CN106264527B - 一种磁共振射频接收线圈系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种磁共振射频接收线圈系统。该磁共振射频接收线圈系统包括：至少一个线圈单元和控制单元；所述控制单元，与所述线圈单元相连，用于根据预设的控制状态向所述线圈单元发送对应控制指令；所述线圈单元，设置有用于接收调谐控制电压的调谐接收端和用于接收失谐控制电流的失谐接收端，所述调谐接收端之间相互并联，所述失谐接收端之间相互串联；所述线圈单元用于根据接收的控制指令选择失谐控制电流或者调谐控制电压作用在线圈单元的电路中，使得线圈单元对应处于失谐状态或者调谐状态。本实施例提供的技术方案可以简化系统互连线，有利于系统整合集成，并且显著降低了驱动电路的功耗。

Description

一种磁共振射频接收线圈系统

技术领域

本发明实施例涉及磁共振技术，尤其涉及一种磁共振射频接收线圈系统。

背景技术

在磁共振系统中，射频接收线圈实际是一个接收阵列，内含有多个接收天线，每个接收天线作为接收阵列的一个组成单元负责独立的接收来自人体负载的射频回波信号，同时也需要能够进行调谐和失谐的控制。磁共振射频大功率发射期间要求所有接收线圈单元处于失谐状态，人体发出回波信号时要求选定的部分接收线圈单元处于调谐状态，未被选中的接收线圈单元处于失谐状态，选中的线圈单元一般是位置上距离成像片层最近的，因此我们注意到，磁共振系统中有对接收阵列中的每个单元都单独进行控制的需求。

现有技术对线圈单元的控制是采用所有线圈全并行控制的方式，比如，一个含有24个线圈单元的接收阵列，就需要24根调谐失谐控制信号，每一根调失谐控制信号单独控制一线圈单元。

而现有技术仍存在如下缺陷：全并行控制的方式在失谐状态时会产生大量功耗，举例说明，一般失谐的控制是通过二极管的恒流导通控制的，而恒流源电流一般在100mA左右，由一个15V的源电压来驱动，若有15个单元没被选通处于常失谐状态，全并行控制时功率就会出现15*0.1*15＝22.5W的总功耗。其中线圈被分担了一少部分，大部分功耗被产生调谐失谐信号的控制驱动电路消耗。对于发热敏感的线圈，就必须要将线圈控制驱动电路布置到离线圈尽量远的地方，因此无法整合集成，同时也会让系统走线变的拖沓。

发明内容

本发明实施例提供一种磁共振射频接收线圈系统，以实现简化系统互连线，降低驱动电路的功耗的目的。

本发明实施例提供了一种磁共振射频接收线圈系统，包括：至少一个线圈单元和控制单元；

所述控制单元，与所述线圈单元相连，用于根据预设的控制状态向所述线圈单元发送对应控制指令；

所述线圈单元，设置有用于接收调谐控制电压的调谐接收端和用于接收失谐控制电流的失谐接收端，所述调谐接收端之间相互并联，所述失谐接收端之间相互串联；

所述线圈单元用于根据接收的控制指令选择失谐控制电流或者调谐控制电压作用在线圈单元的电路中，使得线圈单元对应处于失谐状态或者调谐状态。

本发明实施例通过在线圈单元上设置用于接收调谐控制电压的调谐接收端和用于接收失谐控制电流的失谐接收端，且调谐接收端之间相互并联呈现星状拓扑结构，失谐接收端之间相互串联呈现类菊花链型结构，这种串并联结合的控制构架使得不论有多少个线圈单元，都只需要驱动电路提供两根信号线就可以满足所有线圈单元的需求，极大的减少了系统互联信号线数量，有利于系统整合集成，并且显著降低了驱动电路的功耗。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图，本实施例可适用于利用射频接收线圈来接收人体射频回波信号的情况，如图1所示，该磁共振射频接收线圈系统的具体结构包括：至少一个线圈单元2和控制单元1；所述控制单元1，与所述线圈单元2相连，用于根据预设的控制状态向所述线圈单元2发送对应控制指令；所述线圈单元2，设置有用于接收调谐控制电压的调谐接收端Tune和用于接收失谐控制电流的失谐接收端Detune，所述调谐接收端Tune之间相互并联，所述失谐接收端Detune之间相互串联；所述线圈单元2用于根据接收的控制指令选择失谐控制电流或者调谐控制电压作用在线圈单元2的电路中，使得线圈单元2对应处于失谐状态或者调谐状态。

