CN114935686A - 一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法 - Google Patents

一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法 Download PDF

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Abstract

一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法,本检测工具包括:功率计装置以及电磁耦合器,电磁耦合器具有输入端口、输出端口、耦合端口、主传输线路、多个耦合线路、以及自适应微动机构,所述耦合端口和所述自适应微动机构的控制端对应连接所述功率计装置的输入端口和输出端口,功率计装置从接收到的耦合信号提取频率值,控制自适应微动机构选择匹配当前频率值的耦合线路连接至所述耦合端口。本方法包括用上述工具进行功率校准及故障排查。本工具的通用性好,同一套工具可以应用于不同厂家的磁共振成像系统,以及同一厂家不同型号的磁共振成像系统。

Description

一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法
技术领域
本发明涉及医疗核磁共振设备领域,特别是一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法。
背景技术
磁共振成像系统通过对人体施以射频能量使人体的氢质子发生共振,产生微弱射频信号,经线圈接收及信号处理,最后生成检测图像。由于使人体氢质子发生共振的射频能量很大,为了避免射频能量灼伤病人的同时保证产生清晰的图像,需要对射频放大器的信号做最大功率校准。同时为了保护射频系统不被高射频能量损坏,还需对射频放大器做反射功率校准。
不同厂家的磁共振成像系统,以及同一厂家不同型号的磁共振成像系统,使用的射频频率和场强可能不同,在校准时,需要使用专用功率检测工具。此外,磁共振成像系统的各设备,如体线圈、混频器的接口与射频放大器的接口不同,射频放大器内部的放大模块的接口、射频输出板的接口、射频IO板的接口与射频放大器的接口也不同,使得现有磁共振成像系统的专用功率检测工具只能用于射频放大器的最大输出功率校准,无法实现磁共振成像系统的故障排查、以及射频放大器的故障排查。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法,以至少在一定程度解决相关技术存在的上述缺陷。
为达上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种功率检测工具,其包括:
功率计装置;以及
电磁耦合器,具有输入端口、输出端口、耦合端口、连接于所述输入端口与输出端口之间的主传输线路、各自与所述主传输线路耦合连接且耦合系数各不相同的多个耦合线路、以及将所述多个耦合线路选择性连接至所述耦合端口的自适应微动机构,所述耦合端口和所述自适应微动机构的控制端对应连接所述功率计装置的输入端口和输出端口,功率计装置从接收到的耦合信号提取频率值,控制自适应微动机构选择匹配当前频率值的耦合线路连接至所述耦合端口。
在上述的功率检测工具中,优选地,所述自适应微动机构包括嵌套设置的定环和动环、以及驱动所述动环相对所述定环转动的动力源,所述定环的环周布置有多个定电极,所述动环布置有动电极,所述动环旋转一周的过程中,所述动电极可先后与各所述定电极接触连接,所述多个定电极与所述多个耦合线路一一对应连接,所述动电极与所述耦合端口连接。
在上述的功率检测工具中,优选地,所述电磁耦合器具有正向耦合端口和反向耦合端口,所述正向耦合端口和反向耦合端口均与所述功率计装置的输入端口连接。
在上述的功率检测工具中,优选地,所述功率计装置包括计算机,安装于所述计算机的频率提取模块、转角计算模块、功率计算模块和显示模块,所述频率提取模块用于从电磁信号提取频率值,所述转角计算模块根据频率-转角对应关系确定提取到的频率值对应的转角;所述功率计算模块用于计算电磁信号的功率值;所述显示模块用于以图形或数字显示计算的功率值。
