CN104515963B

CN104515963B - 磁共振射频匀场系统

Info

Publication number: CN104515963B
Application number: CN201410796260.4A
Authority: CN
Inventors: 陈潇; 欧航; 李烨; 刘新; 胡小情
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: CN104515963A

Abstract

本发明提供了一种磁共振射频匀场系统，该系统包括：2ⁿ个单独激励脉冲源，用于产生脉冲信号，其中，n为正整数；2ⁿ个调整电路，与所述2ⁿ个单独激励脉冲源相连，用于对来自所述单独激励脉冲源的脉冲信号进行处理；发射线圈，所述脉冲信号经过所述2ⁿ个调整电路后，连接至所述发射线圈，在脉冲信号的激励下，所述发射线圈发射电磁波；其中，所述2ⁿ个单独激励脉冲源和所述2ⁿ个调整电路可选择地连入所述射频匀场系统中，以形成预定通道数和源数的射频匀场系统。本发明解决了现有技术中射频匀场系统调控自由度少且高场射频匀场能力不够的技术问题，具有良好的系统可移植性和适用性、达到了提高匀场系统调控自由度和射频匀场能力的技术效果。

Description

磁共振射频匀场系统

技术领域

本发明涉及多通道射频匀场技术领域，特别涉及一种磁共振射频匀场系统。

背景技术

射频发射场不均匀会影响图像的对比度，使图像失去诊断的价值，如何避免射频发射场的不均性是现有的高场磁共振系统在临床应用上面临的一个技术难点。影响射频发射场均匀性的因素主要有两个：

1)驻波和近场效应，该效应使得射频发射场和相应的翻转角随空间变化而变化。

2)电磁波的衰减常数随组织的电导率的增加而增加，并且人体各部分组织的电导率差别很大，从而导致成像区域内翻转角分布不均匀。

基于多通道发射的射频匀场技术被公认为是解决这一问题最好的方法，该技术通过对不同发射通道的射频脉冲波形以及幅度和相位的控制，来改善和优化射频发射场的均匀性。

目前常用的几种多通道发射的射频匀场技术主要包括：

1)多通道发射(Multi Transmit)，发射线圈保持传统的鸟笼设计，但使用两组独立的射频放大器驱动正交模式的体线圈，两组射频放大器可以分别调控波形，幅度，相位和频率。

2)多通道驱动(“Multi Drive")，设计上仍然采用传统的鸟笼线圈，但是驱动的方法从圆极化(发射脉冲从两个放大器输出，相位相差90度)改进到四端口驱动。

3)在新一代的3T磁共振系统(Skyra)上引入与上述第一种方式类似的二通道并行发射系统，使用两组独立的射频放大器驱动正交模式的鸟笼体线圈，两通道可以分别调控波形，幅度，相位和频率。

然而，上述几种方式的射频匀场技术多是针对鸟笼体线圈的两通道发射设计的，调控自由度较少，且高场射频匀场能力不够，效果有限。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种磁共振射频匀场系统，以解决现有技术中射频匀场技术调控自由度少且高场射频匀场能力不够的技术问题，该磁共振射频匀场系统包括：

2ⁿ个单独激励脉冲源，用于产生脉冲信号，其中，n为正整数；

2ⁿ个调整电路，与所述2ⁿ个单独激励脉冲源相连，用于对来自所述单独激励脉冲源的脉冲信号进行处理；

发射线圈，所述脉冲信号经过所述2ⁿ个调整电路后，连接至所述发射线圈，在脉冲信号的激励下，所述发射线圈发射电磁波；

其中，所述2ⁿ个单独激励脉冲源和所述2ⁿ个调整电路能够根据匀场需要可选择地连入所述射频匀场系统中，以形成预定通道数和源数的射频匀场系统。

在一个实施例中，上述射频匀场系统还包括：

设置在所述2ⁿ个单独激励脉冲源和所述2ⁿ个调整电路之间的n层分路器；

设置在所述2ⁿ个调整电路和所述发射线圈之间的n层合路器；

射频开关组，对所述n层分路器和所述n层合路器中各个分路器和合路器与所述射频匀场系统的连接关系进行控制，以形成预定通道数和源数的射频匀场系统。

在一个实施例中，调整电路包括：

相移器，用于对输入的脉冲信号进行相位调整；

调幅器，与所述相移器相连，用于对所述相移器输出的脉冲信号进行幅度调整；

放大器，与所述调幅器相连，用于对所述调幅器输出的脉冲信号进行放大。

在一个实施例中，所述相移器的相位和所述调幅器的调幅系数是能够调节的。

在一个实施例中，所述n层分路器中的每个分路器设置有两个分路端，且为每个分路器设置一非分路端，当所述射频开关组与所述两个分路端相连，则该分路器将一路脉冲信号分为两路，以按照需要实现不同源数的射频匀场系统。

在一个实施例中，所述n层合路器中的每个合路器设置有两个合路端，且为每个合路器设置一个非合路端，当所述射频开关组与所述两个合路端相连，则该合路器将两路脉冲信号合为一路，以按照需要实现不同通道数的射频匀场系统。

