CN108474828A - 用于磁共振成像的多尔蒂型rf功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种RF功率放大器。所述RF功率放大器包括RF输入分配网络、多个放大器和信号组合网络。所述RF输入分配网络被配置为将输入RF信号划分为主输入信号和辅助输入信号。所述多个放大器被并联耦合到所述RF输入分配网络，并被配置为分别通过分配所述RF功率放大器的输出功率的较大部分的主放大器和分配所述RF功率放大器的输出功率的较小部分的辅助放大器来放大所述主输入信号和辅助输入信号。根据发射线圈的阻抗ZL从所述放大器中选择主放大器和辅助放大器中的每一个。通过根据所述发射线圈的阻抗ZL调整来自所述主放大器和辅助放大器的电流贡献来调制主放大器的负载水平，以减轻所述主放大器的负载失配状态。所述信号组合网络被配置为将所述主放大信号和辅助放大信号组合为输出信号，以驱动所述发射线圈。

Description

用于磁共振成像的多尔蒂型RF功率放大器
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)领域，更具体地涉及用于MRI系统中的RF脉冲激发的RF功率放大器。
背景技术
磁共振成像(MRI)和光谱学(MRS)系统经常用于患者的检查和处置。通过这样的系统，待检查的身体组织的核自旋通过静态主磁场B0对齐并且由在射频带中振荡的横向磁场B1激发。在成像中，弛豫信号暴露于梯度磁场，以定位所产生的共振。弛豫信号被接收并重建成单维或多维图像。在光谱学中，与组织的组成有关的信息被承载在共振信号的频率分量中。
RF线圈系统提供RF脉冲信号的发射和共振信号的接收。除了永久内置于成像装置中的RF线圈系统之外，专用线圈能够灵活地被布置在待检查的特定区域周围或其中。专用线圈具体地在需要均匀激发和高灵敏度检测的情况下被设计为优化信噪比(SNR)。
辐射射频脉冲信号的RF发射线圈被连接至RF功率放大器。由在较高的场强度下将RF发射线圈连接至RF功率放大器引起一些问题。典型地，RF功率放大器被预调谐至例如50欧姆的预定的最佳阻抗。RF功率放大器和RF发射线圈之间的阻抗匹配电路将看进RF发射线圈的阻抗匹配至预定的最佳阻抗。然而，RF发射线圈上的负载可能根据固有地被耦合至RF发射线圈的正在被成像的物体的尺寸和组成变化很大，从而改变RF发射线圈的阻抗，并且因此导致阻抗失配。
由于阻抗失配，RF功率放大器的最大可用输出功率和功率效率可能显著降低。此外，严重的阻抗失配可能增加反射回RF功率放大器的输出的RF功率，使得损害RF功率放大器的风险不容忽视。为了解决由于阻抗失配引起的问题，引入了循环器或隔离器，这使最佳阻抗始终能够被RF功率放大器所见(seen)。然而，诸如在MRI系统中所使用的那些高功率循环器在设计和制造上是昂贵的。它们需要铁氧体材料和复杂的热交换系统，复杂的热交换系统包括散热器和具有低介电常数的昂贵的导热材料，以防止形成弓形弯曲。
US20140062603A1公开了一种用于功率放大器的负载调制网络。所述负载调制网络被布置为利用以功率放大器的多个放大模块中的每一个的电流比率的发射线特征阻抗来工作。通过考虑子放大器之间的电流比率，负载调制网络中的特征阻抗能够被发明为克服常规设计中存在的不完美的负载调制。因此，能够增强效率和输出功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的RF功率模块，其自动适应于各种负载条件，以更有效的方式递送期望的输出功率水平。
本发明的实施例提供独立权利要求中的RF功率模块、用于使用RF功率模块来驱动发射线圈的方法、以及嵌入了RF功率模块的MRI系统。实施例在从属权利要求中给出。
