CN101067848A - 用于核磁共振成像应用的ic标签/rfid标签 - Google Patents

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Abstract

一种用于和MRI机器一起使用的RFID标签，具有集成电路(11)和当暴露于强MRI RF发送器场中时保护集成电路(11)不受损坏的结构(13，14，15)。用于保护集成电路的结构可以包括：耦合在所述集成电路上的可控低阻抗装置(14)；与所述集成电路串联的可控高阻抗装置(13)；和/或频率选择性RF滤波器(15)。

Description

用于核磁共振成像应用的IC标签/RFID标签
技术领域
非限制性示例性实施例涉及用于核磁共振成像(MRI)机器环境的射频识别(RFID)标签。更具体地说，非限制性示例性实施例涉及一种用于MRI环境中的RFID标签的保护设备，从而使RFID标签不受到与MRI关联的强RF场的损坏或摧毁，并涉及一种具有MRI机器和关联的RFID标签读取系统的装置。
背景技术
使用寄生RF接收/发送电路的RFID技术广泛用于自动识别物体。RFID技术拥有超越传统识别技术的很多优点。例如，因为RFID技术使用RF场来操作，所以无需是视线距离，并且因为由接收的信号寄生地供电，所以无需内部电池或其他电源。此外，用于RFID标签的集成电路(IC)芯片可以拥有高存储容量，这使得RFID应用能够不仅满足识别目的。存储在RFID标签的IC芯片中的信息可以重复且动态地改变。由于RFID标签通常不包括移动部分，因此可以将整个RFID标签封装到保护材料内部。因此，RFID标签非常鲁棒和可靠。RFID标签系统中的信息传输过程不需要人工干预。最后，RFID标签系统非常便宜。由于这样多的优点，RFID技术广泛用于各个领域，例如公交检票、访问控制、动物识别、电子定位、集装箱识别、存货控制、体育事件和医疗应用。
图1示出传统的电感器耦合的RFID标签系统，包括计算机1、RFID读取器2、RFID天线3、和RFID标签5a。计算机1操作性地耦合到RFID读取器2，并且包括用于存储信息的存储器。除了从RFID标签5a读取数据之外(这通常涉及双向RF发送/接收功能)，RFID“读取器”2还可以用于执行编程处理。也就是说，RFID读取器2可以用于发送信息并将其写入RFID标签5a的存储器中。RFID标签5a包括：IC芯片6、天线L、和电容器C。IC芯片6提供控制功能和用于存储数据的存储器。存储在IC芯片6中的数据可以包括例如存货、设备/产品完整性和质量保证信息的信息。在IC芯片的存储器中存储这些信息避免了对将这些信息记录在纸件上的需要。
图2示出传统的电容耦合的RFID标签系统。在该替换RFID标签系统中的RFID标签5b包括：连接到IC芯片6的偶极子天线。虽然图1所示的电感器耦合的RFID标签系统通常操作在相对较低的频率(从几百kHz到几百MHz)，但图2示出的电容器耦合的RFID标签系统通常操作在较高频率(在1.0GHz范围内或在其之上)。
如果RFID标签5a或5b在RFID天线3的可操作距离之内，则可以开始信息传输处理。RFID产业已经开发了三个典型的操作范围：近耦合(close-couple)、接近(proximity)以及临近(vicinity)。在信息传输处理(读取或编程处理)中，RFID读取器2经由其自身的天线3将在特定频率的RF场数据载波发射到RFID标签5a或5b。所述特定频率通常是对数据进行调制的载波频率。RFID标签天线被调谐到与读取器天线3相同的载波频率。RFID标签5a或5b从自读取器2接收的RF场寄生地获得其操作功率。载波信号在RFID标签5a或5b中生成足够的功率(仅需少量的功率)，以操作其IC芯片6。经由其天线3从读取器2发射的载波频率信号也被调制在信息之中。可以由RFID标签5a或5b对所述信息进行解调。RFID标签5a或5b根据接收的信息执行期望的操作。所述期望的操作可以包括读取、写入、发送等。
图3示出当对IC芯片6供电时RFID标签的等效电路。RFID标签天线吸收的功率有效地充当将电能提供给IC芯片的电池。RF场强度、RF场中的RFID标签天线的方向以及RF场和RFID标签天线之间的耦合效率确定电池的容量。
RFID读取器/编程器所发射的RF功率通常小于1瓦特。MRI应用(例如以成像的容积(volume))的峰值RF功率通常超过几万瓦特。因此，高功率RF场(例如用于MRI应用的高功率RF场)可以在RFID标签天线中引入非常高的电压和/或电流。这种高电压和/或电流可以损坏甚至摧毁RFID标签的IC芯片。因此，传统RFID标签不能用在例如MRI应用的高强度RF场环境中。
发明内容
在一个非限制性示例性实施例中，通过与MRI机器一起使用的RFID标签来解决这些问题。所述RFID标签包括：集成电路；以及用于当所述RFID标签暴露于来自MRI机器的RF场时保护所述集成电路不受损坏的结构。
所述用于保护集成电路的结构可以包括：可控低阻抗装置(例如具有与集成电路并联的两个交叉二极管(cross-diode)的电压限幅器或与集成电路并联的串联LC谐振电路)。串联LC谐振电路的谐振频率可以在来自MRI机器的RF场的频率上或在其附近。所述可控低阻抗装置可以替换地包括调谐的传输线长度，其能够提供与集成电路并联的短路电路(或与集成电路串联的开路电路)。传输线可以是例如四分之一波长开端传输线，其充当在来自MRI机器的RF场的频率的与集成电路并联的短路电路。低阻抗装置可以替换地包括：(i)开端传输线，其小于(或大于)在MRI机器的RF场的频率的四分之一波长长度，以因此充当电容器(或电感器)；以及(ii)电感器(或电容器)，与开端传输线串联，所述传输线和所述电感器(或电容器)形成与集成电路并联的串联谐振电路。
