CN103852739B - 一种自适应跳频磁共振射频线圈及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种自适应跳频磁共振射频线圈，包括与磁共振系统连接的线圈接头、前置放大器和线圈接收天线，所述线圈接头与所述前置放大器的信号输出接口连接，所述前置放大器的信号输入接口与所述线圈接收天线的输出接口连接，所述线圈接头包括用于检测磁场强度的场强检测元件，所述前置放大器中设有接收频带控制电路，所述线圈接收天线中设有调谐频率控制电路，所述场强检测元件与比较器的输入端连接，所述比较器的输出端分别与所述接收频带控制电路和所述调谐频率控制电路连接。本发明可对两个或更多不同磁场强度的自动检测，实现同一个磁共振射频线圈在不同场强中的自适应跳频，节省了使用成本，减少了操作程序。

Description

一种自适应跳频磁共振射频线圈及其使用方法

技术领域

本发明属于磁共振成像领域，具体涉及一种自适应跳频磁共振射频线圈及其使用方法。

背景技术

磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）是根据生物体磁性核（氢核）在磁场中的表现特征成像的高新技术，它的物理基础为核磁共振（Nuclear magneticresonance，NMR）理论。所谓NMR是指物质磁性和磁场相关的共振现象，在外磁场的作用下，某些绕主磁场进动的自旋的质子（包括人体中的氢质子）在短暂的射频电波作用下，进动角增大，当射频电波停止后，那些质子又会逐渐恢复到原来的状态，并同时释放与激励波频率相同的射频信号，这一物理现象被称为核磁共振。

磁共振系统主要由主磁场、梯度线圈、射频线圈、谱仪和数字处理系统组成。射频线圈包括射频发射线圈和射频接收线圈。射频发射线圈可以在磁共振系统中产生射频磁场，用来激发氢核产生磁共振。射频接收线圈用以放在被测物附近进行探测接收被测物的磁共振信号。目前，磁共振射频线圈主要是针对磁共振系统的某一固定场强来设计的，同一射频线圈不能在两个场强间通用，如场强分别为0.7T，1.0T，1.5T，3.0T，7.0T的磁共振系统，某射频线圈只能单一地在与其相对应的1.5T的场强中使用，而在0.7T，1.0T，3.0T，7.0T的场强中就不能使用了。因此需要为磁共振系统的每一场强配备对应使用的射频线圈，从而加大了使用成本，而且更换射频线圈的操作过程也费时费力。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种自适应跳频磁共振射频线圈及其使用方法，可以使得同一射频线圈同时满足不同场强的磁共振系统的工作要求，从而大大降低了使用成本和操作难度。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种自适应跳频磁共振射频线圈，包括与磁共振系统连接的线圈接头、前置放大器和线圈接收天线，所述线圈接头与所述前置放大器的信号输出接口连接，所述前置放大器的信号输入接口与所述线圈接收天线的输出接口连接，所述线圈接头包括用于检测磁场强度的场强检测元件，所述前置放大器中设有接收频带控制电路，所述线圈接收天线中设有调谐频率控制电路，所述场强检测元件与比较器的输入端连接，所述比较器的输出端分别与所述接收频带控制电路和所述调谐频率控制电路连接。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述线圈接头通过射频电缆与所述前置放大器的信号输出接口连接，所述前置放大器的信号输入接口通过射频电缆与所述线圈接收天线的输出接口连接。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述场强检测元件为磁敏元件。在一定的磁场条件下，根据其伏安特性，不同的场强下输出不同的电压值，与后级的比较器中预设的阈值进行比较，输出指示场强大小的频率控制信号。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述磁敏元件为霍尔元件。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述前置放大器包括低噪声放大管，及其前级的输入阻抗匹配电路和后级的输出阻抗匹配电路，所述接收频带控制电路包括输入接收频带控制电路和输出接收频带控制电路，所述输入阻抗匹配电路上并联有所述输入接收频带控制电路，所述输出阻抗匹配电路上并联有所述输出接收频带控制电路。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述输出接收频带控制电路分别包括相互串联的第一隔直电容，第一射频二极管，第一电感和第一电容，所述第一射频二极管的输入端和输出端分别串联有第一扼流电感和第二扼流电感；所述输入接收频带控制电路分别包括相互串联的第二隔直电容，第二射频二极管，第二电感和第二电容，所述第二射频二极管的输入端和输出端分别串联有第三扼流电感和第四扼流电感。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述射频线圈为相控阵表面接收线圈，所述线圈接收天线的每一环路分别包括相互串联的调谐频率控制电路、匹配移相电容电路和失谐保护电路。