本发明的实施例提供一种RF功率模块。所述RF功率模块包括RF输入分配网络、多个放大器和信号组合网络。所述RF输入分配网络被配置为将输入RF信号划分为主输入信号和辅助输入信号。所述多个放大器被并联耦合到所述RF输入分配网络，并被配置为分别由主放大器和辅助放大器来放大所述主输入信号和辅助输入信号。根据发射线圈的阻抗ZL从放大器中选择主放大器和辅助放大器中的每一个，发射线圈的阻抗ZL也是由RF功率模块所见的负载阻抗。每个放大器具有例如50欧姆的预定的最佳负载阻抗ZOP，放大器被设计为递送最大输出功率到所述最佳负载阻抗ZOP中。所述信号组合网络被配置为将主放大信号和辅助放大信号组合成输出信号来驱动发射线圈。利用来自主放大器和辅助放大器的不同电流贡献，由贡献更多输出功率的主放大器所见的负载被调制为能够减轻负载失配状态的阻抗水平。尽管由辅助放大器所见的负载与预定的最佳负载阻抗ZOP不匹配，但辅助放大器仅递送相对小的一部分输出功率，因此在辅助放大器处的负载失配的影响可以忽略不计。
根据本发明的一个实施例，RF功率模块还包括被耦合至RF输入分配网络和放大器段的控制器。控制器被配置为根据发射线圈的阻抗ZL分别调整来自主放大器和辅助放大器的电流贡献，以获得主放大器上的预定的最佳负载阻抗ZOP。
有利的是，由贡献更大输出功率的主放大器所见的负载被调制到预定的最佳负载阻抗ZOP，这允许主放大器总是在负载匹配状态下工作，而不用考虑例如由待检查的患者的不同尺寸和/或重量引起的发射线圈的阻抗ZL的变化。
根据本发明的另一个实施例，RF功率模块还包括被配置为通过公共节点向发射线圈提供第一电流I1的第一放大器，以及被配置为顺序地通过阻抗转换器和公共节点向发射线圈提供第二电流I2的第二放大器。第一放大器和第二放大器形成放大器段，并且阻抗转换器和公共节点形成信号组合网络。有利的是，第一电流I1和第二电流I2的不同电流路径允许电流贡献的调制，从而调整由第一放大器和第二放大器所见的负载。
根据本发明的又一实施例，如果阻抗ZL小于ZOP，则选择第一放大器作为主放大器，并且选择第二放大器作为辅助放大器。如果阻抗ZL大于ZOP，则选择第二放大器作为主放大器，并且选择第一放大器作为辅助放大器。
根据本发明的又一实施例，阻抗转换器的特征阻抗ZTL实质上等于(ZOP*ZLH)1/2。ZLH表示阻抗ZL的范围的预定上限。
根据本发明的又一实施例，RF功率模块还包括定向耦合器，其被耦合至发射线圈并用于在MRI系统的预扫描期间检测发射线圈的阻抗ZL，以及控制器，其被配置为根据检测到的阻抗ZL来控制RF输入信号的划分并且偏置第一放大器和第二放大器的电压，以调整电流I1和电流I2之间的电流比率。
根据本发明的又一实施例，主放大器被偏置为在AB类模式下工作，并且辅助放大器被偏置为在C类模式下工作。有利地是，主放大器实现效率和线性之间的平衡，并且辅助放大器实现更高的效率。
本发明的实施例提供一种用于通过RF功率模块驱动磁共振成像(MRI)系统中的发射线圈的方法。方法包括以下步骤：将输入RF信号划分为主输入信号和辅助输入信号，根据发射线圈的阻抗ZL从多个放大器中选择主放大器和辅助放大器中的每个，由主放大器放大所述主输入信号，由辅助放大器放大所述辅助输入信号，根据发射线圈的阻抗ZL调整来自主放大器和辅助放大器的电流贡献，以减轻主放大器的负载失配状态，将主放大信号和辅助放大信号组合为输出信号，并由输出信号驱动发射线圈。所述主输入信号的功率水平高于所述辅助输入信号的功率水平。每个放大器具有例如50欧姆的预定的最佳负载阻抗ZOP，放大器被设计为将最大输出功率递送至预定的最佳负载阻抗ZOP中。
根据本发明的一个实施例，方法还包括以下步骤：生成通过公共节点从放大器中的第一个流向发射线圈的第一电流I1，生成顺序地通过阻抗转换器和公共节点从放大器中的第二个流向发射线圈的第二电流I2，以及根据阻抗ZL从第一放大器和第二放大器中选择主放大器和辅助放大器。如果阻抗ZL小于ZOP，则选择第一个放大器作为主放大器，并且选择第二放大器作为辅助放大器。如果阻抗ZL大于ZOP，则选择第二放大器作为主放大器，并且选择第一放大器作为辅助放大器。
根据本发明的又一实施例，阻抗转换器的特征阻抗ZTL实质上等于(ZOP*ZLH)1/2。ZLH表示阻抗ZL的范围的预定上限。