所述用于保护集成电路的结构还可以包括：高阻抗装置，与RFID集成电路串联。所述高阻抗装置可以包括：可复原(recoverable)保险丝，与集成电路串联；或并联LC谐振电路，与集成电路串联。并联LC谐振电路的谐振频率可以是来自MRI机器的RF场的频率。高阻抗装置可以替换地包括：四分之一波长短路传输线，其能够有效地提供与集成电路串联的开路电路。高阻抗装置可以替换地包括：(i)短路传输线，其小于(或大于)来自MRI机器的RF场的频率的四分之一波长长度，以因此充当电感器(或电容器)，以及(ii)电容器(或电感器)，与短路传输线并联，所述传输线和电容器(或电感器)形成与集成电路串联的并联谐振电路。
用于保护集成电路的设备可以包括：RF滤波器。RF滤波器可以包括：带通滤波器，其仅让RFID读取器RF信号通过。RF滤波器可以包括：带通滤波器，其阻塞具有MRI机器RF场的频率的信号。
集成电路可以包括：存储器，用于存储与信息或患者有关的数据。
用于保护集成电路的设备可以包括以下组件中的两个或多个：低阻抗装置、高阻抗装置和RF滤波器。
在另一非限制性示例性实施例中，一种系统包括MRI机器以及用于在MRI环境使用的至少一个RFID标签读取器。所述至少一个RFID标签读取器可以被布置为在MRI机器的高强度RF场环境中读取RFID标签。MRI机器可以包括：静态磁场生成器，用于将静态磁场发射到与RFID标签读取器RF场至少部分交迭的区域。RFID标签读取器为激活的MRI机器环境至少可以包括由MRI机器限定的成像内径或容积。该系统可以进一步包括：RFID标签，当RFID标签处于成像腔中时(例如当MRI RF场没有激活时)，与RFID标签读取器通信。
在另一非限制性示例性实施例中，一种操作具有MRI机器和在MRI环境中的至少一个RFID标签读取器的系统的方法使用RFID标签读取器检测来自至少一个RFID标签的信息；处理检测的信息；以及仅当处理的信息表示MRI机器环境中没有不想要的物体时，启用将要执行的MRI机器的操作。
在另一非限制性示例性实施例中，一种操作具有MRI机器和在MRI环境中的至少一个RFID标签读取器的系统的方法使用RFID标签读取器检测来自至少一个RFID标签的信息；处理检测的信息；以及基于处理的信息确定是否应该执行MRI机器的操作。如果出现MRI系统的适当的部分(例如正确的RF线圈)，则作出可以执行MRI机器的操作的确定，或如果处理的信息表示在MRI机器环境中存在不想要的物体(例如“错误的”RF线圈)，则作出不应当执行MRI机器的操作的确定。不想要的物体可以包括MRI机器组件(例如RF线圈)和/或具有特定条件的患者。
在另一非限制性示例性实施例中，一种操作具有MRI机器和至少一个RFID标签读取器的系统的方法使用RFID标签读取器检测来自至少一个RFID标签的信息；处理检测的信息；以及使得MRI机器的特定操作仅当处理的信息表示在MRI机器的区域中或与MRI机器临近的区域中(a)存在必要组件或条件和/或(b)不存在任意不想要的物体的情况下才开始。
在另一非限制性示例性实施例中，一种用于和MRI机器一起使用的RFID标签，包括：集成电路；天线，耦合到集成电路，以向集成电路提供电能；以及用于在RFID标签暴露于(例如来自成像容积中的MRI机器的)强RF场时至少临时阻止或减少从天线提供给集成电路的电能设备。该设备可以包括：可控低阻抗装置，与集成电路并联。低阻抗装置可以包括：两个交叉二极管、串联LC谐振电路、或传输线部分，其单独地或与电容器或电感器串联地充当串联谐振电路。该装置可以替换地或附加地拨开：高阻抗装置，与集成电路串联。该高阻抗装置可以包括：可复原保险丝、并联LC谐振电路，或传输线部分，其独立地或与电容器或电感器并联地充当并联谐振电路。该装置可以替换地或附加地包括：RF带通滤波器。
附图说明
通过仔细研究以下结合附图的更详细的描述，将完全理解示例性实施例的这些和其他优点。
图1是已知的电感耦合RFID标签系统的示意图；
图2是已知的电容耦合RFID标签系统的示意图；
图3是图1或图2所示的RFID标签的等效电路的示意图；
图4是根据一个非限制性示例性实施例的示例性RFID标签的示意图；
图5是根据一个非限制性示例性实施例的包括核磁共振成像(MRI)机器和RFID标签系统的示例性系统的涵盖整个系统的示意图；
图6是示出例如图5所示的MRI机器的成像腔的示意图；
图7是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括宽带低阻抗装置的RFID标签的示例性示意图；
图8是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括频率特定的低阻抗装置的RFID标签的示例性示意图；
图9是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括宽带高阻抗装置的RFID标签的示例性示意图；
图10是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括频率特定的高阻抗装置的RFID标签的示例性示意图；
图11是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括由四分之一波长传输线实现的高阻抗装置和低阻抗装置的RFID标签的示例性示意图；
图12是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括使用各个传输线实现的高阻抗装置和低阻抗装置的RFID标签的示例性示意图；
图13是可以用于图4至图6所示的系统中并且包括RF滤波器的RFID标签的示例性示意图；以及