其中，线圈单元2相当于一个接收天线，在人体的共振频率下线圈单元2是调谐状态的就可以接收到人体负载的射频回波信号，射频回波信号可为后续图像重建系统使用，线圈单元2是失谐状态的则无法接受信号。通常会选择距离成像区较近的线圈单元2处于调谐状态，因为信号直接来自人体被扫描的部位，距离越近，接收的信号越强，信噪比也越高；距离成像区较远的线圈单元2，接收到的射频回波信号非常微弱接近噪声，因此各线圈单元2接收到的信号在合成后会恶化整体的信噪比，且距离成像区较远的线圈单元2还会与其他线圈单元2相互耦合而导致其他线圈单元2偏离最近接收状态，因此对于距离成像区较远的线圈单元2通常会将其失谐掉，从而不会加入到图像的合成算法中，也不会影响其他用于成像的线圈单元2，因此在实际应用时，根据其成像区位置的不同或者成像要求的不同，对每一线圈单元2处于调失谐状态的要求也不同。

其中，控制单元1可以是集成有可编程逻辑器件，如FPGA(Field－ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)的控制电路板，所有可能的控制状态都预先存储在可编程逻辑器件内置的ROM或者控制电路内的独立ROM器件中，线圈单元2都可以是调谐状态或者失谐状态两种可控状态，当有N个线圈单元2时，最多可以有2的N次方种控制状态。

其中，预设的控制状态规定了每一线圈单元2的调失谐状态，控制单元1向需要处于调谐状态的线圈单元2发送调谐指令，向需要处于失谐状态的线圈单元2发送失谐指令。在一般的临床应用场景中，预设的控制状态通常由具体的扫描协议来设定，当选择不同的扫描协议时，其规定的处于调谐状态的线圈单元2是不同的，相应的，处于失谐状态的线圈单元2也是不同的，例如，扫描头部的协议中规定了头部线圈单元2处于调谐状态，非头部线圈单元2处于失谐状态；扫描颈椎的协议中规定了脊柱线圈单元2处于调谐状态，非脊柱线圈单元2处于失谐状态。可选择的，该预设的控制状态也可以由人为设定，使用者可以根据实际需要规定每一线圈单元2的调失谐状态。

其中，控制单元1通过控制总线来输出控制指令，控制总线可以是单线的1-wire总线、双线的I2C总线或者三线的SPI总线，优选控制总线为1-wire总线以节省线缆。如图1所示，控制单元1通过控制总线向第1个线圈单元2、第2个线圈单元2……第N个线圈单元2对应输出的控制指令依次为Ctrl_1、Ctrl_2……Ctrl_N。

其中，可以通过驱动电路来同时提供调谐控制电压和失谐控制电流，因此接收阵列中的所有线圈单元2由一对调谐控制电压信号和失谐控制电流信号共同控制，线圈单元2也可以是多个线圈在一起构成的一个线圈群组，同一群组内的每个线圈在调谐时公用调谐控制电压，在失谐时均分失谐控制电流。进一步，调谐控制电压可以是反向电压V_T，失谐控制电流可以是正向电流I_D。

进一步，调谐接收端Tune之间相互并联使得调谐控制电压并联接入每一线圈单元2中，失谐接收端Detune之间相互串联使得失谐控制电流串联接入每一线圈单元2中，因此不论有多少个线圈单元2，驱动电路都只需要两根信号线即可满足所有线圈单元2的需求，如此大大简化了系统互连信号线的数量，且由于失谐控制电流贯穿所有的线圈单元2，因此大大减少了驱动电路的功耗。