根据本发明的又一实施例，所述方法还包括以下步骤：在MRI系统的预扫描期间检测发射线圈的阻抗ZL，以及控制RF输入信号的划分并偏置第一放大器和第二放大器的电压，以调整第一电流I1和第二电流I2之间的电流比率。
根据本发明的又一实施例，所述方法还包括以下步骤：根据发射线圈的阻抗ZL分别调整来自主放大器和辅助放大器的电流贡献，以获得主放大器上的预定的最佳负载阻抗ZOP。
根据本发明的又一实施例，所述方法还包括以下步骤：偏置主放大器以在AB类模式下工作，并且偏置辅助放大器以在C类模式下工作。
本发明的实施例提供一种包括根据本发明的RF功率模块的磁共振成像系统。
下面进一步详细描述本公开的各个方面和特征。参考结合附图进行的描述，本发明的其他目的和优点将变得更加明显并且将容易理解。
附图说明
下面将结合实施例并参考附图更详细地描述和说明本发明，其中：
图1图示了根据本发明一个实施例的磁共振成像系统100。
图2图示了根据本发明一个实施例的RF功率模块的示意图。
图3图示了根据本发明一个实施例的RF功率模块的详细示意图。
图4图示了根据本发明另一实施例的RF功率模块的示意图。
图5图示了根据本发明又一实施例的RF功率模块的示意图。
图6图示了用于使用根据本发明的一个实施例的RF功率模块驱动发射线圈的方法。
将关于特定实施例并参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求限定。所描述的附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被放大并且未按比例绘制。
具体实施方式
在这些图中类似编号的元件或者是等同的元件或者执行相同的功能。如果功能是等同的，在前面讨论过的元件不一定在后面的图中讨论。
图1图示了使用RF功率放大器激发对象内的核(例如，与诸如IH、19F、13C、31P等同位素相关联)的磁共振成像(MRI)系统100。系统100包括外壳4。对象6(例如人、物体等)至少部分地被设置在用于一个或多个MRI程序(例如，自旋回波、梯度回波、刺激回波等)的外壳4的膛8内。磁体10驻留在壳体4中。磁体10通常是由低温遮蔽罩12围绕的永久超导磁体。但是，能够采用其他已知的磁体(例如，电阻磁体、永磁体等)。磁体10在对象6中产生静止且基本上均匀的主磁场B0。因此，对象6内的核优选地在平行和/或反平行的方向上相对于磁场B0的磁通线对齐。典型的磁场强度为大约0.5特斯拉(0.5T)、1.0T、1.5T、3T或更高(例如，大约7T)。
磁场梯度线圈14被布置在外壳4中和/或其上。线圈14将各种磁场梯度G叠加在磁场B0上，以便限定成像切片或体积，并且以其他方式对受激发的原子核进行空间编码。图像数据信号由梯度控制器16通过以受控序列切换梯度场来产生。一个或多个射频(RF)线圈或谐振器用于成像区域内的单核和/或多核激发脉冲。合适的RF线圈包括被定位在系统2的膛8中的全身线圈18、局部线圈(例如围绕对象6的头部的头部线圈20)、和/或一个或多个表面线圈。
激发源22生成单核和/或多核激发脉冲，并通过RF功率模块24和开关26将这些脉冲提供给RF线圈18和/或20。激发源22包括至少一个发射器(TX)28。
扫描器控制器30基于操作者指令来控制激发源22。例如，如果操作者选择用于质子谱的采集的协议，则扫描仪器控制器30因此指示激发源22生成相应频率上的激发脉冲，并且，发射器28生成脉冲并经由RF功率模块24将脉冲发射至RF线圈18或20。单核或多核激发脉冲被馈送至RF功率模块24。在使用多于一个激励频谱的情况下，常规MRI系统通常利用多个放大器。
单核或多核激发脉冲通过开关26从RF功率模块24被发送到线圈18或20。扫描器控制器30还控制开关26。在激发相位期间，扫描器控制器30控制开关26，并且允许单核或多核激发脉冲穿过开关26到达RF线圈18或20，而不是到达接收系统32。一旦接收单核或多核激发脉冲，RF线圈18或20谐振并将脉冲施加到成像区域中。梯度控制器16适当地操作梯度线圈14，以对得到的MR信号进行空间编码。
