體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和mri系統的製作方法
2023-04-29 23:46:36
專利名稱：體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和mri系統的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及核磁共振領域，並且更特別地涉及核磁共振中的體部/頭部線圈切換。
背景技術：
目前核磁共振技術在醫療領域得到了廣泛的應用。磁共振成像(MRI)又稱核磁共振成像(NMRI)，是利用原子核在磁場內共振而產生影響的一種診斷方法。其基本原理是利用原子核的固有特性，以及磁場的相互作用來構成圖像。與人體組織密切相關的一類原子核，在外界射頻(RF)場的作用下產生磁共振信號，與磁共振有關的一組參數可以用來作為成像的變量。射頻線圈是MRI系統的一個重要組成部分，所有的磁共振掃描檢查都要藉助線圈來完成。其功能是發射射頻脈衝、接收MRI信號，是MRI系統成像的一個重要環節。射頻線圈根據結構及檢查目的的不同可分為頭部線圈，體部線圈等。在實踐中，由於檢查部位的不同、病變範圍的大小、檢查目的的不同，需要在不同的射頻線圈之間進行切換，從而提高MRI檢查的圖像質量，提高MRI檢查的診斷符合率，擴大MRI檢查的應用範圍。在磁共振成像設備中，功率放大器(PA)是其重要部件之一。PA消耗電源功率並輸出RF功率。當分別與體部線圈或頭部線圈連接時，RF PA輸出不同的功率電平。對於現有技術的MR PA設計，有兩種方法來實現這一點。第一種PA設計利用6路並聯來達到體部線圈要求，並在連接到某些其他線圈時切換到頭部線圈。然而，這種方法的缺點在於當與頭部線圈連接時效率較低。第二種PA設計利用6路並聯來達到體部線圈要求，並設計獨立的另一路用於頭部線圈連接。然而，這種方法的缺點在於成本太高。因此，在本領域中需要一種既能夠提高效率又能夠降低成本的新的PA設計。
發明內容
為實現上述目的，本發明提供了一種用於在核磁共振成像系統中實現體部線圈與頭部線圈之間的切換的方法，其中該核磁共振成像系統包括體部線圈、頭部線圈以及功率放大器組件，並且其中:該功率放大器組件包括:多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合併在一起的多路功率放大器；合併器，用於合併來自該多組功率放大器的信號並將其連接到體部線圈，第一開關裝置，其一端保持接地；第二開關裝置，串聯在一個Wilkinson電路的電阻支路中；以及1/4波長傳輸線，位於第二開關裝置與頭部線圈之間，該方法包括步驟:
通過設置第一開關裝置和第二開關裝置的狀態，使功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。本發明還提供了一種用於核磁共振成像系統中的功率放大器組件，其中該核磁共振成像系統包括體部線圈、頭部線圈以及該功率放大器組件，該功率放大器組件包括:多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合併在一起的多路功率放大器；合併器，用於合併來自該多組功率放大器的信號並將其連接到體部線圈，第一開關裝置，其一端保持接地；第二開關裝置，串聯在一個Wilkinson電路的電阻支路中；以及1/4波長傳輸線，位於第二開關裝置與頭部線圈之間，其中通過設置第一開關裝置和第二開關裝置的狀態，使功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。本發明還提供了一種包括上述功率放大器組件的核磁共振成像系統。根據本發明，能夠大幅提高功率效率，同時能夠節省成本。
根據下文中參考附圖而進行的詳細描述，本發明的上述和其他的目的和特徵將變得明顯，其中:圖1是現有技術 的PA設計100的示意性電路圖；圖2是根據本發明的PA設計200的示意性電路圖；圖3是用於對圖2的PA設計200進行仿真的仿真電路300的示意性電路圖；圖4是圖3的仿真電路針對體部模式所產生的仿真結果；並且圖5是圖3的仿真電路針對頭部模式所產生的仿真結果。在這些附圖中，使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步說明。為簡單起見，以下描述中主要給出實現本發明所必需的技術特徵，而省略了本領域技術人員公知的某些技術特徵。貫穿整個附圖，TL1-TL12表示1/4波長傳輸線，TP1-TP3代表連接點，Teel-Tee3代表用於連接的微帶線，是不同支路的微帶線連接處，R1-R3代表電阻，freq代表頻率。圖1是現有技術的PA設計100的示意性電路圖。