本实施例提供的技术方案，通过在线圈单元2上设置用于接收调谐控制电压的调谐接收端Tune和用于接收失谐控制电流的失谐接收端Detune，再通过控制单元1的控制来选择失谐控制电流或者调谐控制电压作用在线圈单元2的电路中，使得线圈单元2对应处于失谐状态或者调谐状态，其中调谐接收端Tune之间相互并联呈现星状拓扑结构，失谐接收端Detune之间相互串联呈现类菊花链型结构，这种串并联结合的控制构架使得不论有多少个线圈单元2，都只需要驱动电路提供两根信号线就可以满足所有线圈单元2的需求，极大的节省了线圈的对外接口的复杂度，减少了系统互联信号线数量，有利于系统整合集成，并且显著降低了驱动电路的功耗。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图，具体是线圈单元2的结构示意图，本实施例在上述实施例的基础上，优选的，所述线圈单元2包括：开关子单元，用于接收控制指令，并根据接收的控制指令控制开关的状态；切换子单元，用于根据开关的状态将失谐接收端Detune或者调谐接收端Tune接入切换子单元的电路中，使得线圈单元2对应处于失谐状态或者调谐状态。

其中，开关子单元的控制是通过弱电的数字电平来控制。开关子单元包括至少一个开关，根据控制单元1发送的不同控制指令，开关子单元控制开关的不同状态。

具体地，所述开关子单元包括第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3；所述第一开关SW1一端与切换子单元相连，另一端根据接收的控制指令选择接地或者接入下一线圈单元2的失谐接收端(图2中以Detune_0表示)；所述第二开关SW2一端与切换子单元相连，另一端根据接收的控制指令连接失谐接收端Detune或者调谐接收端Tune；所述第三开关SW3设置在失谐接收端Detune与下一线圈单元2的失谐接收端(图2中以Detune_0表示)的连接线路上，并根据接收的控制指令选择断开或者闭合。

其中，第一开关SW1和第二开关SW2可以是单刀双掷开关(SPDT),第三开关SW3可以是单刀单掷开关(SPST)。

开关子单元的工作原理为：当接收的控制指令为调谐指令时，第二开关SW2连接调谐接收端Tune，将反向电压V_T(即调谐控制电压)引入切换子单元的电路中，第一开关SW1接地使得反向电压V_T起作用，第三开关SW3闭合将正向电流I_D(即失谐控制电流)引入下一线圈单元2中；当接收的控制指令为失谐指令时，第二开关SW2连接失谐接收端Detune，将正向电流I_D引入切换子单元的电路中，第三开关SW3断开避免正向电流I_D分流，第一开关SW1连接下一线圈单元2的失谐接收端(图2中以Detune_0表示)，使得正向电流I_D经切换子单元后再流入下一线圈单元2中，需要说明的是，最后一个线圈单元2的第一开关SW1可以接地，从而使正向电流I_D从输入端可以一直贯穿下去。

具体地，所述切换子单元包括第一电感L1、调失谐二极管D1和含有第一电容C1的接收线圈4；所述第一电感L1一端与第一电容C1相连，另一端分别与调失谐二极管D1正极和第二开关SW2相连，并根据第二开关SW2的状态与失谐接收端Detune或者调谐接收端Tune相连；所述调失谐二极管D1负极分别与第一电容C1和第一开关SW1相连。

其中，第一电容C1串联在接收线圈4中，接收线圈4相当于天线，用于在调谐时接收人体负载的射频回波信号，接收线圈4可以和射频接收链(在图2中以Rx示意，Rx为Receive，意为接收)相连，用以对接收的射频回波信号进行后续处理。

优选的，所述接收线圈4包括第一电容C1和至少一个第二电容C2，所述第二电容C2相互串接后与第一电容C1串接以形成环形线圈。其中，每一电容连接两块铜导线，用以形成接收线圈4的谐振回路，连接方式可以为焊接，即电容的焊端直接焊接到铜导线上，另外，接收线圈4中的几个电容在容值近似或相等时还可均匀分布电容，使得场的分布更加均匀。

切换子单元的工作原理为：当接入正向电流I_D时，调失谐二极管D1导通，近似短路，正向电流I_D流经调失谐二极管D1进入下一线圈单元2，此时第一电感L1与第一电容C1形成并联谐振回路，该并联谐振回路串于线圈4中使得接收线圈4无法在成像频段(即调谐状态下接收线圈4的谐振频率)下谐振，处于开路状态，接收线圈4不能正常工作而处与失谐状态，无法接收信号；当接入反向电压V_T时，调失谐二极管D1反向截止，反向电压V_T作用在调失谐二极管D1的两端，此时第一电感L1不再与第一电容C1形成谐振回路，接收线圈4不再受干扰而在成像频段近似短路，即接收线圈4可以在谐振频率上谐振而处于调谐状态。