在读出相位期间，开关26将接收系统32连接到一个或多个接收线圈，以采集经空间编码的MR信号。根据接收线圈配置，接收系统32包括一个或多个接收器34。采集到的MR信号通过数据管道36传送(串行和/或并行)并由处理组件38进行处理，以产生一幅或多幅图像。
重建图像被存储在存储组件40中和/或被显示在接口42、其他显示设备上、被打印、通过网络(例如，因特网、局域网(LAN)......)通信、存储在存储介质内、和/或以其他方式使用。接口42还允许操作者通过向扫描器控制器30传送指令来控制磁共振成像扫描器2。
图2图示了根据本发明一个实施例的RF功率模块200的示意图。如所理解的那样，RF功率模块200的基本功能是放大例如来自发射器28的RF输入脉冲的功率，以向例如发射线圈18和/或20的发射线圈输出期望的功率水平。在图2的实施例中，RF功率模块200包括RF输入分配网络201、包括例如第一放大器203和第二放大器205的多个放大器的放大器段、信号组合网络207、定向耦合器209和控制器211。
RF输入分配网络201接收低幅RF输入脉冲，以将其划分为第一输入信号和第二输入信号，第一输入信号和第二输入信号被分别提供给放大器段，例如并联耦合的第一放大器203和第二放大器205。第一放大器203和第二放大器205增加接收到的RF脉冲信号的功率水平，并将经放大的RF脉冲信号提供给信号组合网络207。信号组合网络207组合经放大的RF脉冲信号，以输出用于驱动例如发射线圈213的发射线圈的期望的功率水平。定向耦合器209进一步被耦合到信号组合网络207的输出，用于分离出用于内部和/或外部功率监测和故障检测的正向和反射信号功率的精确的、成比例的采样。如本领域技术人员所公认的，RF输入分配网络201通常均匀地或者根据以组合的、平衡的AB类模式工作的常规MRI RF功率放大器中的放大器之间的预定比率来划分RF输入脉冲。然而，如上所述，由RF发射线圈213上的相当大的负载变化引起的阻抗失配倾向于显著降低这种MRI RF功率放大器的性能。
在图2的实施例中，针对RF功率模块200开发了多尔蒂(Doherty)模式。更具体地，不同于RF输入脉冲的均匀分布或根据预定比率划分RF输入脉冲，控制器211控制RF输入分配网络201根据发射线圈213的阻抗ZL将RF输入脉冲划分为主输入信号和辅助输入信号。控制器211还选择第一和第二放大器203和205之一作为主放大器来放大主输入信号，并且另一个放大器作为辅助放大器放大辅助输入信号。通过根据阻抗ZL管理来自主放大器和辅助放大器的电流贡献，由贡献更多输出功率的主放大器所见的负载总是被调制到能够减轻负载失配状态的阻抗水平。尽管辅助放大器仍然发生负载失配，但辅助放大器仅递送相对较小部分的输出功率，从而在辅助放大器处的负载失配的效应受到限制或可忽略不计。本领域技术人员应该认识到，主放大器和辅助放大器的选择不是必须通过控制器211。能够设想替代解决方案，只要主放大器和辅助放大器根据阻抗ZL被选择为实现不同的电流贡献来减轻负载失配状态。作为范例，能够采用多路复用器例如由操作者根据阻抗ZL来手动选择主放大器和辅助放大器。
在一个实施例中，定向耦合器209被用于在MRI系统100的预扫描期间进一步检测发射线圈213的阻抗ZL，并将其提供给控制器211。控制器211根据发射线圈213的阻抗ZL分别调整来自主放大器和辅助放大器的电流贡献，以获得主放大器上的预定的最佳负载阻抗ZOP。有利的是，由贡献更多输出功率的主放大器所见的负载被调制到预定的最佳负载阻抗ZOP，例如典型的RF放大器的50欧姆的阻抗，这允许主放大器总是在负载匹配状态下工作，而不用考虑例如由待检查的患者的不同尺寸和/或重量引起的发射线圈的阻抗ZL的变化。
