专利名称：一种用于mri的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 核磁共振成像领域，更具体地说，涉及核磁共振时信号增强技术。
背景技术：
核磁共振成像(MRI)是利用核磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息，它是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号用探测器检出并输入计算机，经过计算机处理转换后在屏幕上显示图像。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断，效果较佳的是颅脑及脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及横断面像。核磁共振设备的成像清晰度直接反映出身体的状况，由于射频脉冲后的信号由自旋系统已激化的原子核回复到原来的排列状态时释放出的微弱能量形成的，所以信号的强度很小。为了提高成像的清晰度，可以加大射频脉冲的强度，但可能会对人体造成一定的伤害；也可以采用提高设备灵敏度的措施，这会极大地提高核磁共振设备的成本。由于核磁共振对人体检测发挥着重要的作用，但由于成像的信号很微弱，急需有一种装置能够使成像的信号增强，使用同样核磁共振设备能够获得清晰的图像。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用了负磁导率超材料对信号增强性质的装置，使得在核磁共振检测时激化的原子核回复放出的能量形成的信号得到增强，使核磁共振设备获取清晰的图像。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:—种用于MRI的装置,包括:壳体以及固定于所述壳体内的负磁导率超材料板；所述壳体包括上壳和与所述上壳固接的下壳，所述壳体由非金属材料制备。进一步地，所述下壳具有第一边框体，所述第一边框体包括所述第一边框体内侧的卡勾；所述上壳具有第二边框体，所述第二边框体包括与所述第一边框体内侧的所述卡勾配合的卡槽。进一步地，所述第一边框体包括四个第一边框，所述卡勾设置于所述第一边框内侧；所述第二边框体包括与所述第一边框对应的所述第二边框，所述卡槽与所述卡勾对应的设置于所述第二边框。进一步地，所述第一边框设置的所述卡勾数目为4。进一步地，所述超材料板经所述下壳底面延伸出的螺柱穿过所述超材料板上的通孔与螺母螺接固定。进一步地，所述超材料板至少两层，所述超材料板间用非金属垫隔开。
进一步地，所述超材料板包括若干超材料层，所述超材料层包括:非金属材料制成的基板和附着在基板上且成周期性排布的多个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线，所述人造微结构包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。进一步地，所述 弯曲线的走线间距等于线宽。进一步地，所述外框线上具有两个蛇形弯折部，且所述两个蛇形弯折部对称设置。进一步地，所述基板由陶瓷、聚四氟乙烯或环氧树脂材料制成。本发明的用于MRI的装置能够在不改变现有核磁共振设备的前提下，提高核磁共振设备显示图像的清晰度，在进行核磁共振检测时，不必增加太多额外的步骤，使用方便，且成本较核磁共振设备成像能力的提升降低很多，极适于在应用核磁共振时推广。
图1是本发明用于MRI的装置的结构示意图；图2是本发明用于MRI的装置的分解结构示意图；图3是本发明用于MRI的装置的扣接结构示意图；图3.1是图3中a区域所示的放大图；图4是本发明用于MRI的装置中超材料板的另一种实施方式结构示意图；图5是本发明用于MRI的装置中超材料板的优选实施例的结构示意图；图6是图5所示超材料板的一个材料单元的结构示意图；图7是图5所示负磁导率超材料板的磁导率仿真图；图8至图10为超材料板的人造微结构的其他几种可能结构的示意图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。如图1和图2所示分别为本发明用于MRI的装置的结构是示意图和分解结构示意图，该装置包括由上壳2和下壳I固接而成的壳体以及负磁导率超材料板3,上壳2和下壳I都是由非金属材料制备的，以免对电磁信号造成影响。下壳I具有第一边框体11、螺柱12以及与螺柱12配合的螺帽13，第一边框体11包括第一边框，第一边框的内侧设置了卡勾111，上壳21具有第二边框体21，第二边框体21包括第二边框，第二边框的内侧设置了卡槽211，卡勾111与卡槽211卡接将上壳2和下壳I固接在一起。本实施方式中，第一边框和第二边框均为四个，每个第一边框和第二边框均对应的设置了四个卡勾111与卡槽211。超材料板3对应下壳I螺柱12的位置设置了供螺柱12穿过的通孔39，本实施方式中，在下壳I 一对角设置了螺柱12，而超材料板3则在四角均设置了通孔39。