CN103926545A - 一种发射天线选择器和磁共振成像系统 - Google Patents

一种发射天线选择器和磁共振成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发射天线选择器和磁共振成像系统。其中，所述发射天线选择器，包括一控制电路、一体线圈信号输出接口和一局部线圈信号输出接口、一射频信号输入接口、一假负载，其中，所述控制电路包括多个二极管，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述射频信号输入接口与所述体线圈输出信号接口导通或与所述局部线圈信号输出接口导通或与所述假负载导通。根据本发明的发射天线选择器性能稳定，成本低廉，适合长期使用。

Description

一种发射天线选择器和磁共振成像系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种发射天线选择器和磁共振成像系统。
背景技术
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是利用磁共振现象进行成像的一种技术。磁共振现象的原理主要包括：包含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子具有自旋运动，犹如一个小磁体，并且这些小磁体的自旋轴没有一定的规律，如果施加外在磁场，这些小磁体将按外在磁场的磁力线重新排列，具体为在平行于或反平行于外在磁场磁力线的两个方向排列，将上述平行于外在磁场磁力线的方向称为正纵向轴，将上述反平行于外在磁场磁力线的方向称为负纵向轴；原子核只具有纵向磁化分量，该纵向磁化分量既具有方向又具有幅度。用特定频率的射频（Radio Frequency，RF）脉冲激发处于外在磁场中的原子核，使这些原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴，产生共振，这就是磁共振现象。上述被激发的原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴之后，该原子核就具有了横向磁化分量。停止发射射频脉冲后，被激发的原子核发射回波信号，将吸收的能量逐步以电磁波的形式释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，将原子核发射的回波信号经过空间编码等进一步处理即可重建图像。
在现有技术中，磁共振成像系统一般用许多各种射频（RF）天线（下文中称为线圈）操作，所述射频天线用于传输和接收射频脉冲以便激发原子核以放射磁共振信号和/或用于采集所诱发的磁共振信号。磁共振成像（MRI）系统中包括多种线圈，例如覆盖全身范围的体线圈和只覆盖身体某个部位的接收线圈等等。磁共振系统一般具有大型整体线圈（体线圈），其永久地安装在磁共振扫描仪中。所述整体线圈通常围绕患者采集腔以圆柱形方式布置（例如，使用一种称为鸟笼结构的结构），在所述患者采集腔中患者在测量期间被支撑在一张床（通常也称为患者定位台）上。
一般来说，发射天线选择器（TAS，Transmit Antenna Selector）提供了把射频信号切换传输到两个输出路径，局部线圈和本体线圈。现有技术中，TAS使用机械式开关，这些机械开关是由直流信号控制。鉴于总输出路径数是2，因此现有技术的TAS需要两个机械开关，导致成本较高。此外，机械开关的使用寿命也较为有限，取决于开/关次数。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种发射天线选择器，性能稳定，成本低廉，适合长期使用，从而取代机械开关。
本发明实施例提供的一种发射天线选择器，包括一控制电路、一体线圈信号输出接口和一局部线圈信号输出接口、一射频信号输入接口、一假负载，其中，所述控制电路包括多个二极管，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述射频信号输入接口与所述体线圈输出信号接口导通或与所述局部线圈信号输出接口导通或与所述假负载导通。
在本发明的一种实施方式中，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管和一第三二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第一二极管的阴极与所述局部线圈信号输出接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阴极与所述假负载连接。
在本发明的一种实施方式中，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管和一第三二极管，所述第一二极管的阳极与所述射频信号输入接口和所述局部线圈信号输出接口连接，所述第一二极管的阴极接地，所述第二二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口和所述假负载连接，所述第三二极管的阴极接地，其中，所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述射频信号输入接口和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述假负载和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差。
在本发明的一种实施方式中，所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间、所述射频信号输入接口和所述第三二极管的阳极之间以及所述假负载和所述第三二极管的阳极之间分别包括一电感，从而分别具有1/4波长的奇数倍的相位差。