图14是示出操作图4至图6所示的系统的示例性方法的简化示意流程图。
具体实施方式
图4示出根据一个非限制性示例性实施例的示例性可以使用的RFID标签的示意图。该RFID标签系统包括：计算机系统21、RFID读取器22、RFID天线23和RFID标签10。计算机系统21可以是控制以下描述的MRI系统功能的计算机系统中的一个。或者，计算机系统21可以是单独的与MRI系统计算机通信的附加的计算机系统。RFID读取器22经由其对应的RFID天线23来发送和接收RF场，以读取存储在RFID标签10中的信息。除了执行读取功能之外，可选地，RFID读取器22还可以能够执行编程功能。也就是说，在某些情况下，有益的是，启用RFID读取器22来在RFID标签10的存储器中写入数据或读取-修改-写入数据。另一方面，特定RFID标签系统可以包括：RFID读取器22，其仅具有防止对RFID标签进行未授权的编程的读取能力。
RFID标签包括：IC芯片11和天线12。IC芯片11包括用于存储数据和可执行控制指令的存储器。IC芯片11执行控制指令以执行各种功能，例如重获、写入和发送数据。存储在IC芯片11中的数据可以包括例如患者信息(例如识别和病历信息)和/或与MRI机器的任意组件有关的信息(例如设备质量保证信息、设备历史或服务记录信息、设备识别信息和配置数据)。存储在IC芯片11中的数据可以通过标准的技术而被加密，从而防止未授权的改动。
天线12可以由按特定(例如环形)模式缠绕的导电金属(例如铜或铝)迹线或导线来制成。天线12被调谐到RFID读取器22经由其RFID天线23所调谐到的载波频率。在这个RFID读取器频率(FID)，RFID标签天线12从所发射的场获得电磁能量，从而在其终端处在产生电压的天线12中感生电流，并有效地充当电池来将电能提供给IC芯片11。虽然本领域技术人员将理解，可以将RFID标签天线12和RFID读取器22调谐为在其他频率操作，但RFID标签天线12和RFID读取器22可以操作的示例性频率FID是24MHz。
RFID标签10还包括一个或多个结构，用于当RFID标签10暴露于高功率RF场时保护IC芯片11不受到损坏性的高电压和/或高电流。例如，图4所示的RFID标签10包括可控高阻抗装置13、可控低阻抗装置14和RF滤波器15。虽然图4所示的RFID标签包括用于保护IC芯片11不受到由于高电压和/或高电流而导致的高电能的量损坏，但本领域技术人员应理解，仅这三个示例性装置中的一个或两个就可以是足够了，如图7-13所示。用于保护IC芯片11的这样的装置的数量取决于所需的保护量。例如，如果IC芯片11需要抗高电能的可能的最高保护级别，则可以将这三个装置13-15全部包括在RFID标签中。如果IC芯片11所需的保护级别较低，则单个保护装置13、14或15就可以是足够了。
可控高阻抗装置13、可控低阻抗装置14和RF带通滤波器15均能够保护RFID标签天线，从而当存在高RF功率时将减少的电压和/或电流施加到IC芯片11。然而，保护设备允许从被提供低功率的RFID读取器22经由RF场感生的正常操作电压和电流将电能提供给IC芯片11以进行正常RFID操作。在这个正常RFID操作期间，IC芯片11可以调制或解调来自RFID读取器22的电磁RF载波场，以从RFID读取器22重获数据和/或将数据发送到RFID读取器22。发送回到RFID读取器22的数据其后可以与计算机系统21通信。
可控高阻抗装置13与IC芯片11串联。可控高阻抗装置13可以是宽带装置或可操作在一个或多个特定频率。可以设置操作频率以操作在等于例如MRI RF场的的频率F0的高功率RF场频率。因此，如果超过电压和/或电流限制或由天线12接收到具有特定频率F0的场，则高阻抗装置13可以呈现对信号的高阻抗。高阻抗装置将减少对IC芯片11呈现的高电压或高电流。
可控低阻抗装置14与IC芯片11并联。低阻抗装置14可以是宽带装置或可操作在一个或多个特定频率。低阻抗装置14可以操作为提供穿过IC芯片11的短路电路，从而施加到IC芯片11上的电压将被限制为低于特定阈值。或者，当由RFID标签天线12接收到在特定频率(例如MRI RF场的频率F0)的信号时，低阻抗装置可以提供穿过IC芯片11的短路电路。
RF滤波器15连接在天线12和IC芯片11之间。RF滤波器15可以仅允许具有特定频率(例如RFID操作频率FID)的信号通过到IC芯片11。也就是说，RF滤波器15可以通过天线12和IC芯片11之间的带通滤波器来实现，从而仅有在频率FID的信号通过到IC芯片11。具有不同频率的其他信号(包括具有与MRI应用关联的频率F0的信号)被较低的并联阻抗(即可控低阻抗装置14的一种)有效地阻止。
图5是包括MRI机器和RFID标签系统的示例性系统的主要组件的一般示图。示例性系统中的RFID标签系统可以由图4所示的RFID标签系统来实现。MRI系统包括：静态磁场线圈31、梯度磁场线圈41、RF发送线圈51和RF接收线圈61。计算机系统21通过各个单元43、53和63来控制梯度磁场线圈41、RF发送线圈51和RF接收线圈61(并且可以在某些情况下使得某些控制经由单元33与静态磁场线圈31关联)。计算机系统21还与信号处理单元73通信，信号处理单元73能够生成由于显示器71上的MRI应用而导致的显示。
静态磁场线圈31生成强的(例如0.5T，1.5T或3.0T)均匀磁场。当从梯度磁场生成单元43接收到适当的输出时，梯度磁场线圈41在三个正交方向上发射梯度磁场。RF发送线圈通过射频发送单元53的操作发射RF场，以在成像的容积中激励患者组织的核子到NMR。从RF发送线圈51发射的RF场的频率可以具有等于例如24MHz、63.6MHz或127MHz的频率F0。通过静态均匀磁场的强度来大部分地确定所使用的特定频率F0。RF接收线圈61从NMR患者组织核子接收RF NMR响应信号。信号处理单元73利用接收的NMR RF信号来生成将要显示在显示器71上的图像。
