CN102158061A - 一种用于磁共振成像系统的失谐电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁共振成像系统的失谐电源，包括可以提供电压的电源板，其特征在于，所述用于磁共振成像系统的失谐电源还包括高速芯片控制器、电子开关、和驱动电路，所述高速芯片控制器通过驱动电路与所述电子开关相连。本发明成本低廉、功能齐全，使用简单安全，能够解决磁共振射频线圈之间相互耦合难题，保护线圈和提高图像质量，除了失谐作用外还有识别功能。

Description

一种用于磁共振成像系统的失谐电源

技术领域

本发明涉及一种核磁共振成像系统在发射和接收阶段使射频线圈的失谐的电源装置。

背景技术

射频线圈是磁共振成像系统中重要的部件，磁共振成像系统工作时常会有两个或多个线圈工作在磁体中，射频线圈具有电感特性，每两个线圈之间有耦合干扰。这些干扰轻微时影响图像质量，严重时影响射频线圈不能工作，甚至会因为感应电流太大而烧毁线圈中的铜皮，所以这些射频线圈电路中配备有利用PIN二极管作为电子开关的失谐电路，PIN二极管实现开关作用的是靠失谐电源提供极性变化的电压控制的。

二极管的开关特性即它的传输特性，当二极管正向导通时二极管呈现低阻抗路径，而二极管反向截止时它表现为极高的阻抗。二极管的这种传输特性表现为开关性质，而二极管要实现正向导通和反向截止都是由于它PN结两端加的电平信号的属性决定的。

在射频线圈中最简单的失谐电路是利用单个二极管在失谐电源的控制下导通将射频线圈的调谐元件短接失谐，或者是二极管截止时将射频线圈的调谐元件与线圈短开失谐；而复杂些的失谐电路是利用复数个二极管导通时将特定的失谐电路模块并联到线圈上部分调谐电容两端使线圈失谐，也有些失谐电路是利用二极管截止断开线圈上部分调谐电路接入线圈，使线圈在接入的谐振电路影响下达到失谐的目的，这样的电路失谐效果好，也有一定的保护作用。

射频线圈中的失谐电路需要与失谐电源一起使用，才能起到失谐的效果。

发明内容

本发明目的是：提供一种电路简单、成本低廉、功能齐全、使用方便的用于磁共振成像系统的失谐电源。

本发明的技术方案是：一种用于磁共振成像系统的失谐电源，包括可以提供电压的电源板，其特征在于，所述用于磁共振成像系统的失谐电源还包括高速芯片控制器、电子开关、和驱动电路，所述高速芯片控制器通过驱动电路与所述电子开关相连。

进一步的，所述高速芯片控制器接受射频线圈和谱仪传来的信号，并根据信号的不同控制所述高速芯片控制器端口发出驱动信号经过驱动电路来开启或关闭电子开关。

进一步的，所述驱动电路与所述电子开关之间有光耦合器；所述驱动电路与所述射频线圈之间有光耦合器。

进一步的，在所述用于磁共振成像系统的失谐电源的每个输出端口都有用于保护所述射频线圈中的失谐二极管的高功率的限流电阻。

进一步的，所述射频线圈上有识别装置，所述识别装置中有识别信息，所述识别信息告诉失谐电源中的高速芯片控制器打开所述某个电子开关，再由谱仪发出的脉冲控制信号控制所述某个射频线圈失谐。

进一步的，所述识别装置为经混合射频线缆连接识别接头。

进一步的，所述电源板可以提供+5V、-15V、+500V稳定的线性电源。

工作原理：失谐电源其实是一个电平信号切换装置，在控制信号的控制下输出相应的电平信号。磁共振成像系统中要求电平切换的速率和射频切换的速率一致，保持两者一致是可以通过共用一个控制信号。射频切换的速率都是非常快的，这就要求失谐电源控制切换电路也必须是高速的，解决的办法是用高速芯片。在射频发射阶段要保持线圈的失谐或不失谐，电路中二极管两端的电压必须能保证二极管在射频信号下仍保持正向导通或方向截止，解决这个问题就是提供超高压电平信号。本发明的失谐电源除提供失谐时需要的电平信号外还能在识别信号的控制下识别出线圈类别，从而在对应的端口输出电平信号。所以本发明除了失谐作用外还有识别功能。