在本发明的一种实施方式中，所述发射天线选择器还包括一体线圈信号输入接口，所述射频信号输入接口与所述体线圈输出信号接口导通时，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述体线圈信号输入接口和与所述假负载导通。
在本发明的一种实施方式中，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管和一第四二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第一二极管的阴极与所述局部线圈信号输出接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阴极与所述假负载和所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极与所述体线圈信号输入接口连接。
在本发明的一种实施方式中，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管和一第四二极管，所述第一二极管的阳极与所述射频信号输入接口和所述局部线圈信号输出接口连接，所述第一二极管的阴极接地，所述第二二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口、所述假负载和所述第四二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极接地，所述第四二极管的阴极与所述体线圈信号输入接口连接，其中，所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述射频信号输入接口和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述假负载和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述第四二极管的阳极和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差。
在本发明的一种实施方式中，所述第一二极管的阳极与所述射频信号输入接口、所述假负载和所述第四二极管的阳极之间分别包括一电感，从而分别具有1/4波长的奇数倍的相位差。
在本发明的一种实施方式中，所述控制电路还包括分别与所述多个二极管并联的多个保护电路和分别与所述多个二极管串联的多个电源，所述保护电路包括串联的一电容和一电感，所述电源用于控制所述二极管导通或截止。
本发明实施例提供的磁共振成像系统，包括上述任一一种发射天线选择器。
可以看出，根据本发明的具体实施例的发射天线选择器性能稳定，成本低廉，适合长期使用。
附图说明
图1是根据本发明的第一具体实施例的发射天线选择器的电路示意图。
图2是根据本发明的第一具体实施例的发射天线选择器的二极管的电路图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举例对本发明实施例进行进一步的详细说明。
为了解决背景技术中提出的问题，本发明提出了一种发射天线选择器，包括一控制电路、一体线圈信号输出接口和一局部线圈信号输出接口、一射频信号输入接口、一假负载，其中，所述控制电路包括多个二极管，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述射频信号输入接口与所述体线圈输出信号接口导通或与所述局部线圈信号输出接口导通或与所述假负载导通。利用二极管替代机械式开关，本发明可以有效的提高产品使用寿命，增强产品稳定性能并且降低产品制造成本。
此外，针对为正在运行的服务进行测试和校准循环，根据本发明的具体实施例的天线还可以包括15KW（PEP，Peak Envelope Power，峰值包络功率）的50Ω的假负载，从而阻断BCCS（Body Coil Channel Selector，体线圈通道选择器）和RFPA（RadioFrequency PowerAmplifier，射频放大器）的信号之间的90°混合。
第一具体实施例
图1是根据本发明的第一具体实施例的发射天线选择器的电路示意图，根据本发明的第一具体实施例的发射天线选择器，如图1所示，一控制电路100、一体线圈信号输出接口BCCS_1、一局部线圈信号输出接口LC_Out、一射频信号输入接口RFPA和一假负载DL，其中，所述控制电路包括多个二极管，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述射频信号输入接口RFPA与所述体线圈输出信号接口BCCS_1或与所述局部线圈信号输出接口LC_Out导通或与所述假负载DL导通。
图1是根据本发明的第一具体实施例的发射天线选择器的电路示意图。如图1所示，发射天线选择器的控制电路100包括一第一二极管PIN DIODE3、一第二二极管PIN DIODE4和一第三二极管PIN DIODE1，所述第一二极管PIN DIODE3的阳极与所述射频信号输入接口RFPA和所述局部线圈信号输出接口LC_Out连接，所述第一二极管PIN DIODE3的阴极接地，所述第二二极管PIN DIODE4的阴极与所述体线圈信号输出接口BCCS_1连接，所述第三二极管PIN DIODE1的阳极与所述射频信号输入接口和所述假负载连接，所述第三二极管PINDIODE1的阴极接地。其中，所述射频信号输入接口RFPA和所述第一二极管PIN DIODE3的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述射频信号输入接口RFPA和所述第三二极管PIN DIODE1的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述假负载DL和所述第三二极管PIN DIODE1的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差。1/4波长的奇数倍的相位差可以通过所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间的电感实现，还有其他多种实现1/4波长的奇数倍的相位差的方式，此处不一一赘述。
