CN103308874B - 射频线圈装置和磁共振成像系统 - Google Patents

射频线圈装置和磁共振成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种射频线圈装置和一种磁共振成像系统，以实现射频通道数大于同轴针数，进而提高成像的速度和信噪比。其中，一种射频线圈装置，包括：m个线圈单元，其中m为大于1的整数；一个射频开关控制单元，包括n个输出端和分别与所述m个线圈单元相连接的m个输入端，其中n为大于等于1且小于m的整数；一个解码器，用于根据所接收的控制命令向所述射频开关控制单元输出控制信号；其中，所述射频开关控制单元根据所述控制信号，将不超过n个的输入端分别连接到一个输出端。

Description

射频线圈装置和磁共振成像系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)技术领域，尤其涉及一种射频线圈装置和一种磁共振成像系统。
背景技术
随着磁共振成像技术飞速发展，作为磁共振成像技术的必不可少的线圈技术也取得了长足的进步，比如八通道、十六通道、甚至三十二通道相控阵线圈。按线圈结构可以分为线性线圈、正交线圈和相控阵线圈3种。相控阵线圈包含了复数个线性线圈或正交线圈，每个线性线圈或正交线圈为一个线圈单元(element)，相控阵线圈能在同一时间从复数个方向接收主磁场的射频脉冲，同时有复数个数据采集通道(channel)与之匹配。
参见图1所示，磁共振成像系统主要包括一个射频线圈装置101和一个成像控制装置102。射频线圈装置101包括复数个线圈组，每个线圈组又包括一个或复数个线圈单元1011。每个线圈单元1011均通过射频通道RF(1)-RF(n)向成像控制装置102中的同轴针(coaxpin)接口1021传输输入信号，同轴针接口1021通过通断控制线(Tune/Detune)TD(1)-TD(n)将成像控制装置102的通断命令传输给线圈单元1011，从而控制线圈单元1011的开合或通断。由此可知，线圈单元1011的数量n，或者说射频通道的数量，通常不能超过同轴针接口1021中同轴针的数量k。
由于射频通道数越多，成像的像素越高，清晰度越好，因此希望在不增加同轴针数量的情况下增加射频通道数。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种射频线圈装置，以实现射频通道数大于同轴针数，进而提高成像的速度和信噪比，即提高成像的质量。本发明的另一个方面是提供一种磁共振成像系统及控制方法，以实现射频通道数大于同轴针数，进而提高成像的速度和信噪比，即提高成像的质量。
根据本发明的一个方面，提供了一种射频线圈装置，包括：m个线圈单元，其中m为大于1的整数；一个射频开关控制单元，包括n个输出端和分别与所述m个线圈单元相连接的m个输入端，其中n为大于等于1且小于m的整数；一个解码器，用于根据所接收的控制命令向所述射频开关控制单元输出控制信号；其中，所述射频开关控制单元根据所述控制信号，将不超过n个的输入端分别连接到一个输出端。
由此可见，解码器可以根据收到的控制信号，向射频开关控制单元控制信号，使射频开关控制单元控制输入射频通道到输出射频通道的通断，从而实现在线圈单元数大于接口单元中同轴针数的情况下，仍可实现线圈单元的射频信号到接口单元的传输。因此可相对于背景技术介绍的方案增加线圈单元的数量，进而提高成像的速度和信噪比，即提高成像的质量。
可选地，所述解码器与n条通断控制线相连接，并且能够从所述n条通断控制线接收控制命令。由于通断控制线控制线圈单元的通断状态的同时，解码器也同时感知通断控制线上的高低状态，因此解码器可直接根据预设的对应关系，根据收到的通断控制线上的高低状态组合值向射频开关控制单元发送相应的控制信号，使射频开关控制单元控制相应的射频通道连通或断开。所以，解码器可实时获得控制信号，不需再次发送其他命令。
可选地，所述解码器与少于n条的通断控制线相连接，并且能够从这些通断控制线接收控制命令。