来自第一放大器203和第二放大器205的电流贡献的适当设置由RF输入分配网络201通过RF输入脉冲的适当分配以及第一放大器和第二放大器的适当偏置来实现。更具体地，控制器211包括反馈回路，其检测来自第一放大器203的电流I1和来自第二放大器205的电流I2，并且控制RF输入分配网络201以及第一放大器203和第二放大器205的偏置，以根据阻抗ZL调整电流I1和I2之间的电流比率。具有较大输出功率贡献的主放大器被偏置为AB类模式，以实现效率和线性之间的平衡。具有较小输出功率贡献的辅助放大器被偏置为C类模式，以实现更高的效率。
总之，本发明的要点在于开发用于在MRI系统100中使用的RF功率模块200的多尔蒂(Doherty)模式。在多尔蒂模式中，期望的输出功率的较大部分由主放大器贡献，主放大器总是处于较低的负载失配状态或处于负载匹配处状态，与发射线圈213的阻抗ZL的负载变化无关，从而引起负载失配的影响减轻。本领域技术人员将认识到，RF功率模块200还可以包括为了简洁在这里未示出的这些和其他部件，例如，低功率放大器级的预驱动器和驱动器(未示出)，其用于将小的、低功率水平的RF输入脉冲的功率水平从毫瓦范围提高到足以驱动高功率放大器段(例如第一放大器203和第二放大器205)的水平。
图3图示了根据本发明一个实施例的RF功率模块200的详细示意图。在图3的实施例中，信号组合网络207还包括被耦合到第一放大器203和发射线圈213的公共节点301，以及被耦合在第二放大器205和公共节点301之间的阻抗转换器303。第一放大器203形成将电流I1提供给公共节点的第一放大器路径，并且第二放大器205和阻抗转换器303形成将电流I2提供给公共节点301的第二放大器路径。转换器303的特征阻抗ZTL根据等式(1)预先确定，
ZTL 2＝ZOP*ZLH (1)
其中，阻抗ZLH表示阻抗ZL的预定上限，并且ZLH高于ZOP但不高于2*ZOP，即ZOP<ZLH＝<2*ZOP。
如果例如在MRI系统100的预扫描期间检测到的阻抗ZL低于预定的最佳负载阻抗ZOP，但不低于ZOP/2，即ZOP>＝ZL>＝ZOP/2，则通过分别偏置第一放大器和第二放大器的栅极电压来选择第一放大器20作为主放大器，选择第二放大器205作为辅助放大器。由于负载牵引效应，由第一放大器203所见的阻抗Z1由等式(2)给出，
Z1＝ZL*(1+I2/I1) (2)
如从等式(2)所看到的，对于在ZOP>ZL>＝ZOP/2内的阻抗ZL，低于预定的最佳负载阻抗ZOP的阻抗ZL能够被更高地调制为接近或等于预定的最佳值负载阻抗ZOP，从而减轻负载失配状态。优选地，Z1被调制到预定的最佳负载阻抗ZOP，以允许第一放大器203在负载匹配状态下工作。在这种情况下，能够根据等式(3)确定来自第一放大器203和第二放大器205的电流贡献之间的比率，
I1/I2＝ZL/(ZOP-ZL) (3)
在实现方式中，通过适当地调整RF输入信号的划分及第一放大器203和第二放大器205的静态工作点，控制器211调整第一电流I1和第二电流I2之间的电流比率，直到获得根据等式(3)的预定的电流贡献比率。
对于范围ZOP>ZL>ZOP/2，电流I1大于电流I2，因此由在负载匹配状态下工作的第一放大器203贡献更多的输出功率。在一个实施例中，控制器211将被选择作为主放大器的第一放大器203偏置为AB类模式，以实现效率与线性之间的平衡。能够根据等式(4)和(5)的组合来确定由第二放大器205所见的阻抗。
Z2’＝ZL*(1+I1/I2) (4)
Z2＝ZTL 2/Z2’ (5)
对于范围ZOP>ZL>ZOP/2，由第二放大器205所见的阻抗Z2被调制为比预定的最佳负载阻抗ZOP相对更高的阻抗。假定输出功率的一小部分由第二放大器205递送，由此引起的负载失配的效应是有限的或可忽略不计的。在一个实施例中，第二放大器205被偏置为C类模式，以实现更高的效率。
根据等式(3)，当ZL等于ZOP/2时，电流I1等于电流I2，并且放大器203和205二者都在负载匹配状态下进行工作。当ZL等于ZOP时，电流I2等于零，这意味着第二放大器205被禁用并且所有输出功率由第一放大器203贡献。
