【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，具体涉及一种行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构及其设计方法。
技术介绍
1、磁共振成像技术是目前最具潜力的医疗成像技术之一，采用超高场(≥7t)的磁共振成像设备可以更好的提升成像的信噪比，从而获得更为清晰的图像质量。
2、现有行波磁共振成像系统的磁共振射频发射子系统，主要采用磁体金属内壁和梯度线圈金属内壁共同构成磁共振金属圆筒形波导，如图1所示，该波导用于传输射频电磁场/行波电磁波，以便在辐射区域(即成像物体的所在区域)进行自旋质子激励(行波磁共振不同于传统磁共振的主要区别就是：其射频发射子系统采用的是基于波导的辐射区射频场，用于激励自旋质子共振，而传统磁共振的射频发射子系统是采用感应区射频场激励自旋质子共振)。
3、现有的行波磁共振成像系统可简化为一个圆筒形波导结构。由于圆筒形波导结构的截止频率限制，以及人体在磁共振成像系统中的金属内孔径尺寸限制(一般内孔径尺寸大小约60cm)，只能在7t以上的磁共振(即工作频率为297mhz，其由主磁体强度b0和磁旋比γ决定，即工作频率为f0＝γ×b0，1h质子的磁旋比γ＝42.4mhz)系统下传输射频能量，且仅能传播圆波导主模te11模式，如图2所示。由此在行波磁共振成像系统中，只有圆极化横向磁场分量参与激发磁共振质子自旋共振，如图3所示。
4、但是，te11模式作为横向电场模式存在较多的轴向磁分量hz，这部分不参与激发磁共振质子自旋共振，因而导致经典行波磁共振成像系统中的行波磁
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构及其设计方法，用以解决现有行波磁共振成像系统所存在质子自旋激励效率低的问题。
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，提供了一种行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构，包括有用于放置在行波磁共振成像系统的磁共振金属圆筒形波导内的且内设有圆柱形空腔的圆筒形介质波导体，其中，所述圆柱形空腔的轴心线与电磁波传递方向平行，所述圆柱形空腔用于放置成像目标体。
4、基于上述
技术实现思路
，提供了一种适用于行波磁共振成像系统的质子自旋激励效率提高新方案，即包括有用于放置在行波磁共振成像系统的磁共振金属圆筒形波导内的且内设有圆柱形空腔的圆筒形介质波导体，其中，所述圆柱形空腔的轴心线与电磁波传递方向平行，所述圆柱形空腔用于放置成像目标体，如此通过前述结构设计，可在用于金属波导内部时使te11模式电磁波入射进入所述圆筒形介质波导体后，会因波矢偏转而有一定比例的te11模式转换成为tm11模式，共同构成所述圆筒形介质波导体的主模he11(其为混合模)，进而可通过te11-tm11模式变换，产生更多可以有效用于磁共振自旋质子激励的横向磁场分量，提高行波磁共振射频激励效率，便于实际应用和推广。
5、在一个可能的设计中，所述磁共振金属圆筒形波导由磁共振射频发射子系统中的磁体金属内壁和梯度线圈金属内壁围成，其中，所述磁共振射频发射子系统属于所述行波磁共振成像系统。
6、在一个可能的设计中，所述梯度线圈金属内壁包围所述圆筒形介质波导体。
7、在一个可能的设计中，所述圆筒形介质波导体的外圆半径与内圆半径的差值介于13～33毫米之间。
8、在一个可能的设计中，所述圆筒形介质波导体采用相对介电常数大于等于16且小于等于26的介质材料制成。
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。
11、在一个可能的设计中，所述介质材料的相对磁导率等于1。
12、在一个可能的设计中，所述圆筒形介质波导体的轴向长度与电磁波的波长的比值小于0.5。
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行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构的设计方法，包括有如下步骤s1～s5：
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；
15、s2.将圆筒形介质波导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，并仿真测量得到所述磁共振波导环境的且从输入侧波导端口至输出侧波导端口的传输参数s12，然后执行步骤s3；
16、s3.判断所述传输参数s12是否达到谷值，若是，则执行步骤s5，否则执行步骤s4；
17、s4.通过调整所述圆筒形介质波导体的介电常数和/或外圆半径与内圆半径的差值的方式，对所述圆筒形介质波导体的当前电磁模型进行优化设计，得到所述圆筒形介质波导体的新电磁模型，并重新仿真测量得到所述磁共振波导环境的且新的传输参数s12，然后返回执行步骤s3；
18、s5.根据所述圆筒形介质波导体的当前电磁模型，制备得到所述圆筒形介质波导体的实物。
19、上述方案的有益效果：