可选地，所述控制命令包括时钟命令和配置数据。所述解码器能够根据从一条通断控制线接收的时钟命令而进入激活状态或睡眠状态，以及能够根据其它通断控制线接收配置数据。
可选地，所述控制命令包括时钟命令和配置数据。所述解码器能够根据从一条通断控制线接收的时钟命令而进入激活状态，并且在解析完控制命令后自动进入睡眠状态，以及能够根据其它通断控制线接收配置数据。
这样，解码器在激活状态下接收配置数据，在睡眠状态下不接收配置数据，以免通断控制线向线圈单元传输的通断命令对解码器造成误配置。
可选地，所述射频开关控制单元包括至少一个多选开关，所述多选开关的复数个输入端分别连接一个所述线圈单元，所述多选开关的输出端作为所述射频开关控制单元的输出端，所述多选开关的控制端连接所述解码器。本发明的发明人发现在磁共振成像过程中间隔的线圈单元可以不同时导通，因此可以采用一个多选开关来控制复数个线圈单元。所以，射频开关控制单元仅通过多选开关便可实现复数个线圈单元的输入射频通道到一个输出射频通道的通断，结构简单且实用。
可选地，任一条通断控制线与一个线圈单元相连接，或者，与在位置上连续的复数个线圈单元相连接。本发明的发明人发现在磁共振成像过程中导通的复数个线圈单元通常是连续的，因此一条通断控制线可连接复数个线圈单元，从而减少通断控制线的数量。
根据本发明的另一个方面，提供了一种磁共振成像系统，包括至少一个根据以上所述的射频线圈装置，还包括：一个成像控制装置，包括：一个接口单元；和一个控制单元，用于通过所述接口单元发送所述控制命令和用于控制线圈单元通断的通断命令；n条通断控制线，连接所述接口单元和所述线圈单元，用于将所述控制单元发送的通断命令传输给所述线圈单元；以及，全部或部分的所述通断控制线还连接所述接口单元和所述解码器，用于将所述控制单元发送的控制命令传输给所述解码器；n条射频通道，连接所述射频开关控制单元的输出端和所述接口单元。
由此可见，解码器可以根据成像控制装置的指示，向射频开关控制单元控制信号，使射频开关控制单元控制输入射频通道到输出射频通道的通断，从而实现在线圈单元数大于接口单元中同轴针数的情况下，仍可实现线圈单元的射频信号到接口单元的传输。因此可相对于背景技术介绍的方案增加线圈单元的数量，进而提高成像的速度和信噪比。
可选地，全部的所述通断控制线连接所述接口单元和所述解码器时，全部的所述通断控制线传输的信号构成控制命令。
由于通断控制线控制线圈单元的通断状态的同时，解码器也在感知通断控制线的高低状态，因此解码器可直接根据预设的对应关系，根据收到的通断控制线上的高低状态组合值向射频开关控制单元发送相应的控制信号，使射频开关控制单元控制相应的射频通道连通或断开。所以，解码器可实时获得射频开关控制单元对应的控制信号，无需成像控制装置向解码器再次传输用于控制状态转换的命令。
可选地，所述控制单元能够向所述解码器发送一用于激活的控制命令，使所述解码器处于激活状态；并且所述控制单元在发送用于激活的控制命令时，停止处理接收到的射频信号。
这样，解码器在处于睡眠状态情况下，控制单元通过接口单元向线圈单元发送通断命令时不容易对解码器出现误配置。
可选地，所述控制命令包括时钟命令和配置数据。当部分的通断控制线连接所述接口单元和所述解码器时，一条通断控制线用于向所述解码器传输时钟命令，以控制所述解码器进入激活状态或睡眠状态，其它通断控制线用于向所述解码器传输配置数据。
该方案可只复用部分通断控制线，最少可只复用两条通断控制线，相当于采用总线控制。
附图说明
下文将以明确易懂的方式通过对优选实施方式的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实施方式予以进一步说明，其中：
图1和图2为磁共振成像系统的结构图；
图3为根据本发明实施方式的磁共振成像系统的结构图；
图4为根据本发明实施方式的控制命令的示意图；
图5至图7为根据本发明实施方式的磁共振成像系统的结构图。
参考符号表
101射频线圈装置102成像控制装置1011线圈单元1021同轴针接口
