【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁共振成像，即属于电磁场微波技术在医学成像领域的应用，具体涉及一种用于磁共振成像设备中射频发射系统的磁共振射频发射场驻波消除结构及其设计方法。
技术介绍
1、磁共振成像技术是现代医学临床诊断中的重要手段。提升磁共振成像系统的主磁场强度可以获得更高的信噪比及对比度等优势，但是工作频率也会相应提高。工作频率由拉莫尔频率(具体是指粒子在磁场中回旋运动的频率，它描述了粒子围绕磁力线旋转的快慢)决定，即工作频率其中，γ表示磁旋比，b0表示主磁场强度，π表示圆周率。在高工作频率下，电磁场波长会缩短，并接近人体尺寸(当主磁场强度为7t时，磁共振下的工作频率为297mhz，人体内波长约20cm)。当人体变成电大尺寸(具体是指那些物理尺寸远小于一个波长的结构)后，驻波效应会导致磁共振射频激励场的幅值呈现空间变化，进而导致人体内不均匀的射频场激励。同时射频激励场的幅值还决定了自旋激励的翻转角，进而决定了图像的对比度，而不均匀的对比度会在医疗诊断应用中引入显著的误差，因此带来了一个亟待解决的工程挑战。
2、目前，主流的工程解决方案是采用多通道射频发射链路驱动相控阵线圈，如图1所示，通过调节每个发射单元的幅值和相位，实现射频激励场的均场功能，以此在特定的视野内可以获得均匀的射频发射场。但是该方案并不能从本质上消除驻波，而是通过多通道控制，调控驻波效应在空间的分布情况，如图2所示，线圈的电流分布方式决定了电磁波是从四周向中心传递，必然在人体内会产生驻波。
3、另一个现有工程解决方案是采用行波发射方式，如图3所示，用磁
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种磁共振射频发射场驻波消除结构及其设计方法，用以解决现有采用行波发射方式的工程解决方案仍然会在成像目标体内形成二次驻波的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，提供了一种磁共振射频发射场驻波消除结构，包括有用于放置在磁共振射频发射场的波导内的且填充在成像目标体与波导壁体之间的相速度匹配体，其中，所述相速度匹配体采用介电常数与所述成像目标体的平均介电常数相等或接近的介质材料制成。
4、基于上述
技术实现思路
，提供了一种适用于磁共振成像设备中射频行波发射系统的驻波消除新方案，即包括有用于放置在磁共振射频发射场的波导内的且填充在成像目标体与波导壁体之间的相速度匹配体，其中，所述相速度匹配体采用介电常数与所述成像目标体的平均介电常数相等或接近的介质材料制成，如此通过前述结构设计，可在应用于磁共振射频发射场的波导内后，使电磁波分别在成像目标体的周围区域中和在成像目标体中传播的相速度保持一致，进而可消除因相速度失配引起的二次驻波问题，便于实际应用和推广。
5、在一个可能的设计中，所述磁共振射频发射场的波导由磁共振射频发射系统中的磁体金属内壁和梯度线圈金属内壁围成，其中，所述波导壁体具体为所述梯度线圈金属内壁。
6、在一个可能的设计中，所述介质材料的电导率小于等于10-8s/m，所述介质材料的介电损耗角正切小于等于0.5。
7、在一个可能的设计中，所述介质材料的相对磁导率等于1。
8、在一个可能的设计中，所述介电常数与所述成像目标体的平均介电常数接近是指介电常数属于区间其中，表示所述成像目标体的平均介电常数。
9、在一个可能的设计中，所述介质材料采用自然材料、人工电磁材料或由周期性金属结构单元构成的超材料。
10、在一个可能的设计中，所述相速度匹配体的几何形状采用能够合理放置在波导空隙中的任意几何形状，其中，所述波导空隙是指位于所述成像目标体与所述波导壁体之间的空隙。
11、在一个可能的设计中，所述相速度匹配体为固体、液体或气体。
12、在一个可能的设计中，当所述相速度匹配体为液体或气体时，还包括有用于盛装所述相速度匹配体的容器。
13、第二方面，还提供了一种如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的磁共振射频发射场驻波消除结构的设计方法，包括有如下步骤s1～s6：
14、s1.在电磁仿真软件中建模得到磁共振波导环境，然后执行步骤s2，其中，所述磁共振波导环境是指磁共振射频发射场的波导环境；
15、s2.将成像目标体的电磁模型放置在所述磁共振波导环境的输入侧波导端口附近，并仿真测量得到所述磁共振波导环境的第一传播常数β1，然后执行步骤s3；
16、s3.将所述成像目标体的电磁模型移除所述磁共振波导环境，然后将相速度匹配体的初始电磁模型放置在所述磁共振波导环境的输入侧波导端口附近且位于所述成像目标体的电磁模型放置区与所述磁共振波导环境的波导侧壁之间，并再次仿真测量得到所述磁共振波导环境的第二传播常数β2，然后执行步骤s4；
17、s4.判断所述第二传播常数β2是否等于所述第一传播常数β1，若是，则执行步骤s6，否则执行步骤s5；
18、s5.通过调整所述相速度匹配体的几何形状和/或介电常数的方式，对所述相速度匹配体的当前电磁模型进行优化设计，得到所述相速度匹配体的新电磁模型，并重新仿真测量得到所述磁共振波导环境的且新的第二传播常数β2，然后返回执行步骤s4；
