CN104678333B - 射频功率放大器及其输出补偿方法和磁共振成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频功率放大器及其输出补偿方法和磁共振成像(MRI)系统。所述射频功率放大器包括放大单元和补偿单元。补偿单元可以根据放大单元的输出的相关信息来确定待补偿输出，并对待补偿输出进行补偿。因此，可以减小待补偿输出的阶跃响应时间。

Description

射频功率放大器及其输出补偿方法和磁共振成像系统

技术领域

本发明通常涉及磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)领域，更具体地讲，涉及一种射频功率放大器及其输出补偿方法和包括该射频功率放大器的MRI系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)系统通常包括安装在电磁屏蔽室中的检查设备和安装在电磁屏蔽室外的控制检查设备的控制设备。检查设备包括产生静磁场的磁体、产生梯度磁场的梯度磁场线圈和产生射频磁场的射频线圈等。

此外，MRI系统还包括驱动射频线圈的射频功率放大器。射频功率放大器从外部(例如，控制设备)接收脉冲信号，将接收的脉冲信号放大，并将放大后的信号提供到射频线圈，因此驱动或控制射频线圈产生射频磁场。

普通的MRI系统在工作时选择梯度编码，梯度线圈的急速变化会产生比较大的噪音从而影响待测病人的舒适度。因此，已经提出了一种silent-MRI 系统，这样的silent-MRI系统采用了独特的编码而不再采用梯度编码，从而大大降低了噪音。

silent-MRI系统向其中凹口的射频功率放大器提供脉冲宽度小于大约 24μs(例如，等于大约8μs)或更小的脉冲信号。因此，要求接收具有这样的脉冲宽度很小的脉冲信号的射频功率放大器提供具有很短的阶跃响应时间 (例如，大约6μs)的输出。

此外，在现有技术中，射频功率放大器通常包括反馈补偿电路，以补偿射频功率放大器的输出的线性度。然而，这样的反馈补偿电路的补偿可造成阶跃响应时间的增大。

因此，需要一种可以向射频线圈提供具有很小的阶跃响应时间的输出的射频功率放大器。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于克服现有技术中的上述的和／或其他的问题。因此，本发明的示例性实施例提供了一种可以减小输出的阶跃响应时间的射频功率放大器及其输出补偿方法和磁共振成像系统。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种射频功率放大器。所述射频功率放大器包括：放大单元，被构造为接收从外部提供的具有一定脉冲宽度的输入信号，按照一定的增益对输入信号进行放大，并将放大后的输入信号作为输出提供到负载；输出信息获取单元，被构造为通过向放大单元提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号并使放大单元按照不同的增益对输入信号进行放大，来得到分别与每个输入信号和每个增益对应的输出的相关信息；待补偿输出确定单元，被构造为根据输出的相关信息来确定该输出是否为待补偿输出；补偿信号产生单元，被构造为根据待补偿输出的相关信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号；补偿信号提供单元，被构造为在放大单元向负载提供待补偿输出时，将由补偿信号产生单元产生的与该待补偿输出对应的补偿信号提供到放大单元，以减小该待补偿输出的阶跃响应时间。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种射频功率放大器的输出补偿方法，所述方法包括：向包括在射频功率放大器中的放大单元提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号并使放大单元按照不同的增益对输入信号进行放大，来得到放大单元的分别与每个输入信号和每个增益对应的输出的相关信息；根据输出的相关信息来确定该输出是否为待补偿输出；根据待补偿输出的相关信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号；当放大单元向负载提供待补偿输出时，将产生的与该待补偿输出对应的补偿信号提供到放大单元，以减小该待补偿输出的阶跃响应时间。

根据本发明的再一示例性实施例，提供了一种磁共振成像系统，所述磁共振成像系统可以包括如上所述的射频功率放大器。

通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。

附图说明

通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的磁共振成像(MRI)系统的示意性框图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的包括在MRI系统中的射频功率放大器的示意性框图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的射频功率放大器的输出的波形图；

图4是示出根据对比示例的射频功率放大器的输出的波形图；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的射频功率放大器的输出补偿方法的流程图。

在整个说明书附图部分和具体实施方式部分中，除非另外描述，否则相同的标号将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、图解和方便起见，可能夸大这些元件的相对尺寸和绘示。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的磁共振成像(MRI)系统的示意图。如图1中所示，根据示例性实施例的MRI系统可以包括脉冲信号产生器100、射频功率放大器200和负载300。

脉冲信号产生器100可以产生具有一定脉冲宽度的脉冲信号，并可以将产生的脉冲信号提供到射频功率放大器200，例如，提供到包括在射频功率放大器200的放大单元。这里，脉冲信号产生器100可以产生脉冲宽度小于大约24μs(例如，等于大约8μs)或更小的脉冲信号。