所述发射天线选择器进一步包括一体线圈信号输入接口BCCS_7，所述控制电路100根据控制信号利用二极管将所述体线圈信号输入接口BCCS_7和所述射频信号输入接口RFPA切换与所述假负载DL导通，同时切断射频信号输入接口RFPA与所述体线圈输出信号接口BCCS_1和所述局部线圈信号输出接口LC_Out之间的连接。
由此，所述控制电路100进一步包括一第四二极管PIN DIODE2，所述第三二极管PINDIODE1的阳极与所述射频信号输入接口RFPA、所述假负载DL和所述第四二极管PIN DIODE2的阳极连接，所述第三二极管PIN DIODE1的阴极接地，所述第四二极管PIN DIODE2的阴极与所述体线圈信号输入接口BCCS_7连接，其中，所述射频信号输入接口RFPA和所述第一二极管PIN DIODE3的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述射频信号输入接口RFPA和所述第三二极管PIN DIODE1的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述假负载DL和所述第三二极管PIN DIODE1的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述第四二极管PIN DIODE2的阳极和所述第三二极管PIN DIODE1的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差。1/4波长的奇数倍的相位差可以分别通过所述第三二极管PIN DIODE1的阳极与所述射频信号输入接口RFPA、所述假负载DL和所述第四二极管PIN DIODE2的阳极之间的电感实现，还有其他多种实现1/4波长的奇数倍的相位差的方式，此处不一一赘述。假负载DL的电阻值是50欧姆。
图2是根据本发明的第一具体实施例的发射天线选择器的二极管及其电源和保护电路的电路图，如图2所示，控制电路还包括分别与所述多个二极管并联的多个保护电路和分别与所述多个二极管串联的多个电源，所述保护电路包括串联的一电容和一电感，所述电源用于控制所述二极管导通或截止。具体而言，上述第一二极管PIN DIODE3、第二二极管PIN DIODE4、第三二极管PIN DIODE1和第四二极管PIN DIODE2及其电源和保护电路包括一个二极管PIN Diode，与二极管PIN Diode串联的直流电源DC以及与二极管PIN Diode并联的保护电路，其中，通过直流电源DC对二极管的正向偏置和反向偏置进行控制；该保护电路包括串联的电容L和电感C。当直流电源DC提供200mA电流时，二极管正向偏置；直流电源DC提供-800V电压时，二极管是反向偏置的。
具体而言，所述射频信号输入接口RFPA和第一二极管PIN DIODE3的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，这使得所述射频信号输入接口RFPA和所述第一二极管PIN DIODE3的阳极之间反向正交。也就是说，当第一二极管PIN DIODE3对于交流信号导通时，所述射频信号输入接口RFPA和局部线圈信号输出接口LC_Out之间对于交流信号截止；同理亦然。
以及所述第三二极管PIN DIODE1的阳极与所述射频信号输入接口RFPA、所述假负载DL和所述第四二极管PIN DIODE2的阳极之间分别具有1/4波长的奇数倍的相位差，这使得第三二极管PIN DIODE1的阳极与射频信号输入接口RFPA、假负载DL和第四二极管PIN DIODE2的阳极之间反向正交。也就是说，这使得第三二极管PIN DIODE1的阳极对于交流信号导通时，射频信号输入接口RFPA和第三二极管PIN DIODE1的阳极之间对于交流信号截止；同理亦然。
从工作原理角度而言，磁共振成像系统的发射天线选择器包括三种工作状态，具体根据本发明的第一具体实施例来说，如图1所示：
第一，体线圈工作状态。此时，二极管PIN DIODE1、PIN DIODE2、PIN DIODE3和PIN DIODE4通过200mA电流正向偏置，从而来自射频信号输入接口RFPA的信号通过体线圈信号输出接口BCCS_1传输到体线圈，同时BCCS_7连接到50欧姆的假负载。
第二，局部线圈工作状态。此时，二极管PIN DIODE2、PIN DIODE3和PIN DIODE4具有-800V电压反向偏置，二极管PIN DIODE1具有200mA电流正向偏置，来自射频信号输入接口RFPA的信号传送到局部线圈信号输出接口LC_Out。
第三，测试工作状态。此时，二极管PIN DIODE1和PIN DIODE4具有-800V电压反向偏置，二极管PIN DIODE2和PIN DIODE3具有200mA电流正向偏置，即二极管PIN DIODE1和PIN DIODE4截止，二极管PIN DIODE2和PIN DIODE3导通，从而来自射频信号输入接口RFPA的信号传输到50欧姆的假负载而不通过体线圈信号输出接口BCCS_1传输至体线圈。
第二具体实施例
根据本发明的第二具体实施例的发射天线选择器的控制电路可以通过二极管的简单连接构成，例如，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管和一第四二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第一二极管的阴极与所述局部线圈信号输出接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阴极与所述假负载和所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极与所述体线圈信号输入接口连接。
