專利名稱：體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和mri系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及核磁共振領(lǐng)域，并且更特別地涉及核磁共振中的體部/頭部線圈切換。
背景技術(shù)：
目前核磁共振技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。磁共振成像(MRI)又稱核磁共振成像(NMRI)，是利用原子核在磁場(chǎng)內(nèi)共振而產(chǎn)生影響的一種診斷方法。其基本原理是利用原子核的固有特性，以及磁場(chǎng)的相互作用來(lái)構(gòu)成圖像。與人體組織密切相關(guān)的一類原子核，在外界射頻(RF)場(chǎng)的作用下產(chǎn)生磁共振信號(hào)，與磁共振有關(guān)的一組參數(shù)可以用來(lái)作為成像的變量。射頻線圈是MRI系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，所有的磁共振掃描檢查都要借助線圈來(lái)完成。其功能是發(fā)射射頻脈沖、接收MRI信號(hào)，是MRI系統(tǒng)成像的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。射頻線圈根據(jù)結(jié)構(gòu)及檢查目的的不同可分為頭部線圈，體部線圈等。在實(shí)踐中，由于檢查部位的不同、病變范圍的大小、檢查目的的不同，需要在不同的射頻線圈之間進(jìn)行切換，從而提高M(jìn)RI檢查的圖像質(zhì)量，提高M(jìn)RI檢查的診斷符合率，擴(kuò)大MRI檢查的應(yīng)用范圍。在磁共振成像設(shè)備中，功率放大器(PA)是其重要部件之一。PA消耗電源功率并輸出RF功率。當(dāng)分別與體部線圈或頭部線圈連接時(shí)，RF PA輸出不同的功率電平。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的MR PA設(shè)計(jì)，有兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。第一種PA設(shè)計(jì)利用6路并聯(lián)來(lái)達(dá)到體部線圈要求，并在連接到某些其他線圈時(shí)切換到頭部線圈。然而，這種方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)與頭部線圈連接時(shí)效率較低。第二種PA設(shè)計(jì)利用6路并聯(lián)來(lái)達(dá)到體部線圈要求，并設(shè)計(jì)獨(dú)立的另一路用于頭部線圈連接。然而，這種方法的缺點(diǎn)在于成本太高。因此，在本領(lǐng)域中需要一種既能夠提高效率又能夠降低成本的新的PA設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于在核磁共振成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)體部線圈與頭部線圈之間的切換的方法，其中該核磁共振成像系統(tǒng)包括體部線圈、頭部線圈以及功率放大器組件，并且其中:該功率放大器組件包括:多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合并在一起的多路功率放大器；合并器，用于合并來(lái)自該多組功率放大器的信號(hào)并將其連接到體部線圈，第一開(kāi)關(guān)裝置，其一端保持接地；第二開(kāi)關(guān)裝置，串聯(lián)在一個(gè)Wilkinson電路的電阻支路中；以及1/4波長(zhǎng)傳輸線，位于第二開(kāi)關(guān)裝置與頭部線圈之間，該方法包括步驟:
通過(guò)設(shè)置第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置的狀態(tài)，使功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。本發(fā)明還提供了一種用于核磁共振成像系統(tǒng)中的功率放大器組件，其中該核磁共振成像系統(tǒng)包括體部線圈、頭部線圈以及該功率放大器組件，該功率放大器組件包括:多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合并在一起的多路功率放大器；合并器，用于合并來(lái)自該多組功率放大器的信號(hào)并將其連接到體部線圈，第一開(kāi)關(guān)裝置，其一端保持接地；第二開(kāi)關(guān)裝置，串聯(lián)在一個(gè)Wilkinson電路的電阻支路中；以及1/4波長(zhǎng)傳輸線，位于第二開(kāi)關(guān)裝置與頭部線圈之間，其中通過(guò)設(shè)置第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置的狀態(tài)，使功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。本發(fā)明還提供了一種包括上述功率放大器組件的核磁共振成像系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，能夠大幅提高功率效率，同時(shí)能夠節(jié)省成本。


