【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種核磁共振檢測裝置，具體涉及一種用于超低場磁共振檢測的超材料結構裝置及其方法。
技術介紹
1、低場強、輕量化的磁共振檢測平臺可以進一步推廣磁共振的應用。在實現磁共振設備輕量化的方法中，減小磁體重量是降低磁共振儀器重量的最有效方式之一。然而，磁共振信號的信噪比與磁場強度的平方近似成正比，降低磁場降度將極大的犧牲磁共振信號信噪比，從而帶來組織辨識分辨率下降、掃描時間長等缺陷。
2、超材料陣列結構可以引導射頻磁通量到接收線圈，其應用可以增強特定頻率的射頻信號效率，并且通過耦合實現對接收線圈的調諧匹配，進一步提高磁共振信號采集的信噪比，并在一定程度上彌補磁場強度降低帶來的低信噪比缺陷。
3、但是，目前應用于磁共振檢測的超材料普遍應用于中高場，其原因在于超材料陣列的工作頻率取決于超材料單元自身的電容、電感等物理性質，而常見的超材料結構的工作頻率普遍大于60mhz，不適合用于工作頻率更低的超低場磁共振檢測，其中超低場磁共振的b0磁場強度通常小于0.1t，即工作頻率小于4.2mhz。對此有必要對工作于低場乃至超低場下的超材料陣列進行研究。
技術實現思路
1、技術問題：本專利技術針對應用于磁共振超材料結構工作頻率較高、安裝與使用不便捷的問題，提出了一種可以工作于超低場磁共振中的超材料結構裝置及方法，在提高射頻場強度、降低工作頻率的同時，達到裝置小型化，簡化安裝流程、靈活使用的目的。
2、技術方案：
3、一種用于超低場磁共振的超材料單元
4、優選地，通過在既有超材料單元內加入同軸設置的內單元，以降低既有超材料單元的自諧振頻率；內單元包括內單元骨架以及繞制在內單元骨架的外側所設置的螺旋管線槽中的內螺旋線圈；此時，優化后的超材料單元的自諧振頻率滿足：
5、
6、式中：l為外螺旋銅線圈的電感，c為外螺旋銅線圈的電容；lm為內、外螺旋銅線圈間的互感，cp為增加的寄生電容；
7、或者通過在既有超材料單元的外螺旋銅線圈的兩端并聯調諧pcb板(01c)，直接增加外螺旋銅線圈的電容值，以降低既有超材料單元的自諧振頻率；此時，優化后的超材料單元的自諧振頻率滿足：
8、
9、式中：l為外螺旋銅線圈的電感，c為外螺旋銅線圈的電容；c1為通過調諧pcb板直接并聯的電容值；
10、或者通過在既有超材料單元的單元骨架內同軸安裝一采用高介電常數材料制成的高介電常數構件，以提高既有超材料單元的電容值，進而降低既有超材料單元的自諧振頻率。
11、本專利技術的第二個技術目的是提供一種用于超低場磁共振的超材料結構裝置，包括圓柱形超材料單元、超材料固定板、底板和線圈支架板；其中：
12、超材料固定板與線圈支架板相互平行地固定在底板上；
13、所述的圓柱形超材料單元包括單元骨架、外螺旋銅線圈以及調諧構件；外螺旋銅線圈繞制于單元骨架外側所設置的螺旋管線槽中，調諧構件設置于單元骨架內，并能夠與外螺旋銅線圈共振以降低外螺旋銅線圈的自諧振頻率；
14、單元骨架固定在超材料固定板鄰近線圈支架板設置的板面上，而平面線圈則固定在線圈支架板的外側板面上。
15、優選地，所述調諧構件為調諧pcb板；調諧pcb板與外螺旋銅線圈相連并位于單元骨架內側。
16、優選地，所述調諧pcb板設置有連接螺旋銅線圈的端口、調諧電容以及去耦二極管；其中，調諧電容用于調整圓柱形超材料單元的工作頻率，去耦二極管用于耦合測試；螺旋銅線圈端口、調諧電容與去耦二極管均為并聯連接。
17、優選地，所述的調諧構件為高介電常數構件；高介電常數構件為空心圓柱結構或實心圓柱塞；高介電常數構件由高介電常數材料制成并裝在單元骨架內。
18、優選地，所述調諧構件包括內單元骨架以及內螺旋線圈；其中：內螺旋線圈繞制在內單元骨架的外側所設置的螺旋管線槽中以形成內單元；內單元嵌套于外單元骨架中。
19、優選地，所述底板的一側設置有超材料固定板插槽，另一側則設置有支架板插槽；超材料固定板插槽與支架板插槽相互平行設置，且設置在底板上的支架板插槽至少有一條；
20、超材料固定板插接在超材料固定板插槽中，而線圈支架板則插接在支架板插槽中。
21、優選地，所述超材料固定板鄰近線圈支架板的板面上設置有若干呈圓形狀設置的超材料單元插槽，各超材料單元插槽呈矩形陣列分布；外單元骨架插接在超材料單元插槽中。
22、本專利技術的第三個技術目的是提供一種上述用于超低場磁共振的超材料結構裝置的使用方法，包括如下步驟：
23、步驟一、分別裝載圓柱形超材料單元以及平面線圈：
24、將預制的圓柱形超材料單元依次插入超材料固定板上所設置的超材料單元插槽中實現固定，以獲得超材料單元陣列；
25、將平面線圈固定在線圈支架板上；
26、步驟二、組裝用于超低場磁共振的超材料結構裝置：
27、將裝載有圓柱形超材料單元的超材料固定板插入底板上所設置的超材料固定板插槽中；
28、將裝載有平面線圈的線圈支架板插入底板上所設置的任意一條支架板插槽中實現固定；底板上共設置有兩條相互平行的支架板插槽；
29、步驟三、檢測：
30、將步驟二所組裝的超材料結構裝置的平面線圈緊貼測試樣品的位置進行檢測；
31、步驟四、將線圈支架板插入底板上的另一條支架板插槽上，以調整超材料單元陣列與平面線圈之間的距離；然后再次進行步驟三所述的檢測。
32、有益效果：
33、1.本專利技術結構簡單，體積較小，使用與組裝過程簡潔便利，結構較為穩定，可以適應水平與垂直方向主磁場的磁共振檢測，并且方便移動。
34、2.本專利技術采用3d打印制作線圈骨架、底板、固定板、支架板，采用銅線繞制螺線管線圈，制作簡單，成本低廉，并且便于在實驗中進行調試。