根据第二具体实施例的发射天线选择器的控制电路同样能够完成本发明的技术方案，但是根据第二具体实施例的发射天线选择器的控制电路使用的反向偏置电压高达-800V，所以稳定性强在复杂信号情况下也不会受到干扰。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。在具体的实施过程中可对根据本发明的优选实施例进行适当的改进，以适应具体情况的具体需要。因此可以理解，本文所述的本发明的具体实施方式只是起示范作用，并不用以限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发射天线选择器，包括一控制电路、一体线圈信号输出接口和一局部线圈信号输出接口、一射频信号输入接口、一假负载，其中，
所述控制电路包括多个二极管，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述射频信号输入接口与所述体线圈输出信号接口导通或与所述局部线圈信号输出接口导通或与所述假负载导通。
2.如权利要求1所述的发射天线选择器，其特征在于，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管和一第三二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第一二极管的阴极与所述局部线圈信号输出接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阴极与所述假负载连接。
3.如权利要求1所述的发射天线选择器，其特征在于，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管和一第三二极管，所述第一二极管的阳极与所述射频信号输入接口和所述局部线圈信号输出接口连接，所述第一二极管的阴极接地，所述第二二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口和所述假负载连接，所述第三二极管的阴极接地，其中，所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述射频信号输入接口和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述假负载和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差。
4.如权利要求3所述的发射天线选择器，其特征在于，所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间、所述射频信号输入接口和所述第三二极管的阳极之间以及所述假负载和所述第三二极管的阳极之间分别包括一电感，从而分别具有1/4波长的奇数倍的相位差。
5.如权利要求1所述的发射天线选择器，其特征在于，所述发射天线选择器还包括一体线圈信号输入接口，所述射频信号输入接口与所述体线圈输出信号接口导通时，所述控制电路根据控制信号利用所述二极管将所述体线圈信号输入接口和与所述假负载导通。
6.如权利要求5所述的发射天线选择器，其特征在于，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管和一第四二极管，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第一二极管的阴极与所述局部线圈信号输出接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阴极与所述假负载和所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极与所述体线圈信号输入接口连接。
7.如权利要求5所述的发射天线选择器，其特征在于，所述控制电路包括一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管和一第四二极管，所述第一二极管的阳极与所述射频信号输入接口和所述局部线圈信号输出接口连接，所述第一二极管的阴极接地，所述第二二极管的阳极与所述射频信号输入接口连接，所述第二二极管的阴极与所述体线圈信号输出接口连接，所述第三二极管的阳极与所述射频信号输入接口、所述假负载和所述第四二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极接地，所述第四二极管的阴极与所述体线圈信号输入接口连接，其中，所述射频信号输入接口和所述第一二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述射频信号输入接口和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述假负载和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差，所述第四二极管的阳极和所述第三二极管的阳极之间具有1/4波长的奇数倍的相位差。
8.如权利要求7所述的发射天线选择器，其特征在于，所述第一二极管的阳极与所述射频信号输入接口、所述假负载和所述第四二极管的阳极之间分别包括一电感，从而分别具有1/4波长的奇数倍的相位差。
9.如权利要求1-8任一所述的发射天线选择器，其特征在于，所述控制电路还包括分别与所述多个二极管并联的多个保护电路和分别与所述多个二极管串联的多个电源，所述保护电路包括串联的一电容和一电感，所述电源用于控制所述二极管导通或截止。
10.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的发射天线选择器。
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