这些单元结构由厚度为50μm的铝箔卷成直径10mm，长度200mm的多层圆柱体，这些圆柱体以每边为10个再排列成一个六边形结构组成一块超材料。2、开口谐振环结构，每个开口谐振环都额外接有一个高精度(±1％)的电容来达到所需谐振频率。单元结构直径15mm，整块超材料由18×18×2个单元结构组成阵列。于2016年12月6日提交的、申请号为CN201611107088.2的中国专利提供一种用于产生局域热点的电磁超材料结构，该专利虽然在减少发热、降低能耗方面有一定的改进，但是结构仍然比较复杂，成本较高。有鉴于此，需要开发一种新的技术来克服这些缺陷。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构。该结构使得可根据实际需求调整超材料的谐振频率。将该结构作为单元的超材料应用于3T磁共振射频线圈以提高射频场强度，提高图像的局部信噪比。本专利技术所提供的应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构可以包括绕线和绝缘层，所述绕线可以是螺旋形的，且可以分布在所述绝缘层的正反两面。在一实施方案中，所述绕线优选是铜绕线。在一实施方案中，所述铜绕线优选是两个，且分布在所述绝缘层的正反两面，形成以所述绝缘层的厚度为间距的平行电容器。在一实施方案中，所述铜绕线可以是双面方形铜绕线。在一实施方案中，所述超材料结构为超材料单元结构的周期性结构，所述超材料单元结构的尺寸优选介于14mm和16mm之间，所述铜绕线的厚度可以介于0.05mm和0.10mm之间，所述铜绕线的圈数在正反面均可以大于5圈，优选介于5圈和10圈之间，所述铜绕线的线宽优选介于0.4mm和0.6mm之间，所述铜绕线的线间距优选介于0.08mm和0.12mm之间。在一实施方案中，所述铜绕线的边缘距离所述超材料单元结构的边界优选介于0.08mm和0.12mm之间，所述绝缘层的厚度优选介于0.30mm和0.50mm之间。在一实施方案中，所述超材料单元结构的尺寸为15mm，所述铜绕线的厚度为0.07mm，所述铜绕线的圈数为7圈，所述铜绕线的线宽为0.5mm，所述铜绕线的线间距为0.10mm。在一实施方案中，所述铜绕线的边缘距离所述超材料单元结构的边界为0.10mm，所述绝缘层的厚度为0.38mm，所述绝缘层可以为罗杰斯板材，型号可以为RT5880。在一实施方案中，所述超材料单元结构的谐振频率f可以由电容C和电感L共同决定，且本专利技术通过设计电路谐振的要素——电感和电容的构造，以及单元结构铜的绕线及布置方式、单元尺寸，并将其应用于3T磁共振射频线圈领域，能显著提高射频场强度，提高图像的局部信噪比。另外，使用双面方形铜绕线结构作为超材料的单元结构，可以通过增加铜的绕线圈数增大电感和寄生电容，从而对超材料的谐振频率进行调整。这种结构不需要接入实体电容，成本相对低，并且制作简便，不需要单独进行人工校准。该结构还可根据实际需求调整超材料的谐振频率，与现有技术相比，损耗更小及制作成本更低。在设计制作同谐振频率的超材料中，相对于已有的超材料单元结构，本专利技术主要优点是：(1)损耗小，从而降低成本；(2)制作简便，因此更实用。附图说明图1是超材料结构的线圈布置示意图。图2是添加超材料的水模实验结果图。图3是未添加超材料的水模实验结果图。图4是添加超材料的水模实验结果图。图5是未添加超材料的水模实验结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行说明。在下文所描述的本专利技术的具体实施例中，为了能更好地理解本专利技术而描述了一些很具体的技术特征，但显而易见的是，对于本领域的技术人员来说，并不是所有的这些技术特征都是实现本专利技术的必要技术特征。下文所描述的本专利技术的一些具体实施例只是本专利技术的一些示例性的具体实施例，其不应被视为对本专利技术的限制。另外，为了避免使本专利技术变得难以理解，对于一些公知的技术没有进行描述。超材料单元结构的谐振频率f：其中f由电容C和电感L共同决定，要降低微结构的谐振频率，要求单元结构的电容电感尽量的大。螺旋绕线方式是电感最直接也是有效的方法，同时两个铜绕线分布在中间绝缘层的正反两面形成了以绝缘层厚度为间距的平行电容器，增加了板间电容。图1是根据一实施例显示的超材料结构的线圈布置示意图，图1(a)为该布置的俯视图，图1(b)为该布置的局部立体图，图1(c)为该布置的局部侧视图。在一实施例中，使用一种双面方形铜绕线结构作为超材料的单元结构。双面方形铜绕线超材料单元结构的具体参数如下：单元结构尺寸为15mm，铜绕线厚度为0.07mm，铜绕线圈数正反面均为7圈，铜绕线线宽为0.5mm，铜绕线线间距为0.1mm，铜绕线边缘距离单元结构边界0.1mm，绝缘层厚度为0.38mm，绝缘层介质为罗杰斯板材，型号为RT5880。图2-5显示了添加了本专利技术的超材料结构的水模实验与未添加超材料的水模实验的对比图。所述实验在西门子3T磁共振系统上进行。实验结果显示本专利技术制作的用于3T磁共振的超材料能够增强水模的图像信号，得到相对清晰的水模内的图像。在另一实施例中，所述超材料单元结构的尺寸为14mm，所述铜绕线的厚度为0.05mm，所述铜绕线的圈数在正反面均为5圈，所述铜绕线的线宽为0.4mm，所述铜绕线的线间距为0.08mm。所述铜绕线的边缘距离所述超材料单元结构的边界为0.08mm，所述绝缘层的厚度为0.30mm，所述绝缘层为罗杰斯板材，型号为RT5880。在又一实施例中，所述超材料单元结构的尺寸为16mm，所述铜绕线的厚度为0.10mm，所述铜绕线的圈数在正反面均为10圈，所述铜绕线的线宽为0.6mm，所述铜绕线的线间距为0.10mm。所述铜绕线的边缘距离所述超材料单元结构的边界为0.12mm，所述绝缘层的厚度为0.50mm，所述绝缘层为罗杰斯板材，型号为RT5880。将这些超材料在西门子3T磁共振系统上进行水模实验验证。实验结果同样显示本专利技术制作的用于3T磁共振的超材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，其包括绕线和绝缘层，其特征在于：所述绕线是螺旋形的，且分布在所述绝缘层的正反两面。

【技术特征摘要】
1.一种应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，其包括绕线和绝缘层，其特征在于：所述绕线是螺旋形的，且分布在所述绝缘层的正反两面。2.根据权利要求1所述的应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，其特征在于：所述绕线是铜绕线。3.根据权利要求2所述的应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，所述铜绕线是两个，且分布在所述绝缘层的正反两面，形成以所述绝缘层的厚度为间距的平行电容器。4.根据权利要求2所述的应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，其特征在于：所述铜绕线是双面方形铜绕线。5.根据权利要求4所述的应用于3T磁共振射频线圈的超材料结构，其特征在于：所述超材料结构为超材料单元结构的周期性结构，所述超材料单元结构的尺寸介于14mm和16mm之间，所述铜绕线的厚度介于0.05mm和0.10mm之间，所述铜绕线的圈数在正反面均介于5圈和10圈之间，所述铜绕线的线宽介于0.4mm和0.6mm之间，所述铜绕线的线间距介于0.08mm和0.12mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李烨，罗超，李柔，胡小情，刘新，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44