射频功率放大器200可以包括放大单元210和补偿单元230。放大单元 210可以接收从脉冲信号产生器100提供的脉冲信号，并按照一定的增益对输入信号进行放大。然后，放大单元210可以将放大后的输入信号作为输出提供提供到负载300。补偿单元230可以对放大单元210的输出进行补偿，例如，补偿单元230可以使放大单元210提供具有期望的阶跃响应时间(例如，为大约6μs)或期望的平均功率的输出，这将在下面进行更详细地描述。

在接收到来自放大单元210的输出之后，负载300可以进行操作。负载 300可以包括例如射频线圈。因此，在该示例性实施例中，射频线圈300可以根据来自放大单元210的输出而产生射频磁场。

根据示例性实施例，因为补偿单元可以对放大单元的输出进行补偿，所以射频功率放大器提供到负载的输出(即，放大单元的输出)可以具有较短的阶跃响应时间，从而负载可以根据从射频功率放大器接收的阶跃响应时间较短的输出进行操作。因此，根据示例性实施例的射频功率放大器可以被用于silent-MRI系统，且根据示例性实施例的MRI系统可以被实现为silent-MRI 系统。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的包括在MRI系统中的射频功率放大器的示意性框图。如图2中所示，射频功率放大器200可以包括放大单元210和补偿单元230，其中，补偿单元230可以包括输出信息获取单元231、待补偿输出确定单元233、补偿信号产生单元235和补偿信号提供单元237。

输出信息获取单元231可以得到放大单元210的与不同的输入信号和不同的增益对应的输出的相关信息。具体地讲，输出信息获取单元231可以向放大单元210提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号。为此，输出信息获取单元231可以包括另外的脉冲信号产生器。例如，输出信息获取单元231可以向放大单元210提供脉冲宽度分别为例如大约8μs、大约9μs、大约 10μs、......、大约24μs的17个输入信号。然而，示例性实施例不限于此，例如，输出信息获取单元231可以控制脉冲信号产生器100向放大单元210 提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号。在这样的情况下，输出信息获取单元231可以不包括另外的脉冲信号产生器。

当接收到脉冲宽度不同的输入信号时，放大单元210可以根据由输出信息获取单元231选择的增益对输入信号进行放大，并相应地产生不同的输出。例如，当接收到脉冲宽度分别为例如大约8μs、大约9μs、大约10μs、......、大约24μs的17个输入信号中的每个输入信号时，放大单元210可以根据由输出信息获取单元231选择的增益对该输入信号进行放大，并相应地产生与该输入信号和选择的增益对应的17个输出。因此，输出信息获取单元231可以得到分别与17个输入和选择的增益对应的17个输出的相关信息。例如，输出信息获取单元231可以将得到的输出的相关信息存储在存储器(未示出) 中。

然后，输出信息获取单元231可以改变放大单元210的增益，并重复上述过程。这里，因为放大单元210的增益可以不同，所以放大单元210的输出的功率也可以不同。因此，输出信息获取单元231可以通过选择或改变放大单元210的增益来使放大单元210的输出的功率在一定的范围内改变。例如，输出信息获取单元231可以选择或改变放大单元210的增益，以使放大单元210的输出改变为大约8KW、大约8.1KW、大约8.2KW、......、大约 10KW。在每一个增益(或输出功率)的情况下，输出信息获取单元231可以重复上述的过程。因此，输出信息获取单元231可以得到分别与17个输入和 21个增益(或输出功率)对应的357个输出的相关信息。

根据示例性实施例，输出信息获取单元231得到的输出的相关信息可以包括例如输出的波形、幅值、平均功率和／或阶跃响应时间等。输出信息获取单元231可以将得到的输出的相关信息发送到待补偿输出确定单元233。

当接收到输出的相关信息时，待补偿输出确定单元233可以根据输出的相关信息来确定该输出是否为待补偿输出。例如，待补偿输出确定单元233 可以根据输出的相关信息来确定该输出的阶跃响应时间是否大于预定的阶跃响应时间。当确定输出的阶跃响应时间大于预定的阶跃响应时间时，待补偿输出确定单元233可以将该输出确定为待补偿输出。这里，预定的阶跃响应时间可以为可以使负载300正常操作的输出的最大阶跃响应时间。在当前的示例性实施例中，输出的相关信息可以包括输出的阶跃响应时间。

然而，示例性实施例不限于此。因为输出的阶跃响应时间与输出的平均功率相关。例如，输出的阶跃响应时间越小，该输出的平均功率可以越大。因此，在另一个示例性实施例中，待补偿输出确定单元233可以根据输出的相关信息来确定该输出的平均功率是否小于预定的平均功率。当确定输出的平均功率小于预定的平均功率时，待补偿输出确定单元233可以将该输出确定为待补偿输出。这里，预定的平均功率可以为可以使负载300正常操作的输出的最小平均功率。在当前的示例性实施例中，输出的相关信息可以包括输出的平均功率。