RF(1)-RF(n)、RF′(1)-RF′(m)射频通道
TD(1)-TD(n+1)通断控制线
CE(1)-CE(n+1)线圈单元
GND接地SCL复用做传输时钟命令的通断控制线
SDA复用做传输配置数据的通断控制线I2C两线式串行总线
EG1-EG3线圈组SW(1)-SW(m)信号线
301成像控制装置302射频线圈装置303通断控制线
3011接口单元3012控制单元
30111同轴针30112单针
3021线圈单元3022射频开关控制单元3023解码器
30221多选开关
具体实施方式
为对本发明的技术特征，目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。为清楚表示各部件的结构及其相互关系，附图中各部件的比例关系仅为示意性的，并不表示实际结构的比例关系。
参见图2所示，一种可能的解决方案是复数个线圈单元1011复用一个射频通道，并通过一个选择开关来实现这复数个线圈单元之间的切换，从而在不同时间连接到射频通道。然而，另一方面，图2所示方案增加了通断控制线的数量。本发明的实施例希望能够在不增加通断控制线数量的情况下，实现射频通道数大于同轴针数量。
图3示出了本实施例提供的一种磁共振成像系统，包括一个成像控制装置301和一个射频线圈装置302。其中，成像控制装置301通过通断控制线303(图中也显示为TD(1)-TD(n)，其中n为大于等于1的整数)向射频线圈装置302传输通断命令和控制命令，射频线圈装置302通过射频通道(图中也显示为RF(1)-RF(n))向成像控制装置301传输射频信号。图3中还显示了连接于成像控制装置301和射频线圈装置302之间的接地线GND。
成像控制装置301包括：一个接口单元3011和一个控制单元3012。接口单元3011包括n个同轴针和n个信号引脚，每个信号引脚连接一条通断控制线303，n为大于1的整数，优选取值为8、16、32等。控制单元3012用于通过同轴针接收射频信号，以及通过信号引脚向通断控制线303发送通断命令和控制命令。
射频线圈装置302包括：m个线圈单元3021、一个射频开关控制单元3022和一个解码器3023。射频开关控制单元3022包括n个输出端(对应n路输出射频通道RF(1)-RF(n))和分别与所述m个线圈单元3021相连接的m个输入端(对应m路输入射频通道RF′(1)-RF′(m))，其中m为大于1的整数，n为大于1且小于m的整数，所述射频开关控制单元3022用于将所述m个输入端中不超过n个的输入端分别连接到一个输出端。解码器3023可具体为微控制器(MCU)，用于通过通断控制线303接收成像控制装置301发送的控制命令，并根据该控制命令向射频开关控制单元3022输出控制信号，以控制射频开关控制单元3022中m个输入端到n个输出端之间的通断状态，即控制所述射频开关控制单元3022将所述m个输入端中不超过n个的输入端分别连接到一个输出端。
n条通断控制线303，连接接口单元3011和线圈单元3021，用于将接口单元3011发送的通断命令传输给线圈单元3021。并且，全部或部分的通断控制线303连接接口单元3011和解码器3023(换言之，解码器3023与全部或部分的通断控制线303相连接)，用于将接口单元3011发送的控制命令传输给解码器3023。
由此可见，本实施例可以在成像控制装置301通过增加软件控制功能来实现上述功能。解码器3023可以根据成像控制装置301的指示，向射频开关控制单元3022发送控制信号，使射频开关控制单元3022控制与m个线圈单元3021连接的m个输入射频通道中不超过n个的输入射频通道与分别连接到接口单元3011的输出射频通道中的一个，从而实现在线圈单元3021数量大于接口单元3011中同轴针数量的情况下，仍可实现线圈单元3021的射频信号到接口单元3011的传输。因此可相对于图2所示方案增加线圈单元3021的数量，进而提高成像的速度和信噪比。