除了MRI机器之外，图5所示的系统包括图4所示的RFID标签系统的实现。具体地说，该系统包括两个RFID读取器22a、22b和各个RFID天线23a、23b。RFID读取器22a、22b中的每一个连接到计算机系统21。虽然图5所示的系统包括两个RFID读取器22a、22b，但本领域技术人员应理解，可以取决于所需的RFID操作距离来使用仅一个读取器或多于两个的读取器。所需的RFID检测距离可以仅与MRI成像通常出现的MRI成像通道(大约1.2米的长度)交迭，或可以扩展到放置MRI机器的整个托台空间。后一种情况可能需要将附加的RFID标签读取器按所期望的那样布置在所述空间周围。
RFID读取器22a、22b均操作在MRI系统的RF场环境中(例如，均从相应的关联的通道端被定向到MRI通道)，以从一个或多个RFID标签10a-10e读取信息(和/或可选地将信息写入或读取-修改-写入到一个或多个RFID标签10a-10e)。可以将RFID标签10a-10e附着到MRI系统的一个或多个组件(例如RF发送线圈51和/或RF接收线圈61，但不限于此)或图5所示的其他MRI系统组件。还可以将RFID标签10e附着到患者(或附着到患者内部)。作为任意示例，可以将RFID标签附着到系统操作员(未示出)。MRI机器的环境中的任意其他MRI组件或其他物体可以与特定RFID标签关联。这些RFID标签10a-10e中的每一个都被调谐到RFID读取器22a、22b的操作频率FID。
RFID标签10a-10e中的每一个通常可以是标准商用卡的尺寸或更小。RFID标签10a-10e可以是可弯曲的，或可以通过硬的保护外壳来封装。当被附着到MRI组件(例如RF线圈51或61)时，RFID标签10a-10d将不会影响MRI应用(例如，因为当出现高功率MRIRF时在MRI操作期间有效地禁用MRI应用)。与患者关联的RFID标签10e可以被穿着(例如袖口)、附着到患者的衣物、或嵌入到患者。
连接到特定MRI组件的RFID标签10a-10e可以存储质量保证控制信息(例如质量保证数据、修订信息、组件控制配置文件和/或服务记录等)。耦合到患者的RFID标签10e可以包括患者的病历和/或识别信息。该信息可以表示例如应该对患者身体的那个部分进行成像和/或该患者是否经历应该从一开始就防止MRI成像的任意条件(例如幽闭恐怖症)。通过与RFID标签10e的信息传输过程，可以减少或避免MRI系统操作员的患者信息的手动录入，从而使出错几率到达最小。
图6示出图5所示的系统的特定组件的一个示例性实现。具体地说，该实施例中的静态静态磁场线圈31形成为圆柱形35。圆柱形35定义了患者可以经由工作台39滑入的成像腔或通道37。RFID天线23a、23b被附着到圆柱形35的一部分。这些天线23a、23b可以被弯曲地附着到圆柱形35，或经由适当的加固机制(例如加固钩子和/或维可牢尼龙搭扣扣件(未示出))来可拆卸地附着。
RFID天线23a、23b有效的容量定义了RFID检测距离。当RFID标签处于该检测距离中时，可以完成与RFID标签和RFID读取器的有效通信。在此，RFID检测距离扩展到MRI系统的RF场环境。MRI系统的环境可以包括在MRI系统的任意部分中或与其临近的三维区域。然而，如上所述，较大的RFID检测距离可能需要附加的RFID读取器。另一方面，RFID检测距离可以特定地关注于仅包括由腔37所定义的成像区域(最高强度RF场所位于的区域)及其附近的区域。在该示例中，RFID检测距离将与MRI机器的静态磁场、梯度磁场和RF场交迭。作为另一示例，附着到患者的RFID标签10e可以位于用于成像的腔37内(见图5)，或位于腔37之外(见图6)。在该示例中，RFID检测区域将需要包括成像腔37内部和外部的区域，以在这两个区域中提供与RFID标签10e的通信。
MRI系统的环境中的RFID标签10a-10e或任意其他RFID标签可以在其操作期间暴露于由MRI机器产生的高功率RF场。如上所述，这样暴露于高功率RF场可以使得大量的高电压和/或高电流被施加到RFID标签的IC芯片，从而损坏或甚至摧毁IC芯片。因此，RFID标签10a-10e中的每一个包括高阻抗装置13、低阻抗装置14和/或RF滤波器15中的至少一个，以减少或全部阻塞高电压和/或高电流使其不施加到RFID标签10a-10e的IC芯片。因此，甚至当RFID标签10a-10e中的每一个暴露于与MRI应用关联的高功率RF场时，也保护RFID标签10a-10e中的每一个的IC芯片6不会由于过量施加电能而受损或受到摧毁。
图7-13示出RFID标签10的各种替换，RFID标签10可以通过禁用RFID标签天线而用于MRI系统环境中，以便当RFID标签暴露于高功率RF场(例如在MRI应用中产生的RF场)时将减少的高电压和/或高电流施加到RFID标签的IC芯片，从而保护其不受损坏或摧毁。
图7示出可以在图4-6的系统中使用的示例RFID标签。该RFID标签包括IC芯片11、天线12和用于将天线12调谐到RFID读取器的频率FID的电容器C。该RFID标签还包括与IC芯片11并联的可控低阻抗装置。在该实施例中，低阻抗装置包括两个交叉二极管D1、D2，其形成电压限幅器。电压限幅器的限制电压确定可以施加到IC芯片11的最大电压。电压限幅器的这个限制电压被设置为高于IC芯片11的工作电压，但低于IC芯片11所允许的最大电压。
可以通过例如快速开关二极管来实现二极管D1、D2。这些快速开关二极管的示例可以包括Microsemi制造的1N6639US-1N6441US号模型。