然后，待补偿输出确定单元233可以将由输出信息获取单元231确定的输出的相关信息中的待补偿输出的相关信息发送到补偿信号产生单元235。然而，示例性实施例不限于此，在其他的示例性实施例中，待补偿输出确定单元231可以待补偿输出的确定结果发送到输出信息获取单元231。输出信息获取单元231可以在接收到待补偿输出的确定结果时，将与待补偿输出相关的信息发送到补偿信号产生单元235。

当接收到与待补偿输出相关的信息时，补偿信号产生单元235可以根据待补偿输出的相关信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号。例如，补偿信号产生单元235可以根据包括在输出的相关信息中的与输出的波形相关的信息来产生与该输出对应的补偿信号。例如，补偿信号的波形的起始端增加的幅度可以与输出的波形的起始端下降的幅度相等。补偿信号产生单元235 可以将产生的补偿信号发送到补偿信号提供单元237。

因此，当放大单元210向负载300提供待补偿输出时，补偿信号提供单元237将由补偿信号产生单元235产生的与该待补偿输出对应的补偿信号提供到放大单元210，以补偿该待补偿输出的阶跃响应时间和／或平均功率。因为补偿信号的波形可以与待补偿输出的波形反相，所以接收到这样的补偿信号的放大单元210的输出的阶跃响应时间可以减小，和／或平均功率可以增加，这将在下面进行更详细地描述。

图3是示出根据本发明的示例性实施例的射频功率放大器的输出的波形图，图4是示出根据对比示例的射频功率放大器的输出的波形图。

在图3中示出的示例性实施例中，脉冲信号产生器100可以将输入信号提供到射频功率放大器200的放大单元210。因为补偿单元230将与输入信号对应的补偿信号提供到放大单元210，所以射频功率放大器200的输出(即，放大单元210的输出)的阶跃响应时间可以为大约4μs。

然而，在图4中示出的对比示例中，脉冲信号产生器可以将脉冲宽度为大约16μs的输入信号(图4中的(A))和脉冲宽度为大约10μs的输入信号 (图4中的(B))提供到射频功率放大器的放大单元。因为补偿单元没有将与输入信号对应的补偿信号提供到放大单元，所以射频功率放大器的输出 (即，放大单元的输出)的阶跃响应时间可以为大约12μs(图4中的(A)) 和大约8μs(图4中的(B))。

因此，根据示例性实施例，因为补偿单元可以对放大单元的输出进行补偿，所以射频功率放大器提供到负载的输出(即，放大单元的输出)可以具有较短的阶跃响应时间或较大的平均功率，从而负载可以根据从射频功率放大器接收的阶跃响应时间较短或平均功率较大的输出进行操作。因此，根据示例性实施例的射频功率放大器可以被用于silent-MRI系统中，且根据示例性实施例的MRI系统可以被实现为silent-MRI系统。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的射频功率放大器的输出补偿方法的流程图。

根据示例性实施例，首先，可以得到输出的相关信息(S510)。如上所述，可以通过向包括在射频功率放大器中的放大单元提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号，并可以使放大单元按照不同的增益对输入信号进行放大，从而可以得到放大单元的分别与每个输入信号和每个增益对应的输出的相关信息。这里，得到的输出的相关信息可以包括例如输出的波形、幅值、平均功率和／或阶跃响应时间等。

然后，可以根据输出的相关信息来确定该输出是否为待补偿输出(S530)。例如，可以根据与输出的相关信息来确定该输出的阶跃响应时间是否大于预定的阶跃响应时间。当确定输出的阶跃响应时间大于预定的阶跃响应时间时，可以将该输出确定为待补偿输出。这里，预定的阶跃响应时间可以为可以使接收射频功率放大器的输出以进行操作的负载正常操作的输出的最大阶跃响应时间。此外，在当前的示例性实施例中，输出的相关信息可以包括输出的阶跃响应时间。

然而，示例性实施例不限于此。因为输出的阶跃响应时间与输出的平均功率相关。例如，输出的阶跃响应时间越小，该输出的平均功率可以越大。因此，在另一个示例性实施例中，可以根据输出的相关信息来确定该输出的平均功率是否小于预定的平均功率。当确定输出的平均功率小于预定的平均功率时，可以将该输出确定为待补偿输出。这里，预定的平均功率可以为可以使接收射频功率放大器的输出以进行操作的负载正常操作的输出的最小平均功率。此外，在当前的示例性实施例中，输出的相关信息可以包括输出的平均功率。