作为本发明的一个优选实施例，控制单元3012通过接口单元3011向解码器3023发送一用于激活的控制命令时，使解码器3023处于激活状态，并且控制单元3012不处理接口单元3011接收到的线圈单元3021发送的射频信号。另外，控制单元3012通过接口单元3011向线圈单元3021发送一用于睡眠的控制命令时，使解码器3023处于睡眠状态。这样，解码器3023在处于睡眠状态情况下，控制单元3012通过接口单元3011向线圈单元3021发送通断命令时不会对解码器3023出现误配置。
在一种实施方式中，n大于2，控制命令包括时钟命令和配置数据，并且部分的通断控制线303连接接口单元3011和解码器3023时。部分的通断控制线303中的一条通断控制线303(为了区别，图中还进一步标示为SCL)用于向解码器3023传输时钟命令作为用于控制激活的控制命令和用于睡眠的控制命令，以控制解码器3023进入激活状态或睡眠状态。部分的通断控制线303中的其它通断控制线303用于向解码器3023传输配置数据。该方案可只复用部分通断控制线303，最少可只复用两条通断控制线303，相当于采用总线控制。
例如，如图3所示，一条通断控制线SCL或303复用做传输时钟命令。另一条通断控制线SDA或303复用做传输配置数据。这两条通断控制线303相当于模拟I2C(Inter-IntegratedCircuit，两线式串行总线)总线。成像控制装置301通过一条通断控制线SCL或303向解码器3023发送的配置数据。同时，成像控制装置301通过另一条通断控制线SDA或303向解码器3023发送数据信号，控制命令的结构参见图4所示。先传输两个地址命令，这两个地址命令构成一个完整的地址，其中，地址第一部分中的“1110”表示传输所采用的协议，是对可应用协议的举例，“XX”表示地址内容的两个比特，结合地址第二部分的8个比特，共10个比特，构成完整的地址，其高达10比特位的地址也正好作为激活解码器3023的密码；再传输控制命令中的配置数据。为了减少误配置的情况，可以在传输地址命令和配置数据之间，传输1个或复数个加密数据，用于解码器3023进行校验。
解码器3023对控制命令进行解析，根据解析出的配置数据，以及根据预设的配置数据与到射频开关控制单元3022的控制信号的对应关系，确定相应的控制信号并发送给射频开关控制单元3022。射频开关控制单元3022根据收到的控制信号来控制输入端(相当于输入射频通道)到输出端(相当于输出射频通道)的通断。控制命令解析完成后，解码器3023自动进入睡眠状态，而解码器3023将保持向射频开关控制单元3022发送原有的控制信号，直到再次收到新的控制命令(包括用于激活的控制命令和配置数据)。同时，成像控制装置301通过全部通断控制线303向线圈单元3021发送通断命令，以控制线圈单元3021导通或断开。导通的控制线圈单元3021通过输入射频通道向射频开关控制单元3022发送射频信号，射频开关控制单元3022通过根据控制信号将输入射频通道分别与一个输出射频通道连接，从而将收到的射频信号转发给接口单元3011中相应的同轴针。
作为本发明的另一个优选实施例，如图5所示，一条通断控制线(CLK)303复用做传输时钟命令。多条通断控制线303(D(1)-D(n-i-1))复用做传输配置数据。成像控制装置301通过一条通断控制线303向解码器3023发送高电平的时钟命令(作为用于激活的控制命令)时，使得解码器3023处于激活状态，以及将其他接到解码器3023上的多条通断控制线的高低状态读入内部的寄存器，并解析成相应的控制信号输出给射频开关控制单元3022。成像控制装置301通过通断控制线303向解码器3023发送低电平的时钟命令(作为用于睡眠的控制命令)时，解码器3023处于睡眠状态，及处于不接收与其连接的通断控制线的状态。但解码器3023将保持向射频开关控制单元3022发送原有的控制信号，直到再次处于激活状态(收到用于激活的控制命令)时收到新的配置数据。同时，成像控制装置301通过除被时钟命令占用的通断控制线外的其他通断控制线303向线圈单元3021发送通断信号，以控制线圈单元3021导通或断开。导通的控制线圈单元3021通过输入射频通道向射频开关控制单元3022发送射频信号，射频开关控制单元3022通过输出射频通道将收到的射频信号转发给接口单元3011。