根據(jù)下文中參考附圖而進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他的目的和特征將變得明顯，其中:圖1是現(xiàn)有技術(shù) 的PA設(shè)計(jì)100的示意性電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的PA設(shè)計(jì)200的示意性電路圖；圖3是用于對(duì)圖2的PA設(shè)計(jì)200進(jìn)行仿真的仿真電路300的示意性電路圖；圖4是圖3的仿真電路針對(duì)體部模式所產(chǎn)生的仿真結(jié)果；并且圖5是圖3的仿真電路針對(duì)頭部模式所產(chǎn)生的仿真結(jié)果。在這些附圖中，使用相同的參考標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或相似的部分。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下描述中主要給出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必需的技術(shù)特征，而省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。貫穿整個(gè)附圖，TL1-TL12表示1/4波長(zhǎng)傳輸線，TP1-TP3代表連接點(diǎn)，Teel-Tee3代表用于連接的微帶線，是不同支路的微帶線連接處，R1-R3代表電阻，freq代表頻率。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的PA設(shè)計(jì)100的示意性電路圖。在圖1中，兩路PA (例如PA5和PA6)通過(guò)二合一 Wilkinson (成爾金森)電路110合并在一起，三組這樣的兩路PA (例如PAl和PA2、PA3和PA4、PA5和PA6)通過(guò)三合一合并器120合并在一起。因此，總共有6路PA并聯(lián)在一起來(lái)達(dá)到系統(tǒng)要求。這種設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于“背景技術(shù)”部分描述的第一種方法，其利用6路并聯(lián)來(lái)達(dá)到體部線圈要求，并在連接到某些其他線圈時(shí)切換到頭部線圈。這種方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)與頭部線圈連接時(shí)效率較低。圖2是根據(jù)本發(fā)明的PA設(shè)計(jì)200的示意圖。圖2中的PA設(shè)計(jì)200在圖1的PA設(shè)計(jì)100的基礎(chǔ)上引入了兩個(gè)SroT (單刀雙擲)開(kāi)關(guān)SWITCH1和SWITCH2以及一條1/4波長(zhǎng)傳輸線TL6。核磁共振成像系統(tǒng)包括體部線圈、頭部線圈以及PA組件200。應(yīng)當(dāng)注意，核磁共振成像系統(tǒng)還包括某些其他組件，但這里僅對(duì)對(duì)于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)而言必需的那些組件進(jìn)行描述。PA組件200可以包括3組PA，每組PA包括由二合一 Wilkinson電路220合并在一起的兩路PA。應(yīng)當(dāng)注意，圖2中所示的3組PA只是示意性的，實(shí)際的PA組件可以根據(jù)需要具有不同組數(shù)的PA。此外，圖2所示的二合一 Wilkinson電路220也是示意性的，實(shí)際的Wilkinson電路220可以根據(jù)需要合并不同數(shù)量的多路PA。PA組件200還可以包括合并器210，用于合并來(lái)自該3組PA的信號(hào)并將其連接到體部線圈。PA組件200還可以包括第一開(kāi)關(guān)裝置SWITCH1，其一端可以保持接地，如圖2所