优选的，上述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其中：所述调谐频率控制电路包括三组串联的频率电容电路，第一频率电容电路包括相互串联的第一固定电容，第二固定电容和第三射频二极管，所述第三射频二极管的输入端和输出端分别串联有第五扼流电感和第六扼流电感；第二频率电容电路包括相互串联的第三固定电容，第四固定电容和第四射频二极管，所述第四射频二极管的输入端和输出端分别串联有第七扼流电感和第八扼流电感；第三频率电容电路包括相互串联的第五固定电容，第六固定电容和第五射频二极管，所述第五射频二极管的输入端和输出端分别串联有第九扼流电感和第十扼流电感；所述匹配移相电容电路包括相互串联的第七固定电容，第八固定电容和第六射频二极管，所述第六射频二极管的输入端和输出端分别串联有第十一扼流电感和第十二扼流电感；所述失谐保护电路包括第十固定电容，所述第十固定电容上并联有相互串联的第九固定电容，第七射频二极管和第三隔直电容，以及并联有相互串联的第一固定电感和第八射频二极管，所述第七射频二极管和第八射频二极管的输入端分别串联有第十三扼流电感和第十四扼流电感，所述第七射频二极管和第八射频二极管的输出端共同串联第十五扼流电感；所述匹配移相电容电路和失谐保护电路之间串联有第四隔直电容。

一种自适应跳频磁共振射频线圈的使用方法：

步骤一：通过线圈接头中的场强检测元件实现对系统磁场强度进行检测，并输出电平信号；

步骤二：线圈接头中比较器将预设的阈值与场强检测元件输出的电平信号进行比较，输出频率控制信号；

步骤三：前置放大器中的接收频带控制电路接收比较器输出的频率控制信号，并根据频率控制信号确定工作频率和阻抗控制；

步骤四：线圈接收天线中的调谐频率控制电路接收比较器输出的频率控制信号，并根据频率控制信号确定工作频率，从而实现对相应磁共振信号的接收。

本发明的突出效果为：本发明的一种自适应跳频磁共振射频线圈及其使用方法，与普通频率微调线圈不同，在电路上增加一组场强检测单元和一路直流控制信号的情况下，即可完成对两个或更多不同磁场强度的自动检测，实现同一个磁共振射频线圈在不同场强中的自适应跳频，避免了射频线圈在单一场强中使用的局限性，节省了使用成本，减少了操作程序；在线圈内部生成的一路直流控制信号，对频率的自动选频，自动切换，且不会对信号的噪声比产生影响，保证了线圈的信噪比。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明实施例的自适应跳频磁共振射频线圈的结构框图；

图2是本发明实施例的自适应跳频磁共振射频线圈的线圈接头的结构框图；

图3是本发明实施例的自适应跳频磁共振射频线圈的前置放大器的电路；

图4是本发明实施例的自适应跳频磁共振射频线圈的线圈接收天线电路图。

具体实施方式

实施例：

本实施例的一种自适应跳频磁共振射频线圈，如图1~图2所示，包括与磁共振系统连接的线圈接头1、前置放大器2和线圈接收天线3，线圈接头1通过射频电缆与前置放大器2的信号输出接口连接，前置放大器2的信号输入接口通过射频电缆与线圈接收天线3的输出接口连接。线圈接头1包括用于检测磁场强度的场强检测元件11，可选的，场强检测元件11为磁敏元件，更进一步的，磁敏元件为霍尔元件。在一定的磁场条件下，根据其伏安特性，不同的场强下输出不同的电压值，与后级的比较器12中预设的阈值进行比较，输出指示场强大小的频率控制信号。前置放大器2中设有接收频带控制电路21，线圈接收天线3中设有调谐频率控制电路31，场强检测元件11与比较器12的输入端连接，比较器12的输出端分别与接收频带控制电路21和调谐频率控制电路31连接。