20、(1)本专利技术创造性提供了一种适用于行波磁共振成像系统的质子自旋激励效率提高新方案，即包括有用于放置在行波磁共振成像系统的磁共振金属圆筒形波导内的且内设有圆柱形空腔的圆筒形介质波导体，其中，所述圆柱形空腔的轴心线与电磁波传递方向平行，所述圆柱形空腔用于放置成像目标体，如此通过前述结构设计，可在用于金属波导内部时使te11模式电磁波入射进入所述圆筒形介质波导体后，会因波矢偏转而有一定比例的te11模式转换成为tm11模式，共同构成所述圆筒形介质波导体的主模he11(其为混合模)，进而可通过te11-tm11模式变换，产生更多可以有效用于磁共振自旋质子激励的横向磁场分量，提高行波磁共振射频激励效率，便于实际应用和推广；
21、(2)通过在磁共振金属圆筒形波导中引入圆筒形介质波导体(其能够传播混合模式he11，且截止频率为0)，可以突破圆波导截止频率限制，在其内部产生tm11模式；
22、(3)本实施例结构不需要集成在超高场磁共振系统中，可以直接放入使用(类似于即插即用型)，因此不需要为了加入本结构而改动磁共振仪器。
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1.一种行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，包括有用于放置在行波磁共振成像系统的磁共振金属圆筒形波导内的且内设有圆柱形空腔(401)的圆筒形介质波导体(400)，其中，所述圆柱形空腔(401)的轴心线与电磁波传递方向平行，所述圆柱形空腔(401)用于放置成像目标体(200)。
2.根据权利要求1所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，所述磁共振金属圆筒形波导由磁共振射频发射子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，所述磁共振射频发射子系统属于所述行波磁共振成像系统。
3.根据权利要求2所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，所述梯度线圈金属内壁(103)包围所述圆筒形介质波导体(400)。
4.根据权利要求1所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，所述圆筒形介质波导体(400)的外圆半径与内圆半径的差值介于13～33毫米之间。
5.根据权利要求1所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，所述圆筒形介
6.根据权利要求5所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，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5所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，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。
8.根据权利要求5所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，所述介质材料的相对磁导率等于1。
9.根据权利要求1所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构，其特征在于，所述圆筒形介质波导体(400)的轴向长度与电磁波的波长的比值小于0.5。
10.一种如权利要求1～9中任意一项所述的行波磁共振射频发射场TE-TM模式变换结构的设计方法，其特征在于，包括有如下步骤S1～S5：
...【技术特征摘要】
1.一种行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构，其特征在于，包括有用于放置在行波磁共振成像系统的磁共振金属圆筒形波导内的且内设有圆柱形空腔(401)的圆筒形介质波导体(400)，其中，所述圆柱形空腔(401)的轴心线与电磁波传递方向平行，所述圆柱形空腔(401)用于放置成像目标体(200)。
2.根据权利要求1所述的行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构，其特征在于，所述磁共振金属圆筒形波导由磁共振射频发射子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，所述磁共振射频发射子系统属于所述行波磁共振成像系统。
3.根据权利要求2所述的行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构，其特征在于，所述梯度线圈金属内壁(103)包围所述圆筒形介质波导体(400)。
4.根据权利要求1所述的行波磁共振射频发射场te-tm模式变换结构，其特征在于，所述圆筒形介质波导体(400)的外圆半径与内圆半径的差值介于13～33毫米之间。
5.根据权利要求1所述的行波...
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