CN111727561B - 多通道rf发射系统 - Google Patents

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Abstract

一种特别用于在磁共振检查系统中使用的多通道RF发射系统(1)，其包括多个RF通道(18、19)，其中，所述RF通道(18、19)中的每个RF通道具有RF放大器。所述多通道RF发射系统(1)还包括：电源设备(2)，其被配置为向所述放大器(4、5)供应功率；第一电容器组(6)，其中，所述第一电容器组(6)被连接到所述电源设备(2)并且被连接到第一RF放大器(4)；第二电容器组(7)，其中，所述第二电容器组(7)被连接到所述电源设备(2)并且被连接到第二RF放大器(5)，并且第三电容器组(8)也被连接到所述电源设备(2)。所述第三电容器组(8)被连接到DC开关(9)，其中，所述DC开关(9)被配置为将由所述第三电容器组(8)供应的功率切换到第一放大器(4)或第二放大器(5)。因此，公开了一种多通道RF发射系统(1)，其中，离散储存能量的全部可用能力的部分能够被引导到一个或其他RF放大器通道(18、19)，从而实现DC电源供应链的更有效和节省成本的设计。

Description

多通道RF发射系统
技术领域
本发明涉及多通道RF发射系统的领域，并且具体涉及一种用于磁共振检查系统的多通道RF发射系统、一种包括这样的多通道RF发射系统的磁共振检查系统、一种操作这样的多通道RF发射系统的方法以及一种包括适于执行所述方法的计算机程序代码的计算机程序。
背景技术
如在现有技术中周知的那样，磁共振检查系统需要特殊类型和性能的RF发射链。具体地，RF发射链必须处理10kW量级的、在1ms量级内的、并且具有大约100ms的短期高占空比RF脉冲的脉冲功率能力。针对RF链，MOSFETS常常被用于MRI放大器，其中，其工作特性取决于偏置点Idq和漏极电压Vds。将MOSFETS放置在一起，形成具有16kW前向功率的典型MRI放大器。DC漏极电压Vds从能够提供大约kW的CW功率的电源设备来供应。尤其针对优化的RF链，用于在成像中应用短期高占空比脉冲是具有挑战性的，因为电源必须在短时间帧内实现高能量需求。
用于克服这些缺点的现有技术方案利用电容器组来储存电能并且使其在短期内可用。在RF脉冲期间和之后，在下一脉冲开始之前，电容器组将被充电。通常，其电容为大约100mF，这通常是通过将多个电解质电容器分组在一起来实现的。
US 2017/0176555A1公开了一种磁共振成像装置，其中，电容器组被连接到电源设备和对应的放大放大器。电容器组临时地储存来自电源设备的输入功率，并且在必要时将所储存的功率释放到放大放大器。具体地，当变得需要在短时间内使大电流通过所有轴的梯度线圈时，可能存在必要的功率供应量暂时超过电源设备能够供应的功率的情况。即使在这样的情况下，由于电容器组的存在，也能够稳定地向梯度线圈供应功率。
发明内容
在如上文所描述的已知多通道RF发射系统中，来自个体RF通道的RF需求在RF功率和相位上常常是不相等的。需要应用针对所采用的RF功率放大器的相对相位和相对功率的设置条件，以实现所需的RF匀场，用于优化RF磁激励场的均匀性，其中，一个RF功率放大器必须提供比其他功率大得多的功率，甚至达到其最大额定功率。在这样的情况下，可能很快就会达到最大额定功率，而其他放大器的可用功率仍未使用。原则上，可以设计每个个体RF放大器的DC供应链，使得每个链能够提供足够的DC功率，以达到患者安全极限所定义的实际极限。这种方案导致了DC供应链，其中，可用的DC功率被过度指定，从而导致成本低效的设计。另一种选择将是共享DC供应链，其中，不同的RFA共享相同的供应，那么这样可以更具成本效益。但是，例如当强烈驱动的RFA导致原本打算稳定的DC电压的压降时，单个放大器性能可能会取决于另一RFA的性能。
本发明的目的是实现一种RF发射系统，其中，离散储存能量的全部可用能力的部分能够被引导到一个或其他RF放大器通道，从而实现DC功率供应链的更有效、节省成本和去耦的设计。此外，本发明的目的是在RF通道上更均等地分配DC功率。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题来解决的。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
在本发明的一个方面中，所述目的是通过一种用于磁共振检查系统的多通道RF发射系统来实现的，所述多通道RF发射系统包括：
一种用于磁共振检查系统的多通道RF发射系统，包括：
多个RF通道，其中，所述RF通道中的每个RF通道具有RF放大器，所述RF放大器被配置为对输入信号进行放大，并且被配置为输出经放大的输入信号作为输出信号，