如图3所示，前置放大器2包括低噪声放大管22，及其前级的输入阻抗匹配电路23和后级的输出阻抗匹配电路24，接收频带控制电路21包括输入接收频带控制电路和输出接收频带控制电路，输入阻抗匹配电路23上并联有输入接收频带控制电路，输出阻抗匹配电路24上并联有输出接收频带控制电路。输出接收频带控制电路分别包括相互串联的第一隔直电容C11，第一射频二极管D1，第一电感L1和第一电容C21，第一射频二极管D1的输入端和输出端分别串联有第一扼流电感choke1和第二扼流电感choke2；输入接收频带控制电路分别包括相互串联的第二隔直电容C12，第二射频二极管D2，第二电感L2和第二电容C22，第二射频二极管D2的输入端和输出端分别串联有第三扼流电感choke3和第四扼流电感choke4。

射频线圈为相控阵表面接收线圈，如图4所示，线圈接收天线3的每一环路分别包括相互串联的调谐频率控制电路、匹配移相电容电路和失谐保护电路。调谐频率控制电路包括三组串联的频率电容电路，第一频率电容电路包括相互串联的第一固定电容C1，第二固定电容C2和第三射频二极管D3，第三射频二极管D3的输入端和输出端分别串联有第五扼流电感choke5和第六扼流电感choke6；第二频率电容电路包括相互串联的第三固定电容C3，第四固定电容C4和第四射频二极管D4，第四射频二极管D4的输入端和输出端分别串联有第七扼流电感choke7和第八扼流电感choke8；第三频率电容电路包括相互串联的第五固定电容C5，第六固定电容C6和第五射频二极管D5，第五射频二极管D5的输入端和输出端分别串联有第九扼流电感choke9和第十扼流电感choke10；匹配移相电容电路包括相互串联的第七固定电容C7，第八固定电容C8和第六射频二极管D6，第六射频二极管D6的输入端和输出端分别串联有第十一扼流电感choke11和第十二扼流电感choke12；失谐保护电路包括第十固定电容CX，第十固定电容CX上并联有相互串联的第九固定电容C9，第七射频二极管D7和第三隔直电容C13，以及并联有相互串联的第一固定电感LX和第八射频二极管D8，第七射频二极管D7和第八射频二极管D8的输入端分别串联有第十三扼流电感choke13和第十四扼流电感choke14，第七射频二极管D7和第八射频二极管D8的输出端共同串联第十五扼流电感choke15；匹配移相电容电路和失谐保护电路之间串联有第四隔直电容C14。

一种自适应跳频磁共振射频线圈的使用方法：

步骤一：通过线圈接头1中的场强检测元件11实现对系统磁场强度进行检测，并输出电平信号；

步骤二：线圈接头1中比较器12将预设的阈值与场强检测元件11输出的电平信号进行比较，输出频率控制信号；

步骤三：前置放大器2中的接收频带控制电路21接收比较器12输出的频率控制信号，并根据频率控制信号确定工作频率和阻抗控制；

步骤四：线圈接收天线3中的调谐频率控制电路31接收比较器12输出的频率控制信号，并根据频率控制信号确定工作频率，从而实现对相应磁共振信号的接收。

具体的，如图3所示，把输入阻抗匹配电路23和输出阻抗匹配电路24设定为高场的匹配网络。在高场频率条件下，若频率控制信号为低，则第一射频二极管D1和第二射频二极管D2截止，第一电感L1和第一电容C21，第二电感L2和第二电容C22组成的输入接收频带控制电路和输出接收频带控制电路失效，当低场频率条件下，若频率控制信号为高，第一射频二极管D1和第二射频二极管D2导通，第一电感L1和第一电容C21，第二电感L2和第二电容C22组成的输入接收频带控制电路和输出接收频带控制电路并入到相应的输入阻抗匹配电路23和输出阻抗匹配电路24，低噪声放大管22的噪声和增益变换到低场最优状态。