由两个交叉二极管D1、D2形成的低阻抗装置是宽带保护装置。因此，该低阻抗装置不仅工作在与MRI应用关联的特定频率(例如频率F0)，而且只要RF场功率足够强以打开电压限幅器的交叉二极管D1或D2，该低阻抗装置还工作在其他频率(例如MRI环境中遇到的所有频率)。作为示例，可以施加到IC芯片而不损坏或摧毁IC芯片的典型的最大电压是10伏特。例如50μT B场或200Kv/meter E场的RF场功率可以足够强以在RFID标签中感生大于10伏特。MRI机器在操作期间通常产生该量级或更大的RF场。
图8示出可以在图4-6所示的系统中使用的示例RFID标签。该RFID标签包括IC芯片11、天线12和电容器C。该RFID标签还包括与IC芯片11并联的可控低阻抗装置。通过串联LC谐振电路在该替换实施例中实现低阻抗装置。串联LC谐振电路包括电容器91和电感器93。
可以设置电容器91和电感器93的值，从而串联LC电路具有在特定频率(例如MRI应用的频率F0)的谐振频率。如果RFID标签暴露于具有该特定频率F0的场，则串联LC谐振电路将创建穿过IC芯片11的短路电路。当RFID标签暴露于具有频率F0的场时，该短路电路保护IC芯片11不暴露于另外感生的高电压。
在形成低阻抗装置的串联LC电路因此而创建在一个频率(例如频率F0)的短路电路的同时，IC芯片11仍然在另一频率(例如频率FID-RFID读取器的频率)从天线12接收正常电能。也就是说，在为了保护的目的而在频率F0禁用RFID标签的同时，RFID标签工作在频率FID。选择电容器C，从而电感器93和电容器91串联加上电容器C的电抗在频率FID将并联谐振提供给天线(L)12。
与图7所示的RFID标签相比，包括图8所示的串联LC谐振电路的可控低阻抗装置操作在特定频率。也就是说，串联LC谐振电路不是宽带装置。此外，由于电容器91和电感器93可以提供高级功率处理，因此包括串联LC谐振电路的低阻抗装置可以比由图7所示的交叉二极管/电压限幅器实现的低阻抗装置更加鲁棒。
图9示出可以在图4-6所示的系统中使用的示例RFID标签。该RFID标签包括IC芯片11、天线12和电容器C。该RFID标签还包括宽带高阻抗装置，用于保护IC芯片11。高阻抗装置与IC芯片11串联，并在该实施例中由自动可复原保险丝95。保险丝95处理大于IC芯片工作电流条件，但小于最大可允许电流条件的保险丝限制。等于或大于其最大条件的IC芯片对电流的暴露可能损坏甚至摧毁IC芯片。
当把RFID标签放置到高功率RF场(例如50μT B场或200KV/米E场)中时，所包括的RF电流将临时开路保险丝50，并且因此保护IC芯片11。由于保险丝95是可复原的，因此其在RFID标签离开高功率RF场的区域之后返回到闭合情况。例如，保险丝95将在离开具有高功率RF场的MRI系统环境之后自动复原。由Digi-Key来制造可以在该实施例中使用的可复原保险丝的一个示例。
保险丝95是宽带器件，并且因此只要感生的电流级别足够高就能够从任意频率的信号打开。然而，由于保险丝95呈现操作电阻损耗，因此其可以降低RFID标签天线12的品质因数。结果，RFID读取器的有效检测距离可能被更加限制。
图10示出可以在图4-6所示的系统中使用的另一替换示例RFID标签。该RFID标签包括IC芯片11、天线12和电容器C。该RFID标签还包括频率特定的可控高阻抗装置，用于保护IC芯片11。
高阻抗装置与IC芯片11串联，并且包括电感器97和电容器99。并联LC谐振电路还可以包括交叉二极管D1和D2，如图10所示。然而，这些交叉二极管D1-D2可以由短路电路来代替以改进阻塞阻抗。
选择电感器97和电容器99的值，从而并联LC电路谐振在特定频率(例如MRI应用的RF场频率F0)。因此，并联LC电路在频率F0呈现高阻抗(例如等效地充当开路电路)，以便减少或阻塞这样的信号，从而当暴露于具有频率F0的信号时保护IC芯片。
另一方面，并联LC电路(包括电容器99和电感器97)对于所施加的具有另一频率的信号(例如具有RFID读取器的频率FID的信号)不呈现高阻抗。选择电容器C的值，从而电容器C、电感器97、电容器99和天线(L)12以并联模式谐振在频率FID。与图9的RFID标签中所示的高阻抗装置不同的是，由并联谐振LC电路实现的高阻抗装置对于IC芯片11不提供特定宽带保护方案。
图11示出可以在图4-6所示的系统中使用的另一替换示例RFID标签。该RFID标签包括IC芯片11、天线12和电容器C。该RFID标签还包括传输线101和103。传输线101与IC芯片11串联，传输线103与IC芯片11并联。传输线101在一端短路。也就是说，传输线101的一侧(图11所示的右侧)被短路，因为，中心导线被连接到屏蔽罩。反之，传输线103在其一端开路。例如，传输线103在图11所示的下侧不被短路。虽然图11所示的实施例包括两段传输线101和103，但本领域技术人员应理解，如果IC芯片11需要较少量的保护，则可以仅需要一段传输线。传输线中的每一段可以由与PCB兼容的传输线(例如微带、带线)来实现。
传输线101和103中的每一段处于在施加了特定频率(例如，在示例中，MRI应用的RF场频率F0)的四分之一波长。因此，这些传输线中的每一段充当在该特定频率F0的谐振电路。由于传输线101的输出端短路，因此传输线101将充当在频率F0的高阻抗装置(例如并联谐振电路)。也就是说，传输线101的输入端(图11的左侧)充当在频率F0的开路电路。这样的高阻抗电路将减少或阻塞在频率F0的信号，从而保护IC芯片。
另一方面，由于传输线103的输出端(图11的下端)开路，因此传输线103将充当在频率F0的低阻抗装置(例如串联谐振电路)。如上在具有串联谐振电路的图9的实施例中描述的那样，短路电路将以频率F0在IC芯片11上形成，从而保护IC芯片11不接收可能损坏或摧毁IC芯片11的过量的电压和/或电流。也就是说，传输线103的输入端(图11所示的上端)充当在频率F0的短路电路。