在一个实施例中，n小于等于4。

在本发明实施例中，提供了一种磁共振射频匀场系统，该磁共振射频匀场系统中包括多个单独激励脉冲源和多个调整电路，通过射频开关组和分路器和合路器的配合作用，使得多个单独激励脉冲源和多个调整电路可选择连接至射频匀场系统中，从而可以按照需要形成预定通道数和源数的射频匀场系统。通过上述方式解决了现有技术中射频匀场技术调控自由度少且高场射频匀场能力不够的技术问题，具有良好的系统可移植性和适用性、达到了提高匀场系统调控自由度和射频匀场能力的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的多通道射频匀场系统示意图；

图2是根据本发明实施例的十六通道多源射频匀场示意图；

图3是根据本发明实施例的十六通道单源射频匀场示意图；

图4是根据本发明实施例的八通道多源射频匀场系统示意图；

图5是根据本发明实施例的八通道单源射频匀场示意图；

图6是根据本发明实施例的两通道双源射频匀场示意图；

图7是根据本发明实施例的两通道单源射频匀场示意图；

图8是根据本发明实施例的传统的鸟笼线圈发射链路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

考虑到现有技术中存在的射频匀场技术多是针对鸟笼体线圈的两通道发射，调控自由度较少，高场射频匀场能力不够，效果有限，在本发明实施例中提出了一种磁共振射频匀场系统，该磁共振射频匀场系统可以实现并行发射通道数在一定范围内自动可调(例如，可以调节为2、4、8、16等通道数)，系统的适用性和移植性比较好。

如图1所示，该磁共振射频匀场系统包括：

具体的，由图1可以看出，是以n＝4为例的射频匀场系统示意图，在该射频匀场系统中，输入端是16个单独的激励脉冲源(i1、i2…、i16)，因此可以实现多达16路的并行发射和射频匀场。

进一步的，为了使得每一通道发射源的参数(例如：频率、幅度、相位和波形等)是可进行独立调节的，每一路都配置了一个调整电路，具体的，如图1所示，每一路配置了一个相移器，用于控制相位的变化，在相移器后接入了调幅器，用于控制激励信号的幅度，然后再接入放大器，对激励信号进行放大。

同时，在相移器前的输入端配备了分路器，可将一路信号分为两路或者多路，在放大器后的输出端配置了合路器，可以实现多路信号的合并，激励脉冲信号经过放大器后，连接到发射线圈。

由图1可以看出，分路器一共有4层，通过I排开关、II排开关、III排开关和IV排开关分别对每层分路器是否连入电路中进行控制，合路器一共也有4层，通过V排开关、VI排开关、VII排开关和VIII排开关分别对每层合路器是否连入电路进行控制，这些开关按照实际需要可以设计成自动控制，也可以设置为手动控制。

以图1中e0接口后面所连接的分路器为例进行说明，e0接口后面整个弧形代表分路器，上下两路射频开关如果打到分路器(即，打在分路端)上，则代表将e0接口的脉冲信号分为两路，如果射频开关都不打到分路器(即，打在非分路端)上，则脉冲信号通过d1、d2直接与后续电路连接。也就是说，每个分路器都包含两个分路端，旁边有一个非分路端，根据需要，射频开关组中的射频开关可以与不同的分路端或非分路端连通，以实现不同源数的射频匀场系统，同样的合路器端也是一样的，在此不再赘述。

即，通过射频开关与分路器和合路器的配合，可以按照需要实现不同通道数和不同源数的射频匀场系统。

下面将结合几个具体的实施例对图1所示的磁共振射频匀场系统进行说明：

1)16通道多源射频匀场

将图1中的第IV排打到下方非分路端，将第V排开关打到下方非合成端，从而使得图1中的16路激励脉冲分别接入输入端16通道(a1、a2…a16)，16路输出端分别为A1、A2…A16，然后接到发射线圈，形成了如图2所示的多源16通道并行发射，其中，每一路的幅度和相位都是可调的。

2)单源16通道射频匀场链路

在图1中接入脉冲激励源到e0，输入端每一排开关(I，II，III，IV排)均打到信号分路端，输出端A1、A2…A16接发射线圈，从而构成了如图3所示的单源16通道射频匀场链路。

3)8通道多源并行发射链路

将图1中输入端的第III排射频开关打到上方非分路端，将第IV排开关均打到分路端，将输出端第V排开关均打到信号合成端，将第VI排开关打到上方非合成端，脉冲激励在输入端接b1、b2…b8，输出口B1、B2…B8接入发射线圈，即可构成如图4所示的8通道多源并行发射链路。

4)8通道射频匀场链路

将图1中左边输入端的每一排开关(I、II、III、IV排)均打到信号分路口，输出端第V排开关打到信号合成端，第VI排开关打到上方非合成端，接入脉冲激励源到e0，输出端B1、B2…B8接入到发射线圈，即可构成如图5所示的8通道射频匀场链路。

5)2通道双源并行发射链路

将图1中输入端的第I排开关打到上方非分路端，将图1中第II、III、IV排开关打至信号分路端，将输出端第V、VI和VII排开关打至信号合成端，将第VIII排开关打至非合成端，输入端d1和d2接射频脉冲，输出端D1和D2接发射线圈，即可构成如图6所示的2通道双源并行发射链路。