本发明的优点是：成本低廉、功能齐全，使用简单安全，能够解决磁共振射频线圈之间相互耦合难题，保护线圈和提高图像质量，除了失谐作用外还有识别功能。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的用于磁共振成像系统的失谐电源的连接框图。

图2为本发明的用于磁共振成像系统的失谐电源的内部逻辑图。

图3为本发明的用于磁共振成像系统的原理框图。

具体实施方式

实施例：如图1所示，射频线圈（1）和射频线圈（2）内都包含一个失谐电路，射频线圈（1）经混合射频线缆连接识别接头，识别接头是射频信号和识别编码信息交互的地方，射频信息（即发射阶段是激励信号，接收阶段是磁共振信号）来自或回到磁共振成像系统的电子设备，而识别编码信息以电平编码的形式传送到失谐电源中的控制器中。失谐电源又是在谱仪的控制下工作，谱仪给失谐电源提供一个脉冲控制信号，此脉冲控制信号和控制射频功率放大器脉冲控制信号是同频率的。当脉冲控制信号达到是失谐电源时，失谐电源的电路逻辑中打开附图3中BCD路的500V电子开关使射频线圈（2）的失谐电路不失谐，射频线圈（2）工作激励成像区域，同时如附图1的反馈箭头，将逻辑图中线圈的-15V电子开关打开使射频线圈（1）中的失谐电路工作，射频线圈（1）失谐。射频线圈(1)在射频发射阶段失谐，既保证了射频线圈（1）不会和射频线圈（2）产生耦合影响射频线圈（2）的射频效率，又能在高功率射频下射频线圈（1）感应小的感应电流，从而保护射频线圈（1）避免感应大电流烧毁线圈铜皮。以上每个射频线圈在其接头上都设有识别信息，识别信息告诉失谐电源中的控制器打开哪个电子开关，再由谱仪发出的脉冲控制信号控制哪个射频线圈失谐，当电压信号达到的线圈内的失谐电路被接通，线圈处于失谐状态。如图2所示，在当前的磁共振成像系统中，现有的扫描序列都是快速扫描序列，要求射频的切换速度都是很快的，一般都在微秒级。所以本发明中选用一块高速的CPLD芯片EPM7128S作为核心控制器，驱动芯片HD74LS240P为控制芯片和外围电路的接口，起缓冲器的功能并提供三种状态输出。具体的说是射频线圈由其识别接头将识别的编码信息传达给失谐电源，在进入失谐电源后先经光耦合器6N137，光耦合器6N137是由一个850nmAIGaASLED耦合到高速率且稳定的集成逻辑门电路输出，它的速度可达到10Mbit/s，在电路中起良好的隔离作用。再经驱动器HD74LS240P进入核心控制器中，核心控制器EPM7128S接收到射频线圈识别控制信号后，经处理产生出控制失谐的指令信号经驱动器HD74LS240P、光耦合器6N137发送给电子开关。其中发射线圈BCD一路的电子开关是一对功率三极管IXFX24100，其性能是能耐1000V漏极电压，24A的漏极电流，切换时间t≤250ns，漏极导通电阻R为0.39ohm。前述性能是为了匹配发射线圈在发射阶段接收的几千瓦左右射频功率，所以发射线圈内的失谐电路需要的都是耐高电压器件，其中重要元件PIN二极管要保持反向截止也要求高电压（本发明为500V），PIN二极管正向导通时500V加在电阻很小的电路两端，从而电路中电流很大，前述的高耐流性能正好符合。附图2中谱仪提供使能信号控制CPLD芯片的动作，谱仪提供以高速脉冲控制信号给失谐电源核心控制器EPM7128s的控制脚上，当脉冲控制信号达到时核心控制器EPM7128S产生的失谐信号打开电子开关将失谐电压加到接收线圈中的失谐电路，失谐电路工作后除发射线圈外其他接收线圈都工作在失谐状态下，而脉冲控制信号消失后，发射线圈工作在失谐状态接收线圈恢复到谐振状态。附图3是本发明的原理框图，本发明的失谐电源电路分为电源板和控制板两部分：电源板属于模拟部分，为控制板提供所需的+5V、-15V、+500V稳定的线性电源；控制板属于数字部分，主要部件是CPLD。附图3中的控制信号包括线圈识别接头的编码信息和谱仪发出的使能信号，控制板上的CPLD根据不同的控制信息控制I/O口G1、G1′、……、G6、G6′发出驱动信号。G1和G1′控制BCD端口的输出电压，当控制信号是谱仪发出的脉冲控制信号的高电平，射频线圈编码信号为接收线圈编码信号时，I/O口G1发出驱动信号经光耦隔离、驱动电路打开电子开关+500V的通道，BCD输出口输出+500V电压；而控制信号为谱仪发出的脉冲信号为低电平即脉冲控制信号未达到失谐电源，射频线圈编码为接收线圈编码时，I/O口G1′发出驱动信号经光耦隔离、驱动电路打开电子开关-15V通道，BCD输出口输出-15V电压，前述描述的过程是给磁共振成像系统发射线圈提供失谐电压的过程。发射线圈与其他接收线圈不同，为了得到均匀的B1场，发射线圈个体较大要消耗的功率较高，所以在本发明中在BCD输出的正电压为500V。附图3中AMP_conctrol、BodyT/R、HeadT/R、SurfaceT/R、PAT/R五个输出口的正电压为5V。举例说明，如果接入的是Body线圈，BCD输出口和BodyT/R输出口将被启用，即控制板核心元件CPLD将在驱动口G1和G3′、G1′和G3两对组合中开启一组。BCD输出口和BodyT/R输出口输出的电压是正还是负就由谱仪输入失谐电源的脉冲控制信号决定，当脉冲信号为高电位时开启驱动口G1和G3′，BCD输出口和BodyT/R输出口输出+500V和+5V，此时发射线圈接收射频功率放大器输出的射频功率信号激励成像区域；当脉冲信号为低电位时开启驱动口G1′和G3，BCD输出口和BodyT/R输出口输出-15V，此时系统进入接收阶段，发射线圈被失谐，Body线圈进入谐振状态接收磁共振信号，然后传送到低噪声前置放大器中放大后进入谱仪中处理，最后完成图像重建显示在显示屏幕上供工作人员参考。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。