电源设备，其被配置为向所述放大器供应功率，
至少第一电容器组，其中，所述第一电容器组被连接到所述电源设备与第一RF放大器之间的导体路径，其中，所述第一电容器组被配置为与所述电源设备一起向所述第一放大器供应功率，
第二电容器组，其中，所述第二电容器组被连接到所述电源设备与第二RF放大器之间的导体路径，其中，所述第二电容器组被配置为与所述电源设备一起向所述第二放大器供应功率，
至少第三电容器组，其中，所述第三电容器组被连接到所述电源设备与DC开关之间的导体路径，其中，所述第三电容器组被配置为供应额外功率，其中，所述DC开关被配置为将由所述第三电容器组供应的功率切换到所述第一放大器或所述第二放大器，以及
控制器，其被配置为根据传感器数据来控制所述放大器和所述DC开关。
所提出的多通道RF发射系统的一个优点在于：能够根据实际的RF需求，通过将离散储存能量的全部可用能力的部分引导至一个或其他RF放大器，来克服针对个体RF通道的不相等的RF功率要求。来自所述电容器组的功率的重新分配允许更有效地或合理地在RF通道上分配可用的DC功率。所述电容器组的大小(电容)比取决于MR系统(场强)和线圈类型。使用所述场中的系统使用情况统计信息能够容易地确定方便的比率。
在优选实施例中，所述电源设备被分段成多个分段，其中，每个分段能够提供功率。DC功率链的分段提供了一种灵活并且节省成本的方式，可以在放大器模块之间共享电源设备的功能。
在优选实施例中，两个或更多个电容器组被连接到电源设备，其中，每个电容器组被连接到被配置为供应额外功率的DC开关。
在另一优选实施例中，所述DC开关是固态开关。所述固态开关易于实现，因为其能够被实现为使得仅在电流为零时才完成开关，其中，设置栅极偏置以禁用晶体管。另一优点在于固态开关是快速的，并且能够在不同MR序列之间或者甚至在MR序列期间完成对功率的切换。
在优选实施例中，所述DC开关是开关矩阵。开关矩阵对于在多个电容器组与多个放大器之间切换功率是有利的。
在另一优选实施例中，所述电源设备被分段成多个分段，其中，每个分段能够提供功率。所述电源设备的分段是有有利的，因为其是灵活的，并且所述电源设备的特定分段能够向所述放大器和所述电容器组提供不同的电压。
在优选实施例中，所述至少一个电容器组被连接到所述电源设备的分段。
在另一优选实施例中，所述分段独立于彼此。
在优选实施例中，所述控制器从监视所述电容器组的状态的传感器获取输入信号。
在另一优选实施例中，所述控制器被连接到自学习数据库。
在本发明的另一方面中，所述目的是通过一种磁共振检查系统来实现的，所述磁共振检查系统包括上文所公开的多通道RF发射系统。
在本发明的另一方面中，所述目的是通过一种操作在本文中上文所公开的磁共振检查系统的RF发射系统的实施例的方法来实现的。所述方法包括以下步骤：
提供具有多个RF通道的多通道RF发射系统，其中，所述RF通道中的每个RF通道具有被配置为放大输入信号并且被配置为将经放大的输入信号作为输出信号输出的RF放大器，
提供被配置为向所述放大器供应功率的电源设备，
提供至少第一电容器组，其中，所述第一电容器组被连接到所述电源设备与第一RF放大器(4)之间的导体路径，其中，所述第一电容器组配置为与所述电源设备一起向所述第一个放大器供应功率，
提供第二电容器组，其中，所述第二电容器组被连接到所述电源设备与第二RF放大器之间的导体路径，其中，所述第二电容器组被配置为与所述电源设备一起向所述第二放大器供应功率，
提供至少第三电容器组，其中，所述第三电容器组被连接到所述电源设备与DC开关之间的导体路径，
其中，所述第三电容器组被配置为提供额外功率，
其中，所述DC开关被配置为将由所述第三电容器组供应的功率切换到所述第一放大器或所述第二放大器，
提供控制器，所述控制器被配置为根据RF需求来控制所述放大器和所述DC开关，
基于传感器数据将由所述第三电容器组供应的功率切换到所述第一放大器或所述第二放大器。
在优选实施例中，所述方法还包括以下步骤：
开始磁共振检查，
选择磁共振方法，
控制器(3)从监视电容器组(6、7、8)的状态的传感器获取传感器数据，
将所述传感器数据与数据库进行比较，
由所述控制器(3)根据所述传感器数据来选择开关(9)，
开始磁共振序列，
在所述磁共振序列结束之后重复该流程。
在另一优选实施例中，所述方法还包括以下步骤：
开关是固态开关，并且电源由在不同MR序列之间的开关来切换。
在优选实施例中，所述方法还包括以下步骤：
提供开关，其中，所述开关是固态开关，
在所述MR序列期间切换所述电源。
在本发明的另一方面中，所述目的是通过一种计算机程序来实现的，所述计算机程序包括当所述程序在可编程微型计算机上被运行时适于执行方法或者用于在根据权利要求6所述的方法中使用的计算机程序代码。
