Auxetics‐Inspired Tunable Metamaterials for Magnetic Resonance Imaging

辅助 超材料 材料科学 共振(粒子物理) 平面的 声学 光电子学 物理 计算机科学 复合材料 粒子物理学 计算机图形学(图像)
作者
Ke Wu,Xiaoguang Zhao,Thomas G. Bifano,Stephan W. Anderson,Xin Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (6) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202109032
摘要

Auxetics refers to structures or materials with a negative Poisson's ratio, thereby capable of exhibiting counterintuitive behaviors. Herein, auxetic structures are exploited to design mechanically tunable metamaterials in both planar and hemispherical configurations operating at megahertz (MHz) frequencies, optimized for their application to magnetic resonance imaging (MRI). Specially, the reported tunable metamaterials are composed of arrays of interjointed unit cells featuring metallic helices, enabling auxetic patterns with a negative Poisson's ratio. The deployable deformation of the metamaterials yields an added degree of freedom with respect to frequency tunability through the resultant modification of the electromagnetic interactions between unit cells. The metamaterials are fabricated using 3D printing technology and an ≈20 MHz frequency shift of the resonance mode is enabled during deformation. Experimental validation is performed in a clinical (3.0 T) MRI system, demonstrating that the metamaterials enable a marked boost in radiofrequency field strength under resonance-matched conditions, ultimately yielding a dramatic increase in the signal-to-noise ratio (≈4.5×) of MRI. The tunable metamaterials presented herein offer a novel pathway toward the practical utilization of metamaterials in MRI, as well as a range of other emerging applications.

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