本实施例提供的技术方案，根据控制单元1发送的失谐指令控制线圈单元2中开关的状态，使得正向电流I_D作用于当前线圈单元2中再流入下一线圈单元2，以及根据控制单元1发送的调谐指令控制线圈中的状态，使得反向电压V_T作用于当前线圈单元2中，而正向电流I_D绕过当前线圈单元2，直接流向下一线圈单元2中，如此使得一个正向电流I_D贯穿所有的线圈单元2，节省了线圈的对外接口的复杂度，减少了系统互联信号线数量，有利于系统整合集成，并且显著降低了驱动电路的功耗。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述线圈单元2还包括被动失谐电路3，用于在大功率时自动导通，使得线圈单元2自动处于失谐状态；所述被动失谐电路3一端与调失谐二极管D1正极和第一电感L1相连，另一端与调失谐二极管D1负极和第一电容C1相连。其中，在线圈单元2处于调谐状态时，如果射频发射功率大于一预设的阈值，则被动失谐电路3的二极管自动导通，使得第一电感L1和第一电容C形成谐振回路，使线圈单元2处于失谐状态，被动失谐电路3主要用于保护线圈单元2在主动失谐电路没有工作时不被大功率打坏。

该磁共振射频接收线圈系统的工作原理为：根据控制单元1发送的调谐指令控制第一开关SW1接地，第二开关SW2连接调谐接收端Tune，第三开关SW3闭合，使得调谐控制电压作用在线圈单元2的电路中以使调失谐二极管D1反向截止，第一电感L1和第一电容C1无法形成谐振回路，接收线圈4正常工作而处于调谐状态；以及根据控制单元1发送的失谐指令控制第一开关SW1接入下一线圈单元2的失谐接收端(图2中以Detune_0表示)，第二开关SW2连接失谐接收端Detune，第三开关SW3断开，使得失谐控制电流作用在线圈单元2的电路中以使调失谐二极管D1正向导通，第一电感L1管和第一电容C1形成谐振回路，所述谐振回路串于接收线圈中使得接收线圈4无法正常工作而处于失谐状态。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图，具体是线圈单元2的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选的，所述切换子单元还包括第二电感L2，所述第二电感L2的一端分别与第一电感L1和调失谐二极管D1正极相连，另一端与第二开关SW2相连，并根据第二开关SW2的状态与失谐接收端Detune或者调谐接收端Tune相连。

其中，第二电感L2的作用是通直隔交，为了节省线缆，可以将射频信号与线圈的控制信号(正向电流I_D或者反向电压V_T)共用线缆，因此驱动电路提供的正向电流I_D/反向电压V_T中可能会耦合有射频信号，在线圈单元2中通过第二电感L2过滤。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图，本实施例与实施例三的区别在于，本实施例中将具有通直隔交功能的电感分别设置在驱动电路输出正向电流I_D和反向电压V_T的连接线路上，即在输出正向电流I_D的连接线路上串联一第三电感L3，在输出反向电压V_T的连接线路上串联一第四电感L4。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的一种磁共振射频接收线圈系统的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是还包括第四开关SW0，设置在失谐接收端Detune的串联线路上，用于根据控制单元1发送的控制指令选择断开或者闭合失谐控制电流的回路。

其中，当第四开关SW0闭合时，每一线圈单元2可以根据接收的控制指令选择是否将失谐控制电流作用在线圈单元2中，而当第四开关SW0断开时，失谐控制电流的回路被断开，所有线圈单元2的失谐控制电流均不再起作用。

优选的，所述控制单元1还用于当预设控制状态为所有线圈单元2均为调谐状态时，向第四开关SW0发送断开失谐控制电流的指令使得第四开关SW0断开。

其中，当所有线圈单元2均为调谐状态时，没有任何调失谐二极管D1需要导通，而此时的失谐控制电流的回路依然有恒流畅通无阻，产生功耗，导致线圈单元2发热，而此时将第四开关SW0断开，可使得失谐控制电流彻底被阻断，减少线圈单元2的功耗。