在确定了待补偿输出之后，可以根据待补偿输出的相关信息来产生与待补偿输出对应的补偿信号(S550)。例如，可以根据包括在输出的相关信息中的与输出的波形相关的信息来产生与该输出对应的补偿信号。例如，补偿信号的起始端的幅度增加可以与输出的起始端衰减的相等。

因此，当射频功率放大器向负载提供待补偿输出时，可以将产生的与该待补偿输出对应的补偿信号提供到放大单元(S570)，以减小该待补偿输出的阶跃响应时间和／或增大该待补偿输出的平均功率。

因此，根据示例性实施例，因为可以对放大单元的输出进行补偿，所以射频功率放大器的输出补偿方法而提供到负载的输出可以具有较短的阶跃响应时间或较大的平均功率，从而负载可以根据这样的阶跃响应时间较短或平均功率较大的输出进行操作。因此，根据示例性实施例的射频功率放大器可以被用于silent-MRI系统中，且根据示例性实施例的MRI系统可以被实现为 silent-MRI系统。

根据示例性实施例的射频功率放大器及其输出补偿方法和包括这样的射频功率放大器的MRI系统可以预先确定待补偿输出和与之相应的补偿信号，因此，可以在射频功率放大器输出待补偿输出时向射频功率放大器提供相应的补偿信号，从而减小该待补偿输出的阶跃响应时间，提高该待补偿输出的平均功率。因此，可以满足MRI系统(例如，silent-MRI系统)的要求。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和／或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和／或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种射频功率放大器，所述射频功率放大器包括：

放大单元，被构造为接收从外部提供的具有一定脉冲宽度的输入信号，按照一定的增益对输入信号进行放大，并将放大后的输入信号作为输出提供到负载；

输出信息获取单元，被构造为通过向放大单元提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号并使放大单元按照不同的增益对输入信号进行放大，来得到分别与每个输入信号和每个增益对应的输出的相关信息，所述输出的相关信息包括输出的阶跃响应时间或输出的平均功率；

待补偿输出确定单元，被构造为根据输出的相关信息来确定该输出是否为待补偿输出；

补偿信号产生单元，被构造为根据待补偿输出的相关信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号；

补偿信号提供单元，被构造为在放大单元向负载提供待补偿输出时，将由补偿信号产生单元产生的与该待补偿输出对应的补偿信号提供到放大单元，以减小该待补偿输出的阶跃响应时间。

2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中，待补偿输出确定单元被构造为根据输出的相关信息来确定该输出的阶跃响应时间是否小于预定的阶跃响应时间，并被构造为将阶跃响应时间大于预定的阶跃响应时间的输出确定为待补偿输出。

3.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中，待补偿输出确定单元被构造为根据输出的相关信息来确定该输出的平均功率是否小于预定的平均功率，并被构造为将平均功率小于预定的平均功率的输出确定为待补偿输出。

4.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中，输出的相关信息包括与输出的波形相关的信息。

5.如权利要求4所述的射频功率放大器，其中，补偿信号产生单元被构造为根据与待补偿输出的波形相关的信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号。

6.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中，放大单元被构造为将放大后的信号输出到包括在磁共振成像系统中的射频线圈。

7.一种射频功率放大器的输出补偿方法，所述方法包括：

向包括在射频功率放大器中的放大单元提供脉冲宽度彼此不同的多个输入信号并使放大单元按照不同的增益对输入信号进行放大，来得到放大单元的分别与每个输入信号和每个增益对应的输出的相关信息，所述输出的相关信息包括输出的阶跃响应时间或输出的平均功率；

根据输出的相关信息来确定该输出是否为待补偿输出；

根据待补偿输出的相关信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号；

当放大单元向负载提供待补偿输出时，将产生的与该待补偿输出对应的补偿信号提供到放大单元，以减小该待补偿输出的阶跃响应时间。

8.如权利要求7所述的方法，其中，确定待补偿输出的步骤包括：

根据输出的相关信息来确定该输出的阶跃响应时间是否大于预定的阶跃响应时间；

将阶跃响应时间小于预定的阶跃响应时间的输出确定为待补偿输出。

9.如权利要求7所述的方法，其中，确定待补偿输出的步骤包括：

根据输出的相关信息来确定该输出的平均功率是否小于预定的平均功率；

将平均功率小于预定的平均功率的输出确定为待补偿输出。

10.如权利要求7所述的方法，其中，输出的相关信息包括与输出的波形相关的信息。

11.如权利要求10所述的方法，其中，产生补偿信号的步骤包括：

根据与待补偿输出的波形相关的信息来产生与该待补偿输出对应的补偿信号。

12.一种磁共振成像系统，所述磁共振成像系统包括如权利要求1至权利要求6中的任意一项权利要求所述的射频功率放大器。

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