6)2通道单源射频匀场链路

将图1中输入端的第I、II、III和IV排开关全打至分路端，将输出端第V、VI和VII排开关打至信号合成端，将第VIII排开关打至非合成端，输入端e0接射频脉冲，输出端D1和D2接发射线圈，即可构成如图7所示的2通道单源射频匀场链路。

7)传统的正交发射链路

将图1中的发射端射频开关(第I、II、III和IV排)均打至信号分路端，将输出端射频开关(第V、VI、VII和VIII排)均打至合路端，输入e0接射频脉冲，输出端只有一路总输出E0，连接90度正交激励装置分为两路，再连接鸟笼发射线圈，即可构成如图8所示的传统的正交发射链路。

然而，值得注意的是，上述所列举的几种具体实现形式仅是为了更好地说明本发明，采用本申请图1中的射频匀场系统，通过对射频开关的通断控制，还可以实现其它类型的射频匀场链路，例如，还可以实现4通道单源射频匀场链路、4通道双源射频匀场链路等，只需要按照上述方式调整射频开关即可，具体采用何种方式可以按照实际需要设定。

在上述图1至图8中都是以n＝4为例进行说明，分别能够实现，2、4、8，最多到16通道的射频匀场，然而需要说明的是，在实际实现的过程中，n也可以＝5,6，即实现多达32、64通道的射频匀场。但是，从实际需要看，16通道一般而言就已经很多，有非常足够的自由度去控制每个通道参数，以实现射频匀场。32、64通道等相对而言成本过高，且实际研发设计中，其他因素也导致其实现难度很大，根据通道数能调节出的最好射频匀场性能也具有边际效应，例如：对于临床成像，16通道并不会比8通道好1倍，其成像质量可能差异很小到不足以影响成像判断。但是成本和研发难度却增加很多。因此，在实际使用的过程中，一般最多实现16通道射频匀场。对于n的取值可以按照实际需要综合成本收益选取。

在本例中，提出了一种磁共振射频匀场系统，该系统中的通道数是可调的，既可以用于现有的基于鸟笼体线圈的两通道正交激励，也可以用于特殊线圈的多通道并行发射，能够实现并行发射通道数在一定范围内的自动可调(例如：2、4、8、16通道数)，系统适用性和移植性好，而且每一个通道发射源的参数(例如：频率、幅度、相位、波形等)都可以进行独立的调节，达到对射频发射场的时空控制，提高了发射场的均匀性，同时控制精度高，自由度大，匀场能力强，且系统适用性和移植性好。

在具体实现的时候，因不同病人在线圈中的射频场是不一样的，因此其均匀性也是不一样的，根据病人扫描时得到的射频场特性(这种特性一般都是不均匀的)，调节各个通道相位幅度，改善其射频场特性，实现其均匀性。即，在核磁共振成像(MRI)系统中，可以根据不同病人的尺寸和位置影响来获得射频匀场系数，从而来调节相移器、调幅器和射频脉冲来实现射频场的均匀性。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：提供了一种磁共振射频匀场系统，该磁共振射频匀场系统中包括多个单独激励脉冲源，多层分路器和多层合路器，且包括一个射频开关组，通过该射频开关组对各个分路器和合路器是否被接入至射频匀场系统进行控制，使得该射频匀场系统可以按照需要形成预定的通道数和源数的射频匀场链路。通过上述方式解决了现有技术中射频匀场技术调控自由度少且高场射频匀场能力不够的技术问题，具有良好的系统可移植性和适用性、达到了提高匀场系统调控自由度和射频匀场能力的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磁共振射频匀场系统，其特征在于，包括：

其中，所述2ⁿ个单独激励脉冲源和所述2ⁿ个调整电路能够根据匀场需要可选择地连入所述射频匀场系统中，以形成预定通道数和源数的射频匀场系统；

其中，所述磁共振射频匀场系统还包括：

射频开关组，对所述n层分路器和所述n层合路器中各个分路器和合路器与所述射频匀场系统的连接关系进行控制，以形成预定通道数和源数的射频匀场系统；

所述调整电路包括：

相移器，用于对输入的脉冲信号进行相位调整；

2.如权利要求1所述的磁共振射频匀场系统，其特征在于，所述相移器的相位和所述调幅器的调幅系数是能够调节的。

3.如权利要求1所述的磁共振射频匀场系统，其特征在于，所述n层分路器中的每个分路器设置有两个分路端，且为每个分路器设置一非分路端，当所述射频开关组与所述两个分路端相连，则该分路器将一路脉冲信号分为两路，以按照需要实现不同源数的射频匀场系统。

4.如权利要求1所述的磁共振射频匀场系统，其特征在于，所述n层合路器中的每个合路器设置有两个合路端，且为每个合路器设置一个非合路端，当所述射频开关组与所述两个合路端相连，则该合路器将两路脉冲信号合为一路，以按照需要实现不同通道数的射频匀场系统。

5.如权利要求1至4中任一项所述的磁共振射频匀场系统，其特征在于，n小于等于4。