19、s6.根据所述相速度匹配体的当前电磁模型，制备得到所述相速度匹配体的实物。
20、上述方案的有益效果：
21、(1)本专利技术创造性提供了一种适用于磁共振成像设备中射频行波发射系统的驻波消除新方案，即包括有用于放置在磁共振射频发射场的波导内的且填充在成像目标体与波导壁体之间的相速度匹配体，其中，所述相速度匹配体采用介电常数与所述成像目标体的平均介电常数相等或接近的介质材料制成，如此通过前述结构设计，可在应用于磁共振射频发射场的波导内后，使电磁波分别在成像目标体的周围区域中和在成像目标体中传播的相速度保持一致，进而可消除因相速度失配引起的二次驻波问题，便于实际应用和推广；
22、(2)还相比较于经典的且基于多通道射频发射技术以及结合相控阵容积发射线圈的工程解决方案，本实施例具有更简单的系统架构、低成本和高鲁棒性，并且在应用时电磁波传播方向单一，不易产生驻波，以及确保当成像目标体位于天线的辐射区域时，电磁波容易调控。
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1.一种磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，包括有用于放置在磁共振射频发射场的波导内的且填充在成像目标体(200)与波导壁体之间的相速度匹配体(400)，其中，所述相速度匹配体(400)采用介电常数与所述成像目标体(200)的平均介电常数相等或接近的介质材料制成。
2.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述磁共振射频发射场的波导由磁共振射频发射系统中的磁体金属内壁(102)和梯度线圈金属内壁(103)围成，其中，所述波导壁体具体为所述梯度线圈金属内壁(103)。
3.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介质材料的电导率小于等于10-8S/m，所述介质材料的介电损耗角正切小于等于0.5。
4.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介质材料的相对磁导率等于1。
5.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介电常数与所述成像目标体(200)的平均介电常数接近是指介电常数属于区间[ε×85％，ε×115％]，其中，ε表示所述
6.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介质材料采用自然材料、人工电磁材料或由周期性金属结构单元构成的超材料。
7.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述相速度匹配体(400)的几何形状采用能够合理放置在波导空隙中的任意几何形状，其中，所述波导空隙是指位于所述成像目标体(200)与所述波导壁体之间的空隙。
8.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述相速度匹配体(400)为固体、液体或气体。
9.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，当所述相速度匹配体(400)为液体或气体时，还包括有用于盛装所述相速度匹配体(400)的容器。
10.一种如权利要求1～9中任意一项所述的磁共振射频发射场驻波消除结构的设计方法，其特征在于，包括有如下步骤S1～S6：
...【技术特征摘要】
1.一种磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，包括有用于放置在磁共振射频发射场的波导内的且填充在成像目标体(200)与波导壁体之间的相速度匹配体(400)，其中，所述相速度匹配体(400)采用介电常数与所述成像目标体(200)的平均介电常数相等或接近的介质材料制成。
2.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述磁共振射频发射场的波导由磁共振射频发射系统中的磁体金属内壁(102)和梯度线圈金属内壁(103)围成，其中，所述波导壁体具体为所述梯度线圈金属内壁(103)。
3.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介质材料的电导率小于等于10-8s/m，所述介质材料的介电损耗角正切小于等于0.5。
4.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介质材料的相对磁导率等于1。
5.根据权利要求1所述的磁共振射频发射场驻波消除结构，其特征在于，所述介电常数与所述成像目标体(200)的平均介电常数接近...
【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，张孝通，
申请(专利权)人：西安电子科技大学杭州研究院，
类型：发明
国别省市：
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