如果例如在MRI系统100的预扫描期间检测到的阻抗ZL高于预定的最佳负载阻抗ZOP但不高于预定的ZLH，即ZLH>＝ZL>ZOP，则通过分别偏置第一放大器和第二放大器的栅极电压选择第二放大器205作为主放大器，并且选择第一放大器203作为辅助放大器。由于负载牵引效应，由第二放大器205所见的阻抗Z2由等式(4)和(5)的组合来确定。优选地，Z2被调制到预定的最佳负载阻抗ZOP，以允许第二放大器205在负载匹配状态下工作。在这种情况下，能够根据等式(6)确定来自第一放大器203和第二放大器205的电流贡献之间的比率，
I1/I2＝(ZLH-ZL)/ZL (6)
在实现方式中，通过适当地调整RF输入信号的划分以及第一放大器203和第二放大器205的静态工作点，控制器211调整第一电流I1和第二电流I2之间的电流比率，直到获得根据等式(6)的预定的电流贡献比率。
对于范围ZLH>ZL>ZOP，电流I1小于电流I2，假设ZOP<ZLH＝<2*ZOP，并且因此更多的输出功率由在负载匹配状态下工作的第二放大器205贡献。在一个实施例中，控制器211将被选择作为主放大器的第二放大器205偏置为AB类模式，以实现效率与线性之间的平衡。根据等式(2)能够确定由第一放大器203所见的阻抗。对于范围ZLH>ZL>ZOP，由第一放大器203所见的阻抗Z1被调制为高于预定的最佳负载阻抗ZOP的阻抗。假定输出功率的一小部分由第一放大器203递送，由此引起的负载失配的效应是有限的或可忽略不计。在一个实施例中，第一放大器203被偏置为C类模式，以实现更高的效率。
根据等式(6)，当ZL等于ZLH时，电流I1等于零，这意味着第一放大器203被禁用并且所有输出功率由第二放大器205贡献。
图4图示了根据本发明另一实施例的RF功率模块400的示意图。在图4的实施例中，放大器段包括三个放大器401、403和405。信号组合网络包括被耦合到放大器401的公共节点407、被耦合在放大器403和公共节点407之间的阻抗转换器409、以及被耦合在放大器405和公共节点407之间的阻抗转换器411。阻抗转换器409的特征阻抗ZTL1和阻抗转换器411的特征阻抗ZTL2分别由方程(7)和(8)给出，
ZTL1 2＝ZOP*ZLH1 (7)
ZTL2 2＝ZOP*ZLH2 (8)
其中，ZOP<ZLH1＝<2*ZOP，并且ZLH1<ZLH2<＝2*ZOP。
根据图4的配置，当ZL高于ZOP时，为发射线圈的阻抗ZL提供更大的阻抗范围ZOP<ZL<＝ZLH1和ZLH1<ZL<＝ZLH2。对于ZOP<ZL<＝ZLH1，如参考图3所讨论的，选择放大器403作为主放大器，放大器405被禁用。对于ZLH1<ZL<＝ZLH2，如参考图3所讨论的，选择放大器405作为主放大器，并且放大器403被禁用。一方面，由于多个阻抗范围，显而易见的是，RF功率模块400能够在更宽的阻抗范围内将期望的输出功率递送至发射线圈213；另一方面，RF功率模块400能够选择递送更大功率贡献的一个放大器作为主放大器，这进一步增强了RF功率放大器的性能。例如，假定ZLH1＝1.5*ZOP，ZLH2＝2*ZOP，并且ZL＝1.3*ZOP，则选择放大器403作为主放大器。根据等式(6)，电流I1与电流I2之间的电流比率是2/13。同时，如果只有放大器405可用作主放大器，则电流I1与电流I2之间的电流比率根据等式(6)是7/13。显然，在作为主放大器在负载匹配状态下工作时，放大器403比放大器405贡献更多的输出功率，因此优选的是选择放大器403作为主放大器。
本领域技术人员应当知道，放大器的数量不一定限于3个。在实现方式中，能够仔细选择放大器的数量以实现性能和成本之间的平衡。
图5图示了根据本发明又一实施例的RF功率模块500的示意图。在图5的实施例中，额外的阻抗转换器501被耦合在公共节点301与发射线圈213之间，所述额外的阻抗转换器501被配置为将较宽范围的负载变化转换为对于如上所述的对于RF功率模块300或者400更有利的缩小的范围。