/Jn οPA組件200還可以包括第二開(kāi)關(guān)裝置SWITCH2，其可以串聯(lián)在一個(gè)Wilkinson電路220的電阻支路中，如圖2所示。PA組件200還可以包括1/4波長(zhǎng)傳輸線TL6，其可以位于第二開(kāi)關(guān)裝置SWITCH2與頭部線圈之間，如圖2所示。本發(fā)明的切換方法可以包括通過(guò)設(shè)置第一開(kāi)關(guān)裝置SWITCH1和第二開(kāi)關(guān)裝置SffITCH2的狀態(tài)，使PA組件200連接到體部線圈或頭部線圈。首先描述圖2中的體部線圈工作狀態(tài)。當(dāng)SPDT開(kāi)關(guān)裝置SWITCH1和SWITCH2的狀態(tài)(State)都設(shè)置為“I”時(shí)，意味著TP2接地，SffITCH2與TP3連接。因?yàn)門P2接地，從TP3看Term4(參見(jiàn)圖3)將是具有1/4波長(zhǎng)變換理論的開(kāi)路。此時(shí)，圖2的PA設(shè)計(jì)200如同圖1中的PA設(shè)計(jì)100那樣工作。信號(hào)從 PA流入Terml (參見(jiàn)圖3)并用于體部線圈。其次描述圖2中的頭部線圈工作狀態(tài)。當(dāng)SPDT開(kāi)關(guān)裝置SWITCH1和SWITCH2的狀態(tài)(state)都設(shè)置為“O”時(shí)，意味著TPl接地，SffITCH2連接到開(kāi)路并且TP3與100歐的平衡電阻Rl斷開(kāi)。因?yàn)門Pl接地，從TP3看Terml將是具有1/4波長(zhǎng)變換理論的開(kāi)路，這意味著TP3只通過(guò)1/4波長(zhǎng)變換傳輸線與Term4連接。因此，信號(hào)從PA流入Term4 (參見(jiàn)圖3)并用于頭部線圈。由于SWITCH1只通過(guò)1/4波長(zhǎng)變換傳輸線接地，因此理論上沒(méi)有任何功率流入其中，而SWITCH2只連接到開(kāi)路和平衡電阻Rl，因此，基于以上分析，只有少量功率流入其中。因此，相對(duì)于“背景技術(shù)”部分所述的現(xiàn)有技術(shù)的第一種PA設(shè)計(jì)，本發(fā)明可以采用小功率RF開(kāi)關(guān)來(lái)節(jié)省成本，相對(duì)于“背景技術(shù)”部分所述的現(xiàn)有技術(shù)的第二種PA設(shè)計(jì)，本發(fā)明可以僅使用一路PA來(lái)達(dá)到頭部線圈要求，從而節(jié)省了一路PA的成本。圖3是用于對(duì)圖2的PA設(shè)計(jì)200進(jìn)行仿真的仿真電路300的示意性電路圖，其所針對(duì)的是MR 1.5T場(chǎng)強(qiáng)的PA設(shè)計(jì)，因此其中心頻率是63.86Mhz。應(yīng)當(dāng)注意，圖2和圖3都只是示意性的。在其他實(shí)施例中，上述兩個(gè)STOT(單刀雙擲)開(kāi)關(guān)SWITCH1和SWITCH2以及一條1/4波長(zhǎng)傳輸線TL6可以連接到三個(gè)Wilkinson中的任何一個(gè)，而不限于圖中所示的連接方式。圖4是圖3的仿真電路針對(duì)體部模式所產(chǎn)生的仿真結(jié)果，并且圖4是圖3的仿真電路針對(duì)頭部模式所產(chǎn)生的仿真結(jié)果。從圖4-圖5所示的仿真結(jié)果可以看出，由于本發(fā)明的PA設(shè)計(jì)中引入了 1/4波長(zhǎng)傳輸線TL6，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的PA設(shè)計(jì)，本發(fā)明能夠?qū)⒋蠓岣吖β市?，同時(shí)能夠節(jié)省成本。
應(yīng)當(dāng)注意，上面所描述的實(shí)施例僅僅是示例性而非限制性的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離所附權(quán)利要求書(shū)的范圍的情況下可以設(shè)計(jì)出很多備選實(shí)施例。所使用的動(dòng)詞“包括”并不排除權(quán)利要求書(shū)或說(shuō)明書(shū)中所記載的元件和步驟之外的元件和步驟。在元件之前使用的詞語(yǔ)“一個(gè)”并不排除存在多個(gè)這種元件。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)內(nèi)的任何參考標(biāo)號(hào)都不應(yīng)理解為對(duì)該權(quán)利 要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于在核磁共振成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)體部線圈與頭部線圈之間的切換的方法，其中所述核磁共振成像系統(tǒng)包括所述體部線圈、頭部線圈以及功率放大器組件，并且其中: 所述功率放大器組件包括: 多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合并在一起的多路功率放大器； 合并器，用于合并來(lái)自所述多組功率放大器的信號(hào)并將其連接到所述體部線圈， 第一開(kāi)關(guān)裝置，其一端保持接地； 第二開(kāi)關(guān)裝置，串聯(lián)在一個(gè)所述Wilkinson電路的電阻支路中；以及 1/4波長(zhǎng)傳輸線，位于所述第二開(kāi)關(guān)裝置與所述頭部線圈之間， 所述方法包括步驟: 通過(guò)設(shè)置所述第一開(kāi)關(guān)裝置和所述第二開(kāi)關(guān)裝置的狀態(tài)，使所述功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 