在圖1中，兩路PA (例如PA5和PA6)通過二合一 Wilkinson (成爾金森)電路110合併在一起，三組這樣的兩路PA (例如PAl和PA2、PA3和PA4、PA5和PA6)通過三合一合併器120合併在一起。因此，總共有6路PA並聯在一起來達到系統要求。這種設計對應於「背景技術」部分描述的第一種方法，其利用6路並聯來達到體部線圈要求，並在連接到某些其他線圈時切換到頭部線圈。這種方法的缺點在於當與頭部線圈連接時效率較低。圖2是根據本發明的PA設計200的示意圖。圖2中的PA設計200在圖1的PA設計100的基礎上引入了兩個SroT (單刀雙擲)開關SWITCH1和SWITCH2以及一條1/4波長傳輸線TL6。核磁共振成像系統包括體部線圈、頭部線圈以及PA組件200。應當注意，核磁共振成像系統還包括某些其他組件，但這裡僅對對於本發明的實現而言必需的那些組件進行描述。PA組件200可以包括3組PA，每組PA包括由二合一 Wilkinson電路220合併在一起的兩路PA。應當注意，圖2中所示的3組PA只是示意性的，實際的PA組件可以根據需要具有不同組數的PA。此外，圖2所示的二合一 Wilkinson電路220也是示意性的，實際的Wilkinson電路220可以根據需要合併不同數量的多路PA。PA組件200還可以包括合併器210，用於合併來自該3組PA的信號並將其連接到體部線圈。PA組件200還可以包括第一開關裝置SWITCH1，其一端可以保持接地，如圖2所
/Jn οPA組件200還可以包括第二開關裝置SWITCH2，其可以串聯在一個Wilkinson電路220的電阻支路中，如圖2所示。PA組件200還可以包括1/4波長傳輸線TL6，其可以位於第二開關裝置SWITCH2與頭部線圈之間，如圖2所示。本發明的切換方法可以包括通過設置第一開關裝置SWITCH1和第二開關裝置SffITCH2的狀態，使PA組件200連接到體部線圈或頭部線圈。首先描述圖2中的體部線圈工作狀態。當SPDT開關裝置SWITCH1和SWITCH2的狀態(State)都設置為「I」時，意味著TP2接地，SffITCH2與TP3連接。因為TP2接地，從TP3看Term4(參見圖3)將是具有1/4波長變換理論的開路。此時，圖2的PA設計200如同圖1中的PA設計100那樣工作。信號從 PA流入Terml (參見圖3)並用於體部線圈。其次描述圖2中的頭部線圈工作狀態。當SPDT開關裝置SWITCH1和SWITCH2的狀態(state)都設置為「O」時，意味著TPl接地，SffITCH2連接到開路並且TP3與100歐的平衡電阻Rl斷開。因為TPl接地，從TP3看Terml將是具有1/4波長變換理論的開路，這意味著TP3隻通過1/4波長變換傳輸線與Term4連接。因此，信號從PA流入Term4 (參見圖3)並用於頭部線圈。由於SWITCH1隻通過1/4波長變換傳輸線接地，因此理論上沒有任何功率流入其中，而SWITCH2隻連接到開路和平衡電阻Rl，因此，基於以上分析，只有少量功率流入其中。因此，相對於「背景技術」部分所述的現有技術的第一種PA設計，本發明可以採用小功率RF開關來節省成本，相對於「背景技術」部分所述的現有技術的第二種PA設計，本發明可以僅使用一路PA來達到頭部線圈要求，從而節省了一路PA的成本。圖3是用於對圖2的PA設計200進行仿真的仿真電路300的示意性電路圖，其所針對的是MR 1.5T場強的PA設計，因此其中心頻率是63.86Mhz。應當注意，圖2和圖3都只是示意性的。在其他實施例中，上述兩個STOT(單刀雙擲)開關SWITCH1和SWITCH2以及一條1/4波長傳輸線TL6可以連接到三個Wilkinson中的任何一個，而不限於圖中所示的連接方式。圖4是圖3的仿真電路針對體部模式所產生的仿真結果，並且圖4是圖3的仿真電路針對頭部模式所產生的仿真結果。從圖4-圖5所示的仿真結果可以看出，由於本發明的PA設計中引入了 1/4波長傳輸線TL6，相對於現有技術的PA設計，本發明能夠將大幅提高功率效率，同時能夠節省成本。
應當注意，上面所描述的實施例僅僅是示例性而非限制性的，並且本領域技術人員在不偏離所附權利要求書的範圍的情況下可以設計出很多備選實施例。所使用的動詞「包括」並不排除權利要求書或說明書中所記載的元件和步驟之外的元件和步驟。在元件之前使用的詞語「一個」並不排除存在多個這種元件。在權利要求中，置於括號內的任何參考標號都不應理解為對該權利 要求的限制。
權利要求