附图说明
参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。然而，这样的实施例不一定表示本发明的全部范围，并且因此，在此引用权利要求书来解读本发明的范围。
在附图中：
图1示出了根据本发明的优选实施例的包括RF发射系统的实施例的磁共振检查系统的部分的示意图。
图2示出了根据本发明的优选实施例的流程图。
参考符号列表
多通道RF发射系统 1
电源设备 2
控制器 3
第一RF放大器 4
第二RF放大器 5
第一电容器组 6
第二电容器组 7
第三电容器组 8
DC开关 9
RF需求信号 10
RF输入通道 11
RF输出通道 12
RF输入通道 13
RF输出通道 14
电源分段 15
电源分段 16
电源分段 17
RF通道 18
RF通道 19
导体路径 20
导体路径 21
导体路径 22
具体实施方式
图1示出了磁共振检查系统的实施例的部分的示意性图示，其中，示出了两通道RF发射系统1。RF发射系统1包括两个RF通道18、19，其中，每个通道18、19具有被连接至控制器3的放大器4、5。放大器4、5被连接至电源设备2，其中，电源设备2为被分段成多个分段15、16、17。每个分段15、16、17能够独立地向放大器4、5提供功率。第一电容器组6被连接到电源设备2的分段15，并且被连接到第一放大器4。第二电容器组7被连接到电源设备2的不同分段16，并且被连接到第二放大器5。电容器组6、7、8临时地储存来自电源设备2的输入功率，并且在必要时将所储存的功率释放到放大器4、5。电容器组6、7能够被硬接线到一个或其他放大器通道18、19。第三电容器组8被连接到电源设备的不同分段17。第三电容器组8能够与由电源设备2的分段17所供应的功率一起提供额外功率。该额外功率能够通过DC开关9来切换到第一RF通道18或切换到第二RF通道18。DC开关9也能够是固态开关和/或开关矩阵。在具有馈送相同线圈模式的两个RF放大器4、5的优选实施例中，这两个RF放大器被连接到额外的单独电容器组8。示例是正交体线圈的4端口驱动器。在此，每个线性模式由具有180度相位差的2个RF放大器来馈送。控制器3根据实际的RF需求10来操作DC开关9。控制器3从监视电容器组6、7、8的状态的传感器接收输入信号。将所述传感器信号与数据库进行比较。另外，所述开关状态取决于线圈负载、对象在MR全身发射线圈中的大小和位置。进一步取决于MR方法，多RF TX脉冲(在幅度、时间、相位、频率上调制)和临床协议的RF匀场状态。所述控制模块是数字的，并且包括被配置用于基于输入参数和数学模型进行自学习的自学习控制模块。来自电容器组8的功率的重新分配允许将可用的DC功率更均匀地分配在RF通道18、19上，从而使得DC功率供应链的设计更加有效和节省成本。
图2示出了根据本发明的优选实施例的流程图。所述流程图以步骤100开始，根据该步骤开始MR检查。在步骤110中，选择MR方法。在步骤120中，所述控制器从监视电容器组的状态的传感器获取传感器数据。将所述传感器信号与数据库进行比较。所述控制模块是数字的，并且包括被配置用于基于输入参数和数学模型进行自学习的自学习控制模块。在步骤130中，所述控制器基于由传感器收集的信息来选择开关9。在步骤140中，开始磁共振序列。在步骤150中完成序列之后，在步骤160中重复该流程。
尽管已经在附图和前文的描述中详细图示和描述了本发明，然而这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和随附的权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施的事实并不指示不能够有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制范围。此外，为了清楚起见，可能未在附图中的所有元件上都提供附图标记。

Claims (13)

1.一种用于磁共振检查系统的多通道RF发射系统(1)，包括：
多个RF通道(18、19)，其中，所述RF通道(18、19)中的每个RF通道具有RF放大器(4、5)，所述RF放大器被配置为放大输入信号(11、13)并且被配置为输出经放大的输入信号(11、13)作为输出信号(12、14)，
电源设备(2)，其被配置为向所述RF放大器(4、5)供应功率，
至少第一电容器组(6)，其中，所述第一电容器组(6)被连接到所述电源设备(2)与第一RF放大器(4)之间的导体路径(20)，其中，所述第一电容器组(6)被配置为与所述电源设备(2)一起向所述第一RF放大器(4)供应功率，