本实施例中，优选的，对于方案所述控制单元1还用于当预设控制状态为所有线圈单元2均为调谐状态时，向第四开关SW0发送断开指令使得第四开关SW0断开，还可以替换为：所述控制单元1还用于当预设控制状态为所有线圈单元2均为调谐状态时，向任一开关子单元发送断开失谐控制电流的指令使得第三开关SW3断开。这样设置的好处在于，即使不设置第四开关SW0，或者在第四开关SW0失效时，仍可以断开失谐控制电流的回路，使得失谐控制电流彻底被阻断，减少线圈单元2的功耗。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，包括：至少一个线圈单元和控制单元；所述磁共振射频接收线圈系统还包括驱动电路；

所述控制单元，与所述线圈单元相连，用于根据预设的控制状态向所述线圈单元发送对应控制指令；

所述线圈单元，设置有用于接收调谐控制电压的调谐接收端和用于接收失谐控制电流的失谐接收端，所述调谐接收端之间相互并联，所述失谐接收端之间相互串联；其中，所述驱动电路通过调谐信号线分别与各所述调谐接收端连接，用于为各所述线圈单元提供调谐控制电压；所述驱动电路通过失谐信号线与其中一个失谐接收端连接，用于为各所述线圈单元提供失谐控制电流；

所述线圈单元用于根据接收的控制指令选择失谐控制电流或者调谐控制电压作用在线圈单元的电路中，使得线圈单元对应处于失谐状态或者调谐状态。

2.根据权利要求1所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述线圈单元包括：

开关子单元，用于接收控制指令，并根据接收的控制指令控制开关的状态；

切换子单元，用于根据开关的状态将失谐接收端或者调谐接收端接入切换子单元的电路中，使得线圈单元对应处于失谐状态或者调谐状态。

3.根据权利要求2所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述开关子单元包括第一开关、第二开关和第三开关；

所述第一开关一端与切换子单元相连，另一端根据接收的控制指令选择接地或者接入下一线圈单元的失谐接收端；

所述第二开关一端与切换子单元相连，另一端根据接收的控制指令连接失谐接收端或者调谐接收端；

所述第三开关设置在失谐接收端与下一线圈单元的失谐接收端的连接线路上，并根据接收的控制指令选择断开或者闭合。

4.根据权利要求3所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述切换子单元包括第一电感、调失谐二极管和含有第一电容的接收线圈；

所述第一电感一端与第一电容相连，另一端分别与调失谐二极管正极和第二开关相连，并根据第二开关的状态与失谐接收端或者调谐接收端相连；

所述调失谐二极管负极分别与第一电容和第一开关相连。

5.根据权利要求4所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述接收线圈包括第一电容和至少一个第二电容，所述第二电容相互串接后与第一电容串接。

6.根据权利要求4所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述切换子单元还包括第二电感，所述第二电感的一端分别与第一电感和调失谐二极管正极相连，另一端与第二开关相连，并根据第二开关的状态与失谐接收端或者调谐接收端相连。

7.根据权利要求4所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述线圈单元还包括被动失谐电路，用于在大功率时使得线圈单元自动处于失谐状态；

所述被动失谐电路一端与调失谐二极管正极相连，另一端与调失谐二极管负极相连。

8.根据权利要求4-7任一项所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述线圈单元具体用于：

根据控制单元发送的调谐指令控制第一开关接地，第二开关连接调谐接收端，第三开关闭合，使得调谐控制电压作用在线圈单元的电路中以使调失谐二极管反向截止，第一电感和第一电容无法形成谐振回路，接收线圈正常工作而处于调谐状态；以及

根据控制单元发送的失谐指令控制第一开关接入下一线圈单元的失谐接收端，第二开关连接失谐接收端，第三开关断开，使得失谐控制电流作用在线圈单元的电路中以使调失谐二极管正向导通，第一电感和第一电容形成谐振回路，所述谐振回路串于接收线圈中使得接收线圈无法正常工作而处于失谐状态。

9.根据权利要求1所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，还包括第四开关，设置在失谐接收端的串联线路上，用于根据控制单元发送的控制指令选择断开或者闭合失谐控制电流的回路。

10.根据权利要求3所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，还包括第四开关，设置在失谐接收端的串联线路上，用于根据控制单元发送的控制指令选择断开或者闭合失谐控制电流的回路。

11.根据权利要求10所述的磁共振射频接收线圈系统，其特征在于，所述控制单元还用于当预设控制状态为所有线圈单元均为调谐状态时，向第四开关发送断开失谐控制电流的指令使得第四开关断开，或者向任一开关子单元发送断开失谐控制电流的指令使得第三开关断开。