安装时，先将超材料板3放置在下壳I上，保证螺柱12穿过超材料板3的通孔39，然后用螺帽13与螺柱12螺紧，将超材料板3与下壳I固定，再将上壳2与下壳I扣合在一起，使得卡勾111与卡槽211 —一对应扣接，即得到图1所示的装置。为了保证用于MRI的装置能够足够的薄，螺帽13不宜过厚，更不能在上壳2、下壳I扣合时抵住上壳2，而螺柱12在螺帽13螺紧后，不能凸出于螺帽13。在使用时，只需将该装置放在需要核磁共振的部位边，例如，检测膝盖时，放在两膝盖之间即可，本装置将增强由膝盖处产生的微弱信号，然后被核磁共振设备接收到，以显示出更为清晰的图像。如图3和图3.1所示为卡勾与卡槽配合的示意图及a区域放大图，在上壳与下壳扣合后，位于下壳I第一边框体11内侧的卡勾111卡入上壳2第二边框体21内侧的卡槽211内，形成死卡。由于本装置使用时无需再打开，因此在每一边框体上设置多个卡勾与卡槽，保证上壳与下壳接合紧密。如图4所示为本发明中超材料板的另一种实施方式，可以选择三个超材料板3，每两个超材料板3之间用非金属垫3’隔开，每个超材料板3的四角均设置了通孔39，非金属垫3’呈环状，优选的，非金属垫3’较超材料板薄，且不覆盖通孔39所在的区域。超材料板3的数量可以根据需要选择，用在空间较大的场合可以选择较多的数量。如图5、图6所示，超材料板3包括 至少一个材料片层31，每个材料片层31包括基板32和附着在基板32表面上的多个人造微结构33。基板32为平板状，也可以为弯成圆环的薄片状，或者多个长条板正交扣合组成的栅格形。基板32通常选用聚四氟乙烯、环氧树脂、FR-4、陶瓷、铁氧材料、Si02等非金属材料。人造微结构33在基板32表面上呈周期性排布，例如矩形阵列排布，即以一 x方向为行、以垂直于X方向的y方向为列地排列，且各行间距、各列间距分别相等，甚至行间距等于列间距均可。优选行间距、列间距不大于所要响应的入射电磁波的波长的五分之一，也即例如工作环境是波长为λ的电磁波，需要超材料对此电磁波的电磁特性是呈现负磁导率，则设计人造微结构时将上述行间距、列间距选择不大于λ/5，优选为λ/10。显然，为了使人造微结构3不互相交叠，每个人造微结构3的长度和宽度也不大于λ/5。周期性排布还可以是其他具有循环规律的排布方式，例如基板32为圆环形时，人造微结构33沿着圆环形基板32的外圆柱面等间距地绕一周。当材料片层31有多个时，按照一定的规律将它们封装起来，例如当基板32为平板状时，各材料片层31沿垂直于基板32表面的ζ方向依次排列，片层之间相互平行设置，优选地平行且间距相等；当基板32为上述圆环形，则可以将多个材料片层31共圆心轴地安装固定。如图5所示，人造微结构33阵列排布，因此可以将基板32虚拟地划分为同样阵列排布的多个基板单元320，基板单元320的长度等于上述行间距、宽度等于列间距、厚度等于基板32厚度。每个基板单元320的表面上正好对应有一个人造微结构33。由基板单元320及其表面上的人造微结构33构成的材料单元310如图6所示。如图5、图6所示，其包括形成开口环的外框线330和自所述外框线330的形成开口的两末端点向开口环内延伸的两条平行线331，所述外框线330上具有蛇形弯折部332。图中所示实施例中，两条平行线331各自的末端还连接有一段折线，且两条所述折线相背延伸。外框线330和平行线331均是由导电材料制成的，这样的导电材料通常为金属材料例如银、铜、铜合金等，也可以是其他非金属的导电材料例如导电塑料、ITO(铟锡氧化物)、碳纳米管、石墨等。外框线330是由一根导电材料制成的丝线如铜线或银线围成的，丝线两端端部靠拢而不连接从而形成开口，构成开口环。现有技术中的开口谐振环(Split RingResonator，简称SRR)，就是一种典型的开口环结构，通常为具有开口的圆环即圆形开口环或者具有开口的矩形环即矩形开口环。图1所示的现有技术中，其人造微结构即为由矩形开口环和自矩形开口环的两末端引出一对平行线从而构成的近“凹”字形结构。现有的这些开口环和近“凹”字形结构虽然在一定频段范围内能够实现负磁导率，但是其绝对值仍然较小，接近于O，通常在O -5之间，不具有明显的负磁导率特性。图5、图6所示的优选实施例中，形成矩形开口环的外框线330上具有蛇形弯折部332。这里的蛇形弯折,是指一点自一起始点始终向前(或者不倒退)行进的同时在垂直于其行进的方向来回往复所形成的轨迹。图6中，在矩形开口环的垂直于开口所在直边的另两条直边上分别设置有一蛇形弯折部332，且二者对称分布。在超材料 领域中，可以通过将人造微结构33等效为电路来分析人造微结构33对超材料的电磁特性的影响。上述近“凹”字形人造微结构可以等效为一个电容和电感串联，其中一对平行线等效为电容，而构成矩形开口环的外框线则相当于电感。在外框线上增设蛇形弯折部332，使得走线线长增大，相当于增大了电感，进而提高负磁导率的绝对值。例如，在本发明的优选实施例中，每个基板单元320、人造微结构33构成的材料单元如图6所示，基板32选择FR-4环氧树脂材料，厚度为0.4mm,基板单元的尺寸为4mmX4mmX0.4mm,其中0.4mm为厚度；人造微结构33由铜线制成,厚度为0.018mm,到基板单元的四条边均预留0.2mm,线宽也为0.2mm,所有的走线间距为0.1mm。