选择电容器C的值，从而电容器C、来自传输线101的电抗、来自传输线103的电抗以及天线(L)12以并联模式谐振在特定频率(例如RFID读取器的频率FID)。相应地，当RFID标签暴露于从RFID读取器发射的RF场时，图11所示的RFID标签仍然正确地操作。传输线101不阻塞在特定频率FID的信号，传输线103不短路具有频率FID的信号。
处理图7-10所示的RFID标签的实施例中的电容器、电感器和保险丝可能是麻烦的。这些电路元件可能还需要附加的焊接。因此，使用图11的实施例中所示的传输线可以改进可制造性。具体地说，可以更容易地对RFID标签的制造进行自动化。
图12示出可以在图4-6所示的系统中使用的另一替换示例RFID标签。与图11所示的示例实施例相似，图12所示的RFID标签包括两段传输线105和107。然而，传输线105和107中的一段或多段不是在MRI应用的频率F0的四分之一波长。
被短路的传输线105可以充当电容或电感。具体地说，如果被短路的传输线105小于特定频率F0的1/4波长长度(或1/2至3/4波长)，则传输线105将充当电感。由于当传输线105小于四分之一波长长度时，其充当电感器，因此电容器RFID标签10可以与传输线105并联，以形成并联谐振电路。与图10的实施例中描述的并联谐振电路相似的是，该并联谐振电路将减少或阻塞在频率F0的信号，从而保护IC芯片11。该并联谐振电路将不减少或阻塞具有不同频率(例如频率FID)的信号。
另一方面，如果被短路的传输线105具有在频率F0的1/4至1/2波长(或3/4至1个波长)，则传输线105将充当电容。在此情况下，电感器RFID标签10b可以与传输线105并联，以因此再次等效地创建并联谐振电路。可以选择电感器RFID标签10b的值和传输线长度，从而并联电路具有在频率F0的谐振频率。该并联谐振电路将充当高阻抗装置，以减少或阻塞具有频率F0的信号，从而保护IC芯片11。
开端传输线107还可以充当电容或电感。具体地说，如果开端传输线107小于在频率F0的四分之一波长长度(或1/2至3/4波长)，则传输线107将充当电容。由于传输线107充当电容，因此其可以与电感器可控高阻抗装置13b所并联，从而形成串联LC电路。可以选择电感器可控高阻抗装置13b的值和传输线107的长度，从而等效串联LC电路谐振在特定频率(例如MRI应用的RF频率F0)。在该频率F0，串联LC谐振电路将充当低阻抗装置(例如充当短路电路)，从而以和结合图8的实施例讨论的相似方式来保护IC芯片11。
另一方面，如果开端传输线107是在频率F0的1/4至1/2波长或3/4至1个波长，则其充当电感。在此情况下，传输线107可以连接到电容器可控高阻抗装置13a，以等效地形成串联LC电路。可以选择电感器和传输线长度值，从而等效LC电路谐振在频率F0。再者，按与IC芯片11并联来形成低阻抗装置(例如短路电路)，从而保护IC芯片11不受到可能损坏或摧毁IC芯片11的高并联RF信号。然而，在其他频率(例如频率FID)的信号将不被串联LC谐振电路短路。
图13示出可以在图4-6所示的系统中使用的另一替换示例RFID标签。该RFID标签包括IC芯片11、天线12和电容器C。该RFID标签还包括RF带通滤波器15。图13所示的带通滤波器包括电感器L1-L3和电容器C1-C3，以在每一端包括阻抗匹配部分。然而，本领域技术人员应理解，可能有用于实现带通滤波器的其他配置。选择电感器L1-L3和电容器C1-C3的值，从而该带通滤波器仅让具有特定频率(例如频率FID)的信号通过。不让其他频率(例如MRI应用的频率F0)通过，从而保护IC芯片11。
图14示出可以使用图4-6的系统来执行的非限制性示例处理。通过该处理，可以检测MRI机器环境中(例如在MRI机器中或靠近MRI机器的任意地方)中存在任意不想要的物体(或想要的物体)。这些不想要的物体(或想要的物体)例如可以是连接到(或帮助或允许)正确的MRI机器操作或是可以被MRI机器产生的高RF功率场损坏的其他设备或者MRI组件。不想要的物体还可以包括具有表示患者对于MRI扫描并非良好的候选的医疗条件(例如幽闭恐怖症)的患者。
在每一个MRI扫描顺序之前，一个或多个RFID读取器将“读取”MRI机器环境(步骤120)。可以将RFID读取器的检测距离设置为覆盖整个MRI成像腔和/或其附近区域。可以增加RFID读取器的数量以增加RFID检测距离或要覆盖的容量，例如放置MRI系统的整个空间或仅仅是成像通道。计算机系统21其后处理从出现在MRI系统环境中的RFID标签接收的任意信息(步骤121)。如果没有接收到信息，则在已知RFID标签在MRI机器环境中或认为RFID标签在MRI机器环境中的情况下，这可以自身充当出错消息。
计算机系统21基于处理的来自RFID标签的信息来确定任意不想要的物体(或想要的物体)是否在MRI机器环境中(步骤123)。例如，先前MRI扫描的操作员可能已经错误地留下未连接的MRI线圈或MRI成像腔中的其他组件。传统MRI系统不能检测这些没有拔出和没有使用的MRI组件的存在，因此MRI机器和/或未拔出线圈可能在后续MRI扫描期间被损坏。然而，如果以RFID标签来标记这种不想要MRI组件，则可以在步骤120-121由RFID标签读取器系统来检测其存在。