作为本发明的另一个优选实施例，在全部的通断控制线303连接接口单元3011和解码器3023时，通断控制线303的高低状态组合值用于解码器3023产生相应的控制信号。具体的，如图6所示，全部通断控制线303复用做传输控制命令。成像控制装置301通过全部通断控制线303向线圈单元3021发送通断命令，以控制线圈单元3021导通或断开；而同时，解码器3023也实时感知着通断控制线上的高低状态。解码器3023根据收到的高低状态组合值，解析成对应的射频开关控制单元3022的控制信号，并实时发送给射频开关控制单元3022。该控制方式，相当于一条通断控制线303上传输的信号对应一个比特位，全部通断控制线303传输的整体组合信号构成配置数据，与串行数据传输相比，可缩短传输配置数据的时长。导通的控制线圈单元3021通过输入射频通道向射频开关控制单元3022发送射频信号，射频开关控制单元3022通过输出射频通道将收到的射频信号转发给接口单元3011。
作为本发明的一个优选实施例，射频开关控制单元3022包括多选开关30221，多选开关30221的复数个输入端分别连接一个线圈单元3021，且多选开关30221连接的复数个线圈单元3021在位置上均可以不连续，多选开关30221的输出端连接接口单元3011，多选开关30221的控制端可以通过信号线SW连接解码器3023。参见图7所示，m个线圈单元3021属于复数个线圈组。一个多选开关30221连接的复数个线圈单元3021属于不同的线圈组。本发明的发明人发现在磁共振成像过程中间隔的线圈单元3021可以不同时导通，因此可以采用一个多选开关30221来控制复数个线圈单元3021。所以，射频开关控制单元3022仅通过多选开关30221便可实现复数个线圈单元3021的输入射频通道到一个同轴针的输出射频通道的通断，结构简单且实用。其中，解码器3023与多选开关30221的控制端连接，且可以通过控制解码器3023向多选开关30221的控制端输出的高低电平信号(即，控制信号)，以实现控制多选开关30221多个输入端中的一个与该多选开关30221的输出端导通。并且，解码器3023到射频开关控制单元3022的信号线的路数最多为m个即可，如图3-图5所示的SW(1)-SW(m)，当然也可以少于m个，与线圈组的组数和线圈组包括的线圈单元3021数有关。
作为本发明的一个优选实施例，通断控制线303连接复数个线圈单元3021，且一条通断控制线303连接的复数个线圈单元3021在位置上连续。参见图7所示，m(m＝6)个线圈单元3021属于复数个线圈组EG1-EG3。一条通断控制线303连接的复数个线圈单元3021属于同一线圈组，例如EG2或EG3。本发明的发明人发现在磁共振成像过程中导通的复数个线圈单元3021通常是连续的，因此一条通断控制线303可连接复数个线圈单元3021，从而减少通断控制线303的数量。
本发明公开了一种射频线圈装置和一种磁共振成像系统，以实现射频通道数大于同轴针数，进而提高成像的速度和信噪比。其中，一种射频线圈装置，包括：m个线圈单元，其中m为大于1的整数；一个射频开关控制单元，包括n个输出端和分别与所述m个线圈单元相连接的m个输入端，其中n为大于等于1且小于m的整数；一个解码器，用于根据所接收的控制命令向所述射频开关控制单元输出控制信号；其中，所述射频开关控制单元根据所述控制信号，将不超过n个的输入端分别连接到一个输出端。
上文通过附图和优选实施方式对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施方式，本领与技术人员从中推导出来的其它方案也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频线圈装置(302)，包括：