对上述材料单元310阵列得到的超材料进行仿真，得到的磁导率关于频率的电磁响应曲线如图7所示。由图可知，本实施例的材料单元在0.21 0.24GHz范围内其磁导率均为负值，且最低磁导率能够达到-26，且达到最低磁导率是其虚部的损耗非常小，基本上为O。当所需频段不在上述范围时，还可以通过调整人造微结构的尺寸来调整负磁导率所在的频段区域。因此，采用图5、图6所示的人造微结构，能够明显提高超材料的负磁导率的绝对值，从而强化负磁导率效果，以满足本发明装置对负磁导率值的要求。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，例如蛇形弯折部332与平行线331的距离不必然等于线宽，可以如图8所示地隔有较大距离；蛇形弯折部332的弯折角不一定为直角，可以为如图9所示的圆角过渡；另夕卜，蛇形弯折部332不一定在矩形开口环的与开口所在直边垂直的两条直边上，也可以在开口所在的直边上，如图9所示；蛇形弯折部332的每次弯折往复的距离可以与平行线331不相等，也可以相等，如图10所示。同时，蛇形弯折部332可以为一个也可以有多个，或者可以同时设置在矩形开口环的各条直边上，甚至外框线330并不必然为矩形开口环，也可以为圆形开口环，等等。上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种用于MRI的装置，其特征在于，包括:壳体以及固定于所述壳体内的负磁导率超材料板；所述壳体包括上壳和与所述上壳固接的下壳，所述壳体由非金属材料制备。
2.根据权利要求1所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述下壳具有第一边框体，所述第一边框体包括所述第一边框体内侧的卡勾；所述上壳具有第二边框体，所述第二边框体包括与所述第一边框体内侧的所述卡勾配合的卡槽。
3.根据权利要求2所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述第一边框体包括四个第一边框，所述卡勾设置于所述第一边框内侧；所述第二边框体包括与所述第一边框对应的所述第二边框，所述卡槽与所述卡勾对应的设置于所述第二边框。
4.根据权利要求3所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述第一边框设置的所述卡勾数目为4。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述超材料板经所述下壳底面延伸出的螺柱穿过所述超材料板上的通孔与螺母螺接固定。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述超材料板至少两层，所述超材料板间用非金属垫隔开。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述超材料板包括若干超材料层，所述超材料层包括:非金属材料制成的基板和附着在基板上且成周期性排布的多个人造微结构，所述人 造微结构为导电材料的丝线，所述人造微结构包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。
8.根据权利要求7所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述弯曲线的走线间距等于线宽。
9.根据权利要求7所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述外框线上具有两个蛇形弯折部，且所述两个蛇形弯折部对称设置。
10.根据权利要求7所述的用于MRI的装置，其特征在于，所述基板由陶瓷、聚四氟乙烯或环氧树脂材料制成。
全文摘要
本发明提供了一种用于MRI的装置，该装置包括壳体以及固定于壳体内的负磁导率超材料板；壳体包括上壳和与上壳固接的下壳，壳体由非金属材料制备；该超材料板包括若干超材料层，所述超材料层包括非金属材料制成的基板和附着在基板上且成周期性排布的多个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线，所述人造微结构包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。本发明的用于MRI的装置能够在不改变现有核磁共振设备的前提下，提高核磁共振设备显示图像的清晰度，成本较核磁共振设备成像能力的提升降低很多，极适于在应用核磁共振时推广。
文档编号A61B5/055GK103083017SQ201110331279
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者刘若鹏, 赵治亚, 郭洁, 史世东 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司