至少第二电容器组(7)，其中，所述第二电容器组(7)被连接到所述电源设备(2)与第二RF放大器(5)之间的导体路径(21)，其中，所述第二电容器组(7)被配置为与所述电源设备(2)一起向所述第二RF放大器(5)供应功率，
至少第三电容器组(8)，其中，所述第三电容器组(8)被连接到所述电源设备(2)与DC开关(9)之间的导体路径(23)，其中，所述第三电容器组(8)被配置为供应额外功率，其中，所述DC开关(9)被配置为将由所述第三电容器组(8)供应的所述额外功率切换到所述第一RF放大器(4)或所述第二RF放大器(5)，以及
控制器(3)，其被配置为根据RF需求(10)来控制所述RF放大器(4、5)，所述控制器被配置为从监视所述电容器组(6、7、8)的状态的传感器接收传感器数据，所述控制器被配置为将所述传感器数据与数据库进行比较，并且所述控制器被配置为根据所述传感器数据与所述数据库的所述比较来控制所述DC开关(9)。
2.根据权利要求1所述的多通道RF发射系统(1)，其中，所述DC开关(9)是固态开关。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的多通道RF发射系统(1)，其中，所述DC开关(9)是开关矩阵。
4.根据权利要求1或2所述的多通道RF发射系统(1)，其中，所述电源设备(2)被分段成多个分段(15、16、17)，其中，每个分段(15、16、17)能够提供功率。
5.根据权利要求4所述的多通道RF发射系统(1)，其中，至少一个电容器组(6、7、8)被连接到所述电源设备(2)的分段(15、16、17)。
6.根据权利要求4所述的多通道RF发射系统(1)，其中，所述分段(15、16、17)独立于彼此。
7.根据权利要求5所述的多通道RF发射系统(1)，其中，所述分段(15、16、17)独立于彼此。
8.根据权利要求1或2所述的多通道RF发射系统(1)，其中，所述控制器(3)被连接到自学习数据库。
9.一种磁共振检查系统，包括根据前述权利要求中的一项所述的多通道RF发射系统(1)。
10.一种用于操作磁共振检查系统中的多通道RF发射系统(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
为所述多通道RF发射系统(1)提供多个RF通道(18、19)，其中，所述RF通道(18、19)中的每个RF通道具有RF放大器，所述RF放大器被配置为放大输入信号(11、13)并且被配置为输出经放大的输入信号(11、13)作为输出信号(12、14)，
提供被配置为向所述RF放大器(4、5)供应功率的电源设备(2)，
提供至少第一电容器组(6)，其中，所述第一电容器组(6)被连接到所述电源设备(2)与第一RF放大器(4)之间的导体路径(20)，其中，所述第一电容器组(6)被配置为与所述电源设备(2)一起向所述第一RF放大器(4)供应功率，
提供至少第二电容器组(7)，其中，所述第二电容器组(7)被连接到所述电源设备(2)与第二RF放大器(5)之间的导体路径(21)，其中，所述第二电容器组(7)被配置为与所述电源设备(2)一起向所述第二RF放大器(5)供应功率，
提供至少第三电容器组(8)，其中，所述第三电容器组(8)被连接到所述电源设备(2)与DC开关(9)之间的导体路径(23)，
其中，所述第三电容器组(8)被配置为供应额外功率，
其中，所述DC开关(9)被配置为将由所述第三电容器组(8)供应的所述功率切换到所述第一RF放大器(4)或所述第二RF放大器(5)，
提供控制器(3)，所述控制器被配置为根据RF需求(10)来控制所述RF放大器(4、5)和所述DC开关(9)，并且被配置为从监视所述电容器组(6、7、8)的状态的传感器获取传感器数据，
基于将所述传感器数据与数据库进行比较，将由所述第三电容器组(8)供应的所述功率切换到所述第一RF放大器(4)或所述第二RF放大器(5)。
11.根据权利要求10所述的用于操作磁共振检查系统中的多通道RF发射系统(1)的方法，还包括以下步骤：
开始磁共振检查，
选择磁共振方法，
所述控制器(3)从监视所述电容器组(6、7、8)的所述状态的传感器获取传感器数据，
将所述传感器数据与数据库进行比较，
由所述控制器(3)基于所述传感器数据来控制所述开关(9)，
开始磁共振序列，
在所述磁共振序列结束之后重复流程。
12.根据权利要求11所述的用于操作磁共振检查系统中的多通道RF发射系统(1)的方法，还包括以下步骤：
提供所述开关，其中，所述开关是固态开关，
在所述磁共振序列期间切换所述功率。
13.一种包括计算机程序代码的计算机程序，当所述程序在可编程微型计算机上被运行时，所述计算机程序代码适于执行根据权利要求10至12中的任一项所述的方法。
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