如果在MRI系统环境中没有检测到不想要的物体，(步骤123中的“否”)，则MRI机器操作可以开始(步骤125)，或如果MRI系统操作已经开始，则该操作可以继续，而没有损坏不想要的物体和/或MRI机器自身的危险。如果MRI环境中存在不想要的物体(步骤123中的“是”)，则计算机系统21可以自动防止MRI机器开始操作(例如防止MRI系统开始另一扫描)(步骤126)。如果MRI操作已经开始，则计算机系统21可以自动地立即停止该操作，从而使得对想要的物体和/或MRI系统的潜在损坏达到最小。系统操作员其后可以移除不想要的物体(步骤127)，并且其后重新开始RFID操作(步骤128)或MRI扫描。还如所描述的那样，RFID可以用于保证在允许MRI系统操作之前出现正确的患者(步骤122)和/或正确的MRI系统组件。
图14描述的处理因此可以提供更加故障安全的系统操作，从而仅当在MRI机器环境中没有找到不想要的物体(和/或找到所有想要的物体和患者)才可以开始MRI应用。如果检测到不想要的物体(或没有检测到想要的物体)，则计算机系统21将甚至不允许MRI扫描开始。如果MRI扫描已经开始，并且RFID标签确定到存在不想要的物体(或不存在想要的物体)，则计算机系统21可以自动地立即停止MRI操作。因此，可以在MRI扫描之前或在MRI扫描期间(例如当没有出现强RF场时)执行对来自RFID标签的信息的RFID检测，以确定不想要的物体的存在，并且根据需要来停止MRI扫描。
虽然已经结合当前考虑为实践示例性实施例的内容描述了本发明，但应理解，本发明不受限于所公开的实施例，而是要覆盖所附权利要求的精神和范围中所包括的全部改变、修改和等同布置。

Claims (46)

1、一种用于和MRI机器一起使用的RFID标签(10)，其特征在于，所述RFID标签包括：
RFID集成电路(11)；以及
连接到所述RFID集成电路的结构(13，14，15)，用于当所述RFID标签暴露于MRI RF发送器场时保护所述RFID集成电路不受损坏。
2、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述结构包括：可控低阻抗装置(14)。
3、如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：电压限幅器，具有与集成电路并联的交叉耦合的两个二极管。
4、如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：与所述集成电路并联连接的串联LC谐振电路。
5、如权利要求4所述的RFID标签，其特征在于，所述串联LC谐振电路的谐振频率是MRI RF发送器的频率。
6、如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：传输线部分，具有在预定MRI RF频率提供与集成电路并联的低阻抗的长度。
7、如权利要求6所述的RFID标签，其特征在于，所述传输线是四分之一波长开路传输线，其在所述频率提供与所述集成电路并联的短路电路。
8、如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：(i)开路传输线，其小于在预定MRI RF频率的四分之一波长，从而充当电容；以及(ii)电感器，其长度与所述开路传输线串联连接，所述传输线和所述电感器形成与所述集成电路并联耦合的串联谐振电路。
9、如权利要求所2述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：(i)开路传输线，其长度大于在预定MRI RF频率的四分之一波长，从而充当电感；以及(ii)电容器，其与所述开路传输线串联连接，所述传输线和所述电容器形成与所述集成电路并联耦合的串联谐振电路。
10、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述用于保护集成电路的结构包括：可控高阻抗装置。
11、如权利要求10所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：与所述集成电路串联耦合的可复原保险丝。
12、如权利要求10所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：与所述集成电路串联耦合的并联LC谐振电路，。
13、如权利要求12所述的RFID标签，其特征在于，所述并联LC谐振电路的谐振频率是预定MRI RF频率。
14、如权利要求10所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：短路端传输线，其能够提供与所述集成电路串联的开路电路。
15、如权利要求14所述的RFID标签，其特征在于，所述传输线是四分之一波长短路传输线，其提供在预定MRI RF频率的与所述集成电路串联的开路电路。
16、如权利要求10所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：(i)短路传输线，其长度小于在MRI RF频率机器的四分之一波长，从而充当电感；以及(ii)电容器，与所述短路传输线并联连接，所述传输线和所述电容器形成与所述集成电路串联耦合的并联谐振电路。
17、如权利要求10所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：(i)短路传输线，其长度大于在MRI RF频率的四分之一波长，从而充当电容；以及(ii)电感器，与所述短路端传输线并联连接，所述传输线和所述电感器形成与所述集成电路串联耦合的并联谐振电路。
18、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述用于保护集成电路的结构包括：频率选择性RF滤波器(15)。
19、如权利要求18所述的RFID标签，其特征在于，所述RF滤波器包括：带通滤波器，其仅让具有RFID读取器频率的信号通过。