如图4所示，调谐频率控制电路在高场的情况下，频率控制信号为低，则第三射频二极管D3，第四射频二极管D4和第五射频二极管D5截止，每组中串接在线圈中的电容分别为第二固定电容C2，第四固定电容C4和第五固定电容C5的三个频率电容有效。当低场条件下，频率控制信号为高，第三射频二极管D3，第四射频二极管D4和第五射频二极管D5导通，第一固定电容C1，第三固定电容C3，第六固定电容C6被并接到相应的第二固定电容C2，第四固定电容C4和第五固定电容C5上，其线圈的谐振频率跟着变化。匹配移相电容电路在高场的情况下，频率控制信号为低，第六射频二极管D6截止，仅第八固定电容C8有效；当低场的条件下，频率控制信号为高，第六射频二极管D6导通，第七固定电容C7并接到第八固定电容C8上。失谐保护电路在高场的条件下，频率控制信号为低，第七射频二极管D7截止，第八射频二极管D8导通，其失谐频率有LXCX决定，失谐频率为。在低场的条件下，频率控制信号为高，第七射频二极管D7导通，其失谐频率为，其相应的频率跟着变化。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自适应跳频磁共振射频线圈，包括与磁共振系统连接的线圈接头、前置放大器和线圈接收天线，所述线圈接头与所述前置放大器的信号输出接口连接，所述前置放大器的信号输入接口与所述线圈接收天线的输出接口连接，其特征在于：所述线圈接头包括用于检测磁场强度的场强检测元件，所述前置放大器中设有接收频带控制电路，所述线圈接收天线中设有调谐频率控制电路，所述场强检测元件与比较器的输入端连接，所述比较器的输出端分别与所述接收频带控制电路和所述调谐频率控制电路连接；

所述线圈接头通过射频电缆与所述前置放大器的信号输出接口连接，所述前置放大器的信号输入接口通过射频电缆与所述线圈接收天线的输出接口连接；

所述场强检测元件为磁敏元件；

所述磁敏元件为霍尔元件；

所述前置放大器包括低噪声放大管，及其前级的输入阻抗匹配电路和后级的输出阻抗匹配电路，所述接收频带控制电路包括输入接收频带控制电路和输出接收频带控制电路，所述输入阻抗匹配电路上并联有所述输入接收频带控制电路，所述输出阻抗匹配电路上并联有所述输出接收频带控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其特征在于：所述输出接收频带控制电路包括相互串联的第一隔直电容，第一射频二极管，第一电感和第一电容，所述第一射频二极管的输入端和输出端分别串联有第一扼流电感和第二扼流电感；所述输入接收频带控制电路包括相互串联的第二隔直电容，第二射频二极管，第二电感和第二电容，所述第二射频二极管的输入端和输出端分别串联有第三扼流电感和第四扼流电感。

3.根据权利要求1 所述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其特征在于：所述射频线圈为相控阵表面接收线圈，所述线圈接收天线的每一环路分别包括相互串联的调谐频率控制电路、匹配移相电容电路和失谐保护电路。

4.根据权利要求3所述的一种自适应跳频磁共振射频线圈，其特征在于：所述调谐频率控制电路包括三组串联的频率电容电路，第一频率电容电路包括相互串联的第一固定电容，第二固定电容和第三射频二极管，所述第三射频二极管的输入端和输出端分别串联有第五扼流电感和第六扼流电感；第二频率电容电路包括相互串联的第三固定电容，第四固定电容和第四射频二极管，所述第四射频二极管的输入端和输出端分别串联有第七扼流电感和第八扼流电感；第三频率电容电路包括相互串联的第五固定电容，第六固定电容和第五射频二极管，所述第五射频二极管的输入端和输出端分别串联有第九扼流电感和第十扼流电感；所述匹配移相电容电路包括相互串联的第七固定电容，第八固定电容和第六射频二极管，所述第六射频二极管的输入端和输出端分别串联有第十一扼流电感和第十二扼流电感；所述失谐保护电路包括第十固定电容，所述第十固定电容上并联有相互串联的第九固定电容，第七射频二极管和第三隔直电容，以及并联有相互串联的第一固定电感和第八射频二极管，所述第七射频二极管和第八射频二极管的输入端分别串联有第十三扼流电感和第十四扼流电感，所述第七射频二极管和第八射频二极管的输出端共同串联第十五扼流电感；所述匹配移相电容电路和失谐保护电路之间串联有第四隔直电容。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的自适应跳频磁共振射频线圈的使用方法，其特征在于：

步骤一：通过线圈接头中的场强检测元件实现对系统磁场强度进行检测，并输出电平信号；

步骤二：线圈接头中比较器将预设的阈值与场强检测元件输出的电平信号进行比较，输出频率控制信号；

步骤三：前置放大器中的接收频带控制电路接收比较器输出的频率控制信号，并根据频率控制信号确定工作频率和阻抗控制；

步骤四：线圈接收天线中的调谐频率控制电路接收比较器输出的频率控制信号，并根据频率控制信号确定工作频率，从而实现对相应磁共振信号的接收。