在上述的功率检测工具中,优选地,所述频率-转角对应关系中,频率包括中心频率63.86MHz且带宽1MHz的第一频率区间、以及中心频率127.72MHz且带宽1MHz的第二频率区间。
在上述的功率检测工具中,优选地,所述检测工具还包括多种接口适配器,所述多种接口适配器用于匹配所述电磁耦合器和所述系统中的不同器件。
一种磁共振射频系统功率检测方法,采用上述的功率检测工具,本方法包括:
接收任务;
当任务为检测所述系统的功率时,判断所述系统是否为小功率系统,若是,则用所述功率检测工具直接连接测量;若否,则用所述功率检测工具耦合连接测量;
当任务为校准所述系统的射频放大器时,用所述功率检测工具耦合连接测量,将测量的最大输出功率与标定的最大输出功率比较,实现校准;
当任务为检测所述系统的射频放大器的故障点时,用所述功率检测工具耦合连接测量,分别获取所述射频放大器的输出端口及各内部接口处的射频功率,与对应位置的标定功率比较,找出故障点;以及
当任务为检测所述系统的故障点时,用所述功率检测工具耦合连接测量,分别获取所述系统的传导板上的对接头的输入端口和输出端口、混频器的各端口以及体线圈的各端口的射频功率,与对应位置的标定功率比较,找出故障点;
其中,用所述功率检测工具耦合连接测量时,功率计装置从接收到的耦合信号提取频率值,控制自适应微动机构选择匹配当前频率值的耦合线路连接至所述耦合端口,将所述功率检测工具与所述系统自动匹配。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本工具的通用性好,同一套工具可以应用于不同厂家的磁共振成像系统,以及同一厂家不同型号的磁共振成像系统。
此外,本工具配置有多种接口适配器,可以对系统中的多个位置进行检测,因而可以用于故障排查。
附图说明
图1为本功率检测工具的组成图;
图2为其自适应微动机构的一实施例示意图;
图3为其功率计装置的一实施例示意图;
图4为检测方法的流程图;
图5为小功率系统的检测方法的示意图;
图6为射频放大器最大输出功率校准方法的示意图;
图7为射频放大器故障诊断方法的示意图;
图8为射频系统故障诊断方法的示意图;
附图标记:
100、功率计装置;101、计算机;102、频率提取模块;103、转角计算模块;104、功率计算模块;105、显示模块;
200、电磁耦合器;201、输入端口;202、主传输线路;203、输出端口;204、耦合线路;205、自适应微动机构;206、耦合端口;2051、定环;2052、定电极;2053、动环;2054、动电极;
300、系统;301、激励板;302、射频放大器;3021、射频IO板;3022、放大模块1;3023、放大模块2;3024、射频输出板;303、第一射频线;304、传导板;305、对接头;306、第二射频线;307、混频器;308、第三射频线;309、第四射频线;310、体线圈;311、第一节点;312、第二节点;313、第三节点;314、第四节点;315、第五节点;316、第六节点;317、第七节点;
400、接口适配器;
500、负载。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1,本功率检测工具包括功率计装置100和电磁耦合器200。其中,电磁耦合器200具有输入端口201、输出端口203、耦合端口206、连接于所述输入端口201与输出端口203之间的主传输线路202、各自与所述主传输线路202耦合连接且耦合系数各不相同的多个耦合线路204、以及将所述多个耦合线路204选择性连接至所述耦合端口206的自适应微动机构205,所述耦合端口206与功率计装置100的输入端口连接,自适应微动机构205的控制端与功率计装置100的输出端口连接,图1中实线箭头表示射频信号(或者称为电磁信号、耦合信号),图1中虚线箭头表示控制信号。工作时,功率计装置100从接收到的耦合信号提取频率值,控制自适应微动机构205选择匹配当前频率值的耦合线路连接至所述耦合端口206。