m个线圈单元(3021)，其中m为大于1的整数；
一个射频开关控制单元(3022)，包括n个输出端和分别与所述m个线圈单元(3021)相连接的m个输入端，其中n为大于等于1且小于m的整数；
一个解码器(3023)，用于根据所接收的控制命令向所述射频开关控制单元(3022)输出控制信号；
其中，所述射频开关控制单元(3022)根据所述控制信号，将不超过n个的输入端分别连接到一个输出端。
2.如权利要求1所述的射频线圈装置(302)，其特征在于，所述解码器(3023)与n条或少于n条通断控制线(303)相连接，并且能够从这些通断控制线(303)接收控制命令。
3.如权利要求2所述的射频线圈装置(302)，其特征在于，所述控制命令包括时钟命令和配置数据；
所述解码器(3023)能够根据从一条通断控制线(303，SCL)接收的时钟命令而进入激活状态或睡眠状态，以及能够根据其它通断控制线(303)接收配置数据。
4.如权利要求2所述的射频线圈装置(302)，其特征在于，所述控制命令包括时钟命令和配置数据；
所述解码器(3023)能够根据从一条通断控制线(303，SCL)接收的时钟命令而进入激活状态，并且在解析完控制命令后自动进入睡眠状态，以及能够根据其它通断控制线(303)接收配置数据。
5.如权利要求1所述的射频线圈装置(302)，其特征在于，所述射频开关控制单元(3022)包括至少一个多选开关(30221)，所述多选开关(30221)的复数个输入端分别连接一个所述线圈单元(3021)，所述多选开关(30221)的输出端作为所述射频开关控制单元(3022)的输出端，所述多选开关(30221)的控制端连接所述解码器(3023)。
6.如权利要求1所述的射频线圈装置(302)，其特征在于，任一条通断控制线(303)与一个线圈单元(3021)相连接，或者，与在位置上连续的复数个线圈单元(3021)相连接。
7.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的射频线圈装置(302)，还包括：
一个成像控制装置(301)，包括：一个接口单元(3011)；和一个控制单元(3012)，用于通过所述接口单元(3011)发送所述控制命令和用于控制线圈单元(3021)通断的通断命令；
n条通断控制线(303)，连接所述接口单元(3011)和所述线圈单元(3021)，用于将所述控制单元(3012)发送的通断命令传输给所述线圈单元(3021)；以及，全部或部分的所述通断控制线(303)还连接所述接口单元(3011)和所述解码器(3023)，用于将所述控制单元(3012)发送的控制命令传输给所述解码器(3023)；
n条射频通道(RF(1)-RF(n))，连接所述射频开关控制单元(3022)的输出端和所述接口单元(3011)。
8.如权利要求7所述的磁共振成像系统，其特征在于，全部的所述通断控制线(303)连接所述接口单元(3011)和所述解码器(3023)时，全部的所述通断控制线(303)传输的信号构成控制命令。
9.如权利要求7所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述控制单元(3012)能够向所述解码器(3023)发送一用于激活的控制命令，使所述解码器(3023)处于激活状态；并且所述控制单元(3012)在发送用于激活的控制命令时，停止处理接收到的射频信号。
10.如权利要求9所述的磁共振成像系统，其特征在于，所述控制命令包括时钟命令和配置数据；
当部分的通断控制线(303)连接所述接口单元(3011)和所述解码器(3023)时，一条通断控制线(303)用于向所述解码器(3023)传输时钟命令，以控制所述解码器(3023)进入激活状态和/或睡眠状态，其它通断控制线(303)用于向所述解码器(3023)传输配置数据。
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