當(dāng)將所述第一開(kāi)關(guān)裝置和所述第二開(kāi)關(guān)裝置設(shè)置為第一狀態(tài)時(shí)，所述功率放大器組件連接到所述體部線圈，并且其中在所述第一狀態(tài)中，所述第一開(kāi)關(guān)裝置與所述頭部線圈和所述1/4波長(zhǎng)變換傳輸線接通在一起從而使得所述頭部線圈和所述1/4波長(zhǎng)變換傳輸線接地，所述第二開(kāi)關(guān)裝置的工作狀態(tài)使得所述電阻支路中的電阻接入到所述Wilkinson電路；并且 當(dāng)將所述第一開(kāi)關(guān)裝置和所述第二開(kāi)關(guān)裝置設(shè)置為第二狀態(tài)時(shí)，所述功率放大器組件連接到所述頭部線圈，并且其中在所述第二狀態(tài)中，所述第一開(kāi)關(guān)裝置與所述一個(gè)Wilkinson電路中的與第二開(kāi)關(guān)裝置連接的功率放大器支路的不與所述與第二開(kāi)關(guān)裝置相連的一端接通在一起從而使得該端接地，所述第二開(kāi)關(guān)裝置為開(kāi)路從而使所述電阻支路中的所述電阻置于開(kāi)路狀態(tài)。
3.一種用于核磁共振成像系統(tǒng)中的功率放大器組件，其中所述核磁共振成像系統(tǒng)包括體部線圈、頭部線圈以及所述功率放大器組件，所述功率放大器組件包括: 多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合并在一起的多路功率放大器； 合并器，用于合并來(lái)自所述多組功率放大器的信號(hào)并將其連接到所述體部線圈， 第一開(kāi)關(guān)裝置，其一端保持接地； 第二開(kāi)關(guān)裝置，串聯(lián)在一個(gè)所述Wilkinson電路的電阻支路中；以及 1/4波長(zhǎng)傳輸線，位于所述第二開(kāi)關(guān)裝置與所述頭部線圈之間， 其中通過(guò)設(shè)置所述第一開(kāi)關(guān)裝置和所述第二開(kāi)關(guān)裝置的狀態(tài)，使所述功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器組件，其中: 當(dāng)將所述第一開(kāi)關(guān)裝置和所述第二開(kāi)關(guān)裝置設(shè)置為第一狀態(tài)時(shí)，所述功率放大器組件連接到所述體部線圈，并且其中在所述第一狀態(tài)中，所述第一開(kāi)關(guān)裝置與所述頭部線圈和所述1/4波長(zhǎng)變換傳輸線接通在一起從而使得所述頭部線圈和所述1/4波長(zhǎng)變換傳輸線接地，所述第二開(kāi)關(guān)裝置的工作狀態(tài)使得所述電阻支路中的電阻接入到所述Wilkinson電路；并且當(dāng)將所述第一開(kāi)關(guān)裝置和所述第二開(kāi)關(guān)裝置設(shè)置為第二狀態(tài)時(shí)，所述功率放大器組件連接到所述頭部線圈，并且其中在所述第二狀態(tài)中，所述第一開(kāi)關(guān)裝置與所述一個(gè)Wilkinson電路中的與第二開(kāi)關(guān)裝置連接的功率放大器支路的不與所述與第二開(kāi)關(guān)裝置相連的一端接通在一起從而使得該端接地，所述第二開(kāi)關(guān)裝置為開(kāi)路從而使所述電阻支路中的所述電阻置于開(kāi)路狀態(tài)。
5.—種核磁共振成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)`利要求3-4所述的功率放大器組件。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和MRI系統(tǒng)”。本發(fā)明提供了體部/頭部線圈切換方法、功率放大器組件和MRI系統(tǒng)。該核磁共振成像系統(tǒng)包括體部線圈、頭部線圈以及功率放大器組件。該功率放大器組件包括多組功率放大器，每組功率放大器包括由Wilkinson電路合并在一起的多路功率放大器；合并器，用于合并來(lái)自該多組功率放大器的信號(hào)并將其連接到體部線圈，第一開(kāi)關(guān)裝置，其一端保持接地；第二開(kāi)關(guān)裝置，串聯(lián)在一個(gè)Wilkinson電路的電阻支路中；以及1/4波長(zhǎng)傳輸線，位于第二開(kāi)關(guān)裝置與頭部線圈之間。該方法包括通過(guò)設(shè)置第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置的狀態(tài)，使功率放大器組件連接到體部線圈或頭部線圈。根據(jù)本發(fā)明，能夠大幅提高功率效率，同時(shí)能夠節(jié)省成本。
文檔編號(hào)A61B5/055GK103222867SQ20121003146
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者邢昊洋, 劉渝, 廖安謀, 王凱, 趙晨星, 彭奇斌 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司