上述电磁耦合器200内部,针对不同场强的磁共振射频系统,对应有不同的耦合线路。自适应微动机构205与功率计装置100配合,根据不同场强的磁共振射频系统其射频信号频率不同的特性,先从耦合信号提取频率值,然后根据频率值,控制耦合端口206连接对应的耦合线路204,从而保证针对不同场强的磁共振射频系统,电磁耦合器200均能够可靠地向功率计装置100耦合射频信号。从而使得同一套功率检测工具可以应用于不同厂家的磁共振成像系统,以及同一厂家不同型号的磁共振成像系统。
电磁耦合器200中耦合线路204的数量可以为两个、三个或更多,耦合线路204的数量越多,可匹配的磁共振射频系统类型越多。在一些实施例中,电磁耦合器200的一个耦合线路204设置为匹配1.5T场强的磁共振射频系统,对应射频的频率为63.8MHz,功率为16KW。电磁耦合器200的另一个耦合线路204设置为匹配3.0T场强的磁共振射频系统,对应射频的频率为127.6MHz,功率为35KW。还有一些实施例中,电磁耦合器200还配置有下述耦合线路中的一种或多种:匹配场强为0.35T磁共振射频系统的耦合线路、匹配场强为0.5T磁共振射频系统的耦合线路、匹配场强为7T磁共振射频系统的耦合线路、匹配场强为9.4T磁共振射频系统的耦合线路。
图2中示意性表示了一种自适应微动机构的结构。本自适应微动机构205包括嵌套设置的定环2051和动环2053,动环2053配置有动力源,可驱动动环2053相对定环2051转动,其中,定环2051沿环周布置有多个定电极2052,所述动环2053布置有动电极2054,动环2053旋转一周的过程中,动电极2054可先后与各所述定电极2052接触连接。
多个定电极2052与所述多个耦合线路204一一对应连接,所述动电极2054与所述耦合端口206连接,因此,动环2053在动力源的作用下转动时,可以实现所述多个耦合线路204的切换,将耦合端口206与需要的耦合线路204连接。
可以采用的动力源包括但不限于步进电机、伺服电机。
多个定电极2052优选按等间隔分布在定环的环周。
动环2053的初始位置可通过位置感应器进行标定,在动力源上电时,或者在复位时,动环2053被定位到该初始位置。位置感应器可以设置在定环2051上或者也可以设置在动力源上。
优选地,电磁耦合器200具有正向耦合端口和反向耦合端口,所述正向耦合端口和反向耦合端口均与所述功率计装置100的输入端口连接。图7和图8中,电磁耦合器200的正向耦合端口表示为FW,反向耦合端口表示为REV。可以同时测量正向传输的射频信号的功率和反向传输的射频信号的功率。
功率计装置100可以基于计算机实现,可以采用PC、工业电脑或者便携式电脑等。如图3所示,在计算机101内安装频率提取模块102、转角计算模块103、功率计算模块104和显示模块105,其中,频率提取模块102用于从电磁信号提取频率值,转角计算模块103根据频率-转角对应关系确定提取到的频率值对应的转角;功率计算模块104用于计算电磁信号的功率值;显示模块105用于以图形或数字显示计算的功率值,发送给显示器进行显示。
频率提取模块102,通过检测信号的波峰和/或波谷,通过对单位时间内的波峰数或波谷数统计,可获得信号的频率值。
转角计算模块103,内置有频率-转角对应关系,通过频率-转角对应关系即可得到频率值对应的转角。自适应微动机构205的动环2053按该转角转动后,动电极与相应的定电极接触连接,将耦合端口206连接到相应的耦合线路204。在一些实施例中,所述频率-转角对应关系中,频率包括中心频率63.86MHz且带宽1MHz的第一频率区间、以及中心频率127.72MHz且带宽1MHz的第二频率区间,63.86MHz和127.72MHz为保有量最多的两种系统的频率,而频率-转角对应关系中采用频率区间,当被测系统的频率出现微小偏移时,电磁耦合器仍能匹配到合适的耦合线路,适应性更好。
功率计算模块104,通过提取信号的电压、电流,可以计算出功率值。
进一步本功率检测工具还包括多种接口适配器,所述多种接口适配器用于匹配所述电磁耦合器和所述系统中的不同器件。