如前面参考图3所述的，阻抗ZL的预定上限ZLH高于ZOP但不高于2*ZOP，即ZOP<ZLH＝<2*ZOP。然而，发射线圈的阻抗ZL可以在更宽的范围[ZOP，4*ZOP]内变化。在这种情况下，具有仔细选择的特征阻抗ZTL’的阻抗转换器501能够将较宽的范围转换到缩小的范围。例如，阻抗转换器501的特征阻抗ZTL’能够根据等式(9)给出，
ZTL’＝ZOP*21/2 (9)
利用特征阻抗ZTL’，阻抗范围[ZOP，4*ZOP]被转换为[ZOP/2，2*ZOP]，这是对于如参考图3所讨论的对于RF功率放大器更有利的范围。
图6图示了根据本发明的一个实施例的用于驱动磁共振成像系统中的发射线圈的方法。图6将结合图2-5进行描述。
在步骤602中，输入RF信号被划分为主输入信号和辅助输入信号。在图2的实施例中，RF分配网络201在控制器211的控制下将RF输入信号划分为主输入信号和辅助输入信号。
在步骤604中，根据发射线圈的阻抗ZL从多个放大器中选择主放大器和辅助放大器。每个放大器具有预定的最佳负载阻抗ZOP。在图3的实施例中，对于阻抗范围ZOP>＝ZL>＝ZOP/2，选择第一放大器203作为主放大器，并且对于阻抗范围ZLH>＝ZL>ZOP，选择第二放大器205作为主放大器。在图4的实施例中，对于阻抗范围ZOP>＝ZL>＝ZOP/2，选择放大器401作为主放大器，对于阻抗范围ZLH1>＝ZL>ZOP，选择放大器403作为主放大器，对于阻抗范围ZLH2>＝ZL>ZLH1选，择放大器405作为主放大器。
在步骤606中，主输入信号由主放大器放大。
在步骤608中，辅助输入信号由辅助放大器放大。
在步骤610中，主放大信号和辅助放大信号被组合成输出信号。在图3的实施例中，包括公共节点301和阻抗转换器303的信号组合网络将经放大的主信号和辅助信号组合为输出信号。在图4的实施例中，包括公共节点407和阻抗转换器409和411的信号组合网络将经放大的主信号和辅助信号组合为输出信号。
在步骤612中，由输出信号驱动发射线圈。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解前面的详细描述时，其他人可能会想到修改和变更。其旨在将本发明构造为包括所有这些修改和变更，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (15)

1.一种用于驱动磁共振成像(MRI)系统中的发射线圈的射频(RF)功率模块，所述RF功率模块包括：
RF输入分配网络，其被配置为将输入RF信号划分为主输入信号和辅助输入信号；
多个放大器，其被并联耦合到所述RF输入分配网络，并被配置为通过贡献所述RF功率模块的输出功率的较大部分的主放大器和贡献所述输出功率的较小部分的辅助放大器分别放大所述主输入信号和所述辅助输入信号，其中，根据所述发射线圈的阻抗ZL从所述放大器中选择所述主放大器和所述辅助放大器中的每一个，其中，通过根据所述发射线圈的所述阻抗ZL调整来自所述主放大器和所述辅助放大器的电流贡献来调制所述主放大器的负载水平，以减轻所述主放大器的负载失配状态；以及
信号组合网络，其被配置为将所述主放大信号和所述辅助放大信号组合为输出信号，以驱动所述发射线圈。
2.根据权利要求1所述的RF功率模块，还包括：
控制器，其被耦合到所述RF输入分配网络和所述放大器，并且被配置为根据所述发射线圈的所述阻抗ZL分别调整来自所述主放大器和所述辅助放大器的电流贡献，以获得等于预定的最佳负载阻抗ZOP的所述主放大器的所述负载水平。
3.根据权利要求2所述的RF功率模块，其中，所述放大器还包括：
第一放大器，其被配置为通过公共节点向所述发射线圈提供第一电流I1；以及
第二放大器，其被配置为顺序地通过阻抗转换器和所述公共节点向所述发射线圈提供第二电流I2，其中，所述阻抗转换器和所述公共节点形成所述信号组合网络，其中，根据所述发射线圈的所述阻抗ZL从所述第一放大器和所述第二放大器中选择所述主放大器和所述辅助放大器中的每一个。
4.根据权利要求3所述的RF功率模块，其中，所述阻抗转换器的特征阻抗ZTL根据ZTL＝(ZOP*ZLH)1/2来确定，并且其中，ZLH表示所述输入阻抗ZL的上限。