20、如权利要求18所述的RFID标签，其特征在于，所述RF滤波器包括：带通滤波器，其至少阻塞MRI RF频率。
21、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述集成电路包括：存储器，用于存储与关于一个或多个MRI机器组件的信息有关的数据。
22、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述集成电路包括：存储器，其用于存储与患者信息有关的数据。
23、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述用于保护集成电路的结构包括以下组件中的两个或多个：可控低阻抗装置、可控高阻抗装置、以及频率选择性RF滤波器。
24、一种系统，其特征在于，包括：
MRI系统；以及
至少一个RFID标签读取器(22)，布置为在所述MRI系统的高强度RF场环境中读取RFID标签(10a-10d)。
25、如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述MRI系统包括：静态磁场，其与RFID标签读取器的读取容积至少部分交迭。
26、如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述RFID标签读取器被布置为读取位于MRI成像腔中的RFID标签。
27、如权利要求26所述的系统，其特征在于，进一步包括：RFID标签(10a，10b)，其与所述MRI成像腔中的RFID标签读取器通信。
28、如权利要求24所述的系统，其特征在于，进一步包括：RFID标签(10)，所述RFID标签(10)包括集成电路(11)和用于当所述RFID标签暴露于强MRI RF场时保护所述集成电路不受损坏的结构(13，14，15)。
29、如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述用于保护集成电路的结构包括以下组件中的一个或多个：与所述集成电路并联耦合的可控低阻抗装置、与所述集成电路串联耦合的可控高阻抗装置、以及频率选择性RF滤波器。
30、一种用于操作包括MRI机器和至少一个布置为在MRI机器中读取RFID标签(10)的RFID标签读取器(22)的系统的方法，其特征在于，该方法包括：
使用RFID标签读取器检测来自至少一个RFID标签的信息；
处理所述检测的信息；以及
仅当处理的信息表示MRI机器的环境适合于继续进行MRI处理时，使MRI机器的MRI操作得以执行。
31、一种用于操作包括MRI机器和至少一个布置为在MRI机器中读取RFID标签(10)的RFID标签读取器(22)的系统的方法，其特征在于，该方法包括：
使用RFID标签读取器检测来自至少一个RFID标签的信息；
处理所述检测的信息；以及
基于处理的信息确定是否应该执行MRI机器的操作。
32、如权利要求31所述的方法，其特征在于，如果处理的信息表示在MRI机器环境中存在不想要的物体，则作出不应该执行MRI机器的操作的确定。
33、如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述不想要的物体包括：MRI机器组件。
34、如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述不想要的物体包括：患者。
35、如权利要求31所述的方法，其特征在于，如果处理的信息表示在MRI机器环境中存在想要的物体，则作出应该执行MRI机器的操作的确定。
36、一种用于操作具有MRI机器和至少一个RFID标签读取器(22)的系统的方法，其特征在于，该方法包括：
使用RFID标签读取器检测来自至少一个RFID标签(10)的信息；
处理所述检测的信息；以及
基于处理的信息启用或禁用MRI机器的操作。
37、一种用于和MRI机器一起使用的RFID标签(10)，其特征在于，该RFID标签包括：
集成电路(11)；
耦合到集成电路的天线(12)，用于向所述集成电路提供电能；以及
在所述RFID标签暴露于MRI RF发送器场中时至少临时减少从天线提供给所述集成电路的电能的结构(13，14，15)。
38、如权利要求37所述的RFID标签，其特征在于，所述结构包括：与所述集成电路并联的可控低阻抗装置(14)。
39、如权利要求38所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：两个交叉连接的二极管。
40、如权利要求38所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：串联LC谐振电路。
41、如权利要求38所述的RFID标签，其特征在于，所述可控低阻抗装置包括：传输线，其单独地或与电容器或电感器串联地充当串联谐振电路。
42、如权利要求37所述的RFID标签，其特征在于，所述结构包括：与所述集成电路串联的可控高阻抗装置(13)。
43、如权利要求42所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：可复原保险丝。
44、如权利要求42所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：并联LC谐振电路。
45、如权利要求42所述的RFID标签，其特征在于，所述可控高阻抗装置包括：传输线，其独立地或与电容器或电感器并联地充当并联谐振电路。
46、如权利要求37所述的RFID标签，其特征在于，所述结构包括：RF带通滤波器(15)。
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