优选地,本功率检测工具包括下述的接口适配器:匹配电磁耦合器200和体线圈的接口适配器,匹配电磁耦合器200和混频器的接口配合器,匹配电磁耦合器200和传导板对接头的接口配合器,匹配电磁耦合器200和射频放大器内的射频IO板的接口配合器,匹配电磁耦合器200和射频放大器内的放大模块的接口配合器,匹配电磁耦合器200和射频放大器内的射频输出板的接口配合器。
使用时,选择不同的接口适配器,可以将电磁耦合器200连接至磁共振射频系统的不同位置,从而通过功率计装置100检测出磁共振射频系统的不同位置的射频信号功率,因此可以实现故障排查。
参照图4,上述功率检测工具的使用方法如下:
接收任务;
如果任务是功率校准,先判断系统是否是小功率系统,如果是,则用所述功率检测工具直接连接测量。如图5所示,将功率计装置100直接连接到系统300的激励板301的输出端口,直接测量并校准功率。如果不是小功率系统,则用所述功率检测工具耦合连接测量,即通过电磁耦合器200连接系统和功率计装置100;
当任务为校准所述系统的射频放大器时,用所述功率检测工具耦合连接测量,将测量的最大输出功率与标定的最大输出功率比较,实现校准。具体地,如图6所示,通过接口适配器400将射频放大器302的射频输出口与电磁耦合器200的输入端口相连,电磁耦合器200的输出端口通过射频线缆和负载Dummy Load 500相连,电磁耦合器200的正向耦合端口FW与功率计装置100的输入端口相连,从功率计装置100读取射频放大器302的输出功率,进而校准射频放大器302的最大输出功率;
当任务为检测所述系统的射频放大器的故障点时,用所述功率检测工具耦合连接测量,分别获取所述射频放大器的输出端口及各内部接口处的射频功率,与对应位置的标定功率比较,找出故障点。具体地,如图7所示,将射频IO板3021的输出1与功率计装置100相连,可以通过获取的功率值来判断射频IO板3021的输出信号是否正常。将电磁耦合器200串入在放大模块3023到射频输出板3024的中间回路,电磁耦合器200的正向耦合端口FW与功率计装置100相连,通过读取功率值判断放大模块3023是否工作正常;将电磁耦合器200的反向耦合端口REV与功率计装置100相连,通过读取反射功率值来判断射频输出板3024是否工作正常。同样的方法可以检查出另一个放大模块3023是否正常工作;
当任务为检测所述系统的故障点时,用所述功率检测工具耦合连接测量,分别获取所述系统的传导板上的对接头的输入端口和输出端口、混频器的各端口以及体线圈的各端口的射频功率,与对应位置的标定功率比较,找出故障点。具体地,如图8所示,射频放大器302发出大功率射频信号,经第一射频线303到传导板304上的对接头305,然后经第二射频线306到混频器307,分成0°和90°的正交射频信号,经第三射频线308和第四射频线309到体线圈310,最终将射频信号发射到人体。若射频功率过小,因接收回路无信号会报射频信号过小。若射频回路出现故障,则射频放大器会报反射功率过高。判断故障时,可将电磁耦合器200串入第一节点311、第二节点312、第三节点313、第四节点314、第五节点315、第六节点316、第七节点317,分别读取节点的发射功率和反射功率,由此判断射频回路是否传输信号正常。例如,图8中,将电磁耦合器200串入第三节点313处,功率计装置100通过电磁耦合器200的正向耦合端口FW和反向耦合端口REV分别获取输出射频功率和反射射频功率实际数值。若射频功率比第二节点312处的功率明显过小,则问题应是第二射频线306导致的。若测得第三节点313处的反射功率明显过大,则问题在混频器307到体线圈310的射频回路上。
在上述方法中,用所述功率检测工具耦合连接测量时,功率计装置100还与电磁耦合器200内的自适应微动机构205的控制端相连,功率计装置100从接收到的耦合信号提取频率值,控制电磁耦合器200中的自适应微动机构205选择匹配当前频率值的耦合线路204连接至所述耦合端口206,将所述功率检测工具与所述系统自动匹配。
