[发明专利]用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件

说明书

本申请公开了一种用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件及制备方法，其中，器件包括：印刷电路板、变电容器、环形导片和圆柱型支架，其中，印刷电路板包括电介质板和分别位于电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，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；可变电容器与平行板电容器并联连接；第一环形导片和第二环形导片设置在器件两端，且第一环形导片和第二环形导片分别与两端的第二电极连接；圆柱型支架，用于使得印刷电路板稳定并规则的成圆周阵列排布，并且生成可成像区域。该器件的设计更符合人体形态，且能够适用于具有不同负载效应的受测物体的MRI检测。

本申请为2019年9月19日申请的申请号为201910887862.3的“用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件及制备方法”的专利申请的分案申请

技术领域

本申请涉及核磁共振成像技术领域，特别涉及一种用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件。

背景技术

MRI(Magnetic Resonance Imaging，核磁共振成像技术)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可以提高图像的信噪比、分辨率和缩短扫描时间。然而静磁场强度的增加会带来如下三个问题：1)射频(RF)场非均匀性增大，调谐难度增加；2)人体组织产热增加，带来安全隐患，患者还容易出现眩晕和呕吐等不良反应：3)购置成本大幅度增加，对大多数小规模医院来说是一种负担。因此，如何采用尽量小的静磁场强度同时能够获得高的成像质量成为MRI技术中一个至关重要的问题。

针对上述问题，研究者已经提出了多种解决方案。第一种是射频线圈优化方法，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。研究表明利用平行成像法能够减少扫描时间，采用多通道线圈能实现更好的成像质量和更大的检测区域。然而该方案发展至今已相对比较完善，并且考虑到优化线圈需要对MRI系统进行重新设计，为实际应用带来诸多不便。第二种是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。由于造影剂需要通过口服或注射进入到人体组织或器官中，存在潜在的副作用甚至危及生命，因此也不是最理想的方案。第三种是通过在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，该方法是一种能有效提高MRI特征的新趋势。

超构表面(材料)的出现为MRI成像质量和效率的提高提供了一种新颖的更有效的方法。超构表面具有许多天然材料所不具备的特殊性质，利用电磁波与超构表面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。其工作原理是利用利用其结构单元的电磁谐振实现呈各向异性和梯度分布甚至是负数的电磁参数，并且通过对超构表面几何尺寸、形状和介电常数等参数的设计，能够实现对不同频点的谐振增强。超构表面在操纵电磁波的器件与设备的设计与制造中具有潜在的应用前景，而MRI正是其中一个重要的应用领域。

评价MRI图像质量的指标主要有三个，分别是分辨率、信噪比和对比度。图像分辨率越高，能够显示的细节就越多；信噪比越高，图像越清晰，高度信噪比还可以支撑更高分辨率，或者可以缩短扫描时间；对比度是鉴别正常组织和病变组织的重要依据。超构表面能够通过改变核磁共振系统里的磁场分布，从而提高图像信噪比。

然而，目前提出的超构表面器件的磁场分布均匀性和频率调节机制仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人的以下发现而完成的：