35、3.本專利技術提出了多種可選的超材料陣列單元設計方案，實現了超材料陣列的工作頻率的有效降低，實現超材料陣列結構在超低場磁共振檢測下對射頻場的增強，并對線圈調諧匹配有輔助作用，一定程度提高線圈信噪比。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種用于超低場磁共振的超材料單元的設計方法，其特征在于，通過提高既有超材料單元的總電感值和/或寄生電容值，或者直接增加既有超材料單元的電容值，以降低既有超材料單元的自諧振頻率，使得優化后的超材料單元適用于超低場磁共振場合；既有超材料單元包括單元骨架（01a）以及繞制于單元骨架（01a）外側所設置的螺旋管線槽中的外螺旋銅線圈（01b）。
2.根據權利要求1所述的用于超低場磁共振的超材料單元的設計方法，其特征在于，通過在既有超材料單元內加入同軸設置的內單元，以降低既有超材料單元的自諧振頻率；內單元包括內單元骨架（01a2）以及繞制在內單元骨架（01a2）的外側所設置的螺旋管線槽中的內螺旋線圈（01b2）；此時，優化后的超材料單元的自諧振頻率滿足：
3.一種用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，包括圓柱形超材料單元（01）、超材料固定板（02）、底板（03）和線圈支架板（04）；其中：
4.如權利要求3所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述調諧構件為調諧PCB板（01c）；調諧PCB板（01c）與外螺旋銅線圈（01b）相
5.如權利要求4所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述調諧PCB板（01c）設置有連接螺旋銅線圈（01b）的端口（01c1）、調諧電容（01c2）以及去耦二極管（01c3）；其中，調諧電容（01c2）用于調整圓柱形超材料單元（01）的工作頻率，去耦二極管（01c3）用于耦合測試；螺旋銅線圈端口（01c1）、調諧電容（01c2）與去耦二極管（01c3）均為并聯連接。
6.如權利要求3所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述的調諧構件為高介電常數構件；高介電常數構件為空心圓柱結構（01d）或實心圓柱塞；高介電常數構件由高介電常數材料制成并裝在單元骨架（01a）內。
7.如權利要求3所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述調諧構件包括內單元骨架（01a2）以及內螺旋線圈（01b2）；其中：內螺旋線圈（01b2）繞制在內單元骨架（01a2）的外側所設置的螺旋管線槽中以形成內單元；內單元嵌套于外單元骨架（01a1）中。
8.如權利要求1所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述底板（03）的一側設置有超材料固定板插槽（03a），另一側則設置有支架板插槽（03b）；超材料固定板插槽（03a）與支架板插槽（03b）相互平行設置，且設置在底板（03）上的支架板插槽（03b）至少有一條；
9.如權利要求1所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述超材料固定板（02）鄰近線圈支架板（04）的板面上設置有若干呈圓形狀設置的超材料單元插槽（02a），各超材料單元插槽（02a）呈矩形陣列分布；外單元骨架（01a1）插接在超材料單元插槽（02a）中。
10.一種權利要求3所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種用于超低場磁共振的超材料單元的設計方法，其特征在于，通過提高既有超材料單元的總電感值和/或寄生電容值，或者直接增加既有超材料單元的電容值，以降低既有超材料單元的自諧振頻率，使得優化后的超材料單元適用于超低場磁共振場合；既有超材料單元包括單元骨架（01a）以及繞制于單元骨架（01a）外側所設置的螺旋管線槽中的外螺旋銅線圈（01b）。
2.根據權利要求1所述的用于超低場磁共振的超材料單元的設計方法，其特征在于，通過在既有超材料單元內加入同軸設置的內單元，以降低既有超材料單元的自諧振頻率；內單元包括內單元骨架（01a2）以及繞制在內單元骨架（01a2）的外側所設置的螺旋管線槽中的內螺旋線圈（01b2）；此時，優化后的超材料單元的自諧振頻率滿足：
3.一種用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，包括圓柱形超材料單元（01）、超材料固定板（02）、底板（03）和線圈支架板（04）；其中：
4.如權利要求3所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述調諧構件為調諧pcb板（01c）；調諧pcb板（01c）與外螺旋銅線圈（01b）相連并位于單元骨架（01a）內側。
5.如權利要求4所述的用于超低場磁共振的超材料結構裝置，其特征在于，所述調諧pcb板（01c）設置有連接螺旋銅線圈（01b）的端口（01c1）、調諧電容（01c2）以及去耦二極管（01c3）；其中，調諧電容（01c2）用于調整圓柱形超材料單元（01）的工作頻率，去耦二極...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。