可见,通过对电磁耦合器的改进,使得同一套工具可以适用于不同的磁共振射频系统。电磁耦合器内的自适应微动机构与功率计装置配合,实现了电磁耦合器的耦合线路自动匹配磁共振射频系统,使得工具的应用更加方便。通过增加多种接口适配器,使得同一套工具除了用于功率校准,还可以用于磁共振射频系统的故障排查,以及用于磁共振射频系统的射频放大器内部的故障排查。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容,并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种功率检测工具,其特征在于,包括:
功率计装置;以及
电磁耦合器,具有输入端口、输出端口、耦合端口、连接于所述输入端口与输出端口之间的主传输线路、各自与所述主传输线路耦合连接且耦合系数各不相同的多个耦合线路、以及将所述多个耦合线路选择性连接至所述耦合端口的自适应微动机构,所述耦合端口和所述自适应微动机构的控制端对应连接所述功率计装置的输入端口和输出端口,功率计装置从接收到的耦合信号提取频率值,控制自适应微动机构选择匹配当前频率值的耦合线路连接至所述耦合端口。
2.根据权利要求1所述的功率检测工具,其特征在于,所述自适应微动机构包括嵌套设置的定环和动环、以及驱动所述动环相对所述定环转动的动力源,所述定环的环周布置有多个定电极,所述动环布置有动电极,所述动环旋转一周的过程中,所述动电极可先后与各所述定电极接触连接,所述多个定电极与所述多个耦合线路一一对应连接,所述动电极与所述耦合端口连接。
3.根据权利要求2所述的功率检测工具,其特征在于,所述电磁耦合器具有正向耦合端口和反向耦合端口,所述正向耦合端口和反向耦合端口均与所述功率计装置的输入端口连接。
4.根据权利要求1所述的功率检测工具,其特征在于,所述功率计装置包括计算机,安装于所述计算机的频率提取模块、转角计算模块、功率计算模块和显示模块,所述频率提取模块用于从电磁信号提取频率值,所述转角计算模块根据频率-转角对应关系确定提取到的频率值对应的转角;所述功率计算模块用于计算电磁信号的功率值;所述显示模块用于以图形或数字显示计算的功率值。
5.根据权利要求4所述的功率检测工具,其特征在于,所述频率-转角对应关系中,频率包括中心频率63.86MHz且带宽1MHz的第一频率区间、以及中心频率127.72MHz且带宽1MHz的第二频率区间。
6.根据权利要求1所述的功率检测工具,其特征在于,所述检测工具还包括多种接口适配器,所述多种接口适配器用于匹配所述电磁耦合器和所述系统中的不同器件。
7.一种磁共振射频系统功率检测方法,其特征在于,采用如权利要求1所述的功率检测工具,方法包括:
接收任务;
当任务为检测所述系统的功率时,判断所述系统是否为小功率系统,若是,则用所述功率检测工具直接连接测量;若否,则用所述功率检测工具耦合连接测量;
当任务为校准所述系统的射频放大器时,用所述功率检测工具耦合连接测量,将测量的最大输出功率与标定的最大输出功率比较,实现校准;
当任务为检测所述系统的射频放大器的故障点时,用所述功率检测工具耦合连接测量,分别获取所述射频放大器的输出端口及各内部接口处的射频功率,与对应位置的标定功率比较,找出故障点;以及
当任务为检测所述系统的故障点时,用所述功率检测工具耦合连接测量,分别获取所述系统的传导板上的对接头的输入端口和输出端口、混频器的各端口以及体线圈的各端口的射频功率,与对应位置的标定功率比较,找出故障点;
其中,用所述功率检测工具耦合连接测量时,功率计装置从接收到的耦合信号提取频率值,控制自适应微动机构选择匹配当前频率值的耦合线路连接至所述耦合端口,将所述功率检测工具与所述系统自动匹配。
8.根据权利要求7所述的检测方法,其特征在于,所述电磁耦合器具有正向耦合端口和反向耦合端口,所述正向耦合端口和反向耦合端口均与所述功率计装置的输入端口连接,在执行检测故障点的任务中,所述功率计装置分别对来自正向耦合端口和反向耦合端口电磁信号处理,生成功率值。
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