5.根据权利要求4所述的RF功率模块，其中，如果所述阻抗ZL在阻抗范围ZOP/2<ZL＝<ZOP内，则选择所述第一放大器作为所述主放大器，并且选择所述第二放大器作为所述辅助放大器，并且其中，如果所述阻抗ZL在阻抗范围ZOP<ZL＝<ZLH内，则选择所述第二放大器作为所述主放大器，并且选择所述第一放大器作为所述辅助放大器。
6.根据权利要求3所述的RF功率模块，还包括：
定向耦合器，其被耦合到所述发射线圈并且用于在所述MRI系统的预扫描期间检测所述发射线圈的所述阻抗ZL；以及
控制器，其被配置为控制将所述RF输入信号划分为所述主信号和所述辅助信号，并偏置所述第一放大器和所述第二放大器的电压，以根据检测到的阻抗ZL调整所述电流I1与所述电流I2之间的电流比率，由此减轻所述主放大器的所述负载失配状态。
7.根据权利要求1所述的RF功率模块，其中，所述主放大器被偏置为在AB类模式下工作，并且所述辅助放大器被偏置为在C类模式下工作。
8.一种用于通过RF功率模块驱动磁共振成像(MRI)系统中的发射线圈的方法，所述方法包括：
将输入RF信号划分为主输入信号和辅助输入信号，
根据所述发射线圈的阻抗ZL从多个放大器中选择贡献所述RF功率模块的输出功率的较大部分的主放大器；
根据所述发射线圈的所述阻抗ZL从所述多个放大器中选择贡献所述输出功率的较小部分的辅助放大器；
通过所述主放大器放大所述主输入信号；
通过所述辅助放大器放大所述辅助输入信号；
根据所述发射线圈的所述阻抗ZL调整来自所述主放大器和所述辅助放大器的电流贡献，以减轻所述主放大器的负载失配状态；
将主放大信号和辅助放大信号组合为输出信号；
通过所述输出信号驱动所述发射线圈。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
生成通过公共节点从所述放大器中的第一个流向所述发射线圈的第一电流I1；
生成顺序地通过阻抗转换器和所述公共节点从所述放大器中的第二个流向所述发射线圈的第二电流I2；以及
根据所述阻抗ZL从所述第一放大器和所述第二放大器中选择所述主放大器和所述辅助放大器。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
根据ZTL＝(ZOP*ZLH)1/2确定所述阻抗转换器的特征阻抗ZTL，其中，ZLH表示所述阻抗ZL的上限。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤之一：
如果所述阻抗ZL在阻抗范围ZOP/2<ZL＝<ZOP内，则选择所述第一放大器作为所述主放大器，并且选择所述第二放大器作为所述辅助放大器；以及
如果所述阻抗ZL在阻抗范围ZOP<ZL＝<ZLH内，则选择所述第二放大器作为所述主放大器，并且选择所述第一放大器作为所述辅助放大器。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在所述MRI系统的预扫描期间检测所述发射线圈的所述阻抗ZL；以及
控制将所述RF输入信号划分为所述主信号和所述辅助信号，并且偏置所述第一放大器和所述第二放大器的电压，以调整所述第一电流I1与所述第二电流I2之间的电流比率，从而减轻所述主放大器的所述负载失配状态。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括：
根据所述发射线圈的所述阻抗ZL分别调整来自所述主放大器和所述辅助放大器的电流贡献，以获得所述主放大器上的预定的最佳负载阻抗ZOP。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：
偏置所述主放大器为在AB类模式下工作；以及
偏置所述辅助放大器为在C类模式下工作。
15.一种磁共振成像系统，包括根据权利要求1所述的射频(RF)功率模块。
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