Claims (7)

1.一种用于磁共振成像系统的失谐电源，包括可以提供电压的电源板，其特征在于，所述用于磁共振成像系统的失谐电源还包括高速芯片控制器、电子开关、和驱动电路，所述高速芯片控制器通过驱动电路与所述电子开关相连。

2.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的失谐电源，其特征在于，所述高速芯片控制器接受射频线圈和谱仪传来的信号，并根据信号的不同控制所述高速芯片控制器端口发出驱动信号经过驱动电路来开启或关闭电子开关。

3.根据权利要求2所述的用于磁共振成像系统的失谐电源，其特征在于，所述驱动电路与所述电子开关之间有光耦合器；所述驱动电路与所述射频线圈之间有光耦合器。

4.根据权利要求3所述的用于磁共振成像系统的失谐电源，其特征在于，在所述用于磁共振成像系统的失谐电源的每个输出端口都有用于保护所述射频线圈中的失谐二极管的高功率的限流电阻。

5.根据权利要求2所述的用于磁共振成像系统的失谐电源，其特征在于，所述射频线圈上有识别装置，所述识别装置中有识别信息，所述识别信息告诉失谐电源中的高速芯片控制器打开所述某个电子开关，再由谱仪发出的脉冲控制信号控制所述某个射频线圈失谐。

6.根据权利要求5所述的用于磁共振成像系统的失谐电源，其特征在于，所述识别装置为经混合射频线缆连接识别接头。

7.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的失谐电源，其特征在于，所述电源板可以提供+5V、-15V、+500V稳定的线性电源。

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