1.一種用於在核磁共振成像系統中實現體部線圈與頭部線圈之間的切換的方法，其中所述核磁共振成像系統包括所述體部線圈、頭部線圈以及功率放大器組件，並且其中: 所述功率放大器組件包括: 多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合併在一起的多路功率放大器； 合併器，用於合併來自所述多組功率放大器的信號並將其連接到所述體部線圈， 第一開關裝置，其一端保持接地； 第二開關裝置，串聯在一個所述Wilkinson電路的電阻支路中；以及 1/4波長傳輸線，位於所述第二開關裝置與所述頭部線圈之間， 所述方法包括步驟: 通過設置所述第一開關裝置和所述第二開關裝置的狀態，使所述功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。
2.根據權利要求1所述的方法，其中: 當將所述第一開關裝置和所述第二開關裝置設置為第一狀態時，所述功率放大器組件連接到所述體部線圈，並且其中在所述第一狀態中，所述第一開關裝置與所述頭部線圈和所述1/4波長變換傳輸線接通在一起從而使得所述頭部線圈和所述1/4波長變換傳輸線接地，所述第二開關裝置的工作狀態使得所述電阻支路中的電阻接入到所述Wilkinson電路；並且 當將所述第一開關裝置和所述第二開關裝置設置為第二狀態時，所述功率放大器組件連接到所述頭部線圈，並且其中在所述第二狀態中，所述第一開關裝置與所述一個Wilkinson電路中的與第二開關裝置連接的功率放大器支路的不與所述與第二開關裝置相連的一端接通在一起從而使得該端接地，所述第二開關裝置為開路從而使所述電阻支路中的所述電阻置於開路狀態。
3.一種用於核磁共振成像系統中的功率放大器組件，其中所述核磁共振成像系統包括體部線圈、頭部線圈以及所述功率放大器組件，所述功率放大器組件包括: 多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合併在一起的多路功率放大器； 合併器，用於合併來自所述多組功率放大器的信號並將其連接到所述體部線圈， 第一開關裝置，其一端保持接地； 第二開關裝置，串聯在一個所述Wilkinson電路的電阻支路中；以及 1/4波長傳輸線，位於所述第二開關裝置與所述頭部線圈之間， 其中通過設置所述第一開關裝置和所述第二開關裝置的狀態，使所述功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。
4.根據權利要求1所述的功率放大器組件，其中: 當將所述第一開關裝置和所述第二開關裝置設置為第一狀態時，所述功率放大器組件連接到所述體部線圈，並且其中在所述第一狀態中，所述第一開關裝置與所述頭部線圈和所述1/4波長變換傳輸線接通在一起從而使得所述頭部線圈和所述1/4波長變換傳輸線接地，所述第二開關裝置的工作狀態使得所述電阻支路中的電阻接入到所述Wilkinson電路；並且當將所述第一開關裝置和所述第二開關裝置設置為第二狀態時，所述功率放大器組件連接到所述頭部線圈，並且其中在所述第二狀態中，所述第一開關裝置與所述一個Wilkinson電路中的與第二開關裝置連接的功率放大器支路的不與所述與第二開關裝置相連的一端接通在一起從而使得該端接地，所述第二開關裝置為開路從而使所述電阻支路中的所述電阻置於開路狀態。
5.—種核磁共振成像系統，包括根據權`利要求3-4所述的功率放大器組件。
全文摘要
本發明名稱為「體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和MRI系統」。本發明提供了體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和MRI系統。該核磁共振成像系統包括體部線圈、頭部線圈以及功率放大器組件。該功率放大器組件包括多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合併在一起的多路功率放大器；合併器，用於合併來自該多組功率放大器的信號並將其連接到體部線圈，第一開關裝置，其一端保持接地；第二開關裝置，串聯在一個Wilkinson電路的電阻支路中；以及1/4波長傳輸線，位於第二開關裝置與頭部線圈之間。該方法包括通過設置第一開關裝置和第二開關裝置的狀態，使功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。根據本發明，能夠大幅提高功率效率，同時能夠節省成本。
文檔編號A61B5/055GK103222867SQ20121003146
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優先權日2012年1月31日
發明者邢昊洋, 劉渝, 廖安謀, 王凱, 趙晨星, 彭奇斌 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司