本發(fā)明實施例涉及磁共振技術，尤其涉及一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)。

背景技術：

在磁共振系統(tǒng)中，射頻接收線圈實際是一個接收陣列，內含有多個接收天線，每個接收天線作為接收陣列的一個組成單元負責獨立的接收來自人體負載的射頻回波信號，同時也需要能夠進行調諧和失諧的控制。磁共振射頻大功率發(fā)射期間要求所有接收線圈單元處于失諧狀態(tài)，人體發(fā)出回波信號時要求選定的部分接收線圈單元處于調諧狀態(tài)，未被選中的接收線圈單元處于失諧狀態(tài)，選中的線圈單元一般是位置上距離成像片層最近的，因此我們注意到，磁共振系統(tǒng)中有對接收陣列中的每個單元都單獨進行控制的需求。

現(xiàn)有技術對線圈單元的控制是采用所有線圈全并行控制的方式，比如，一個含有24個線圈單元的接收陣列，就需要24根調諧失諧控制信號，每一根調失諧控制信號單獨控制一線圈單元。

而現(xiàn)有技術仍存在如下缺陷：全并行控制的方式在失諧狀態(tài)時會產(chǎn)生大量功耗，舉例說明，一般失諧的控制是通過二極管的恒流導通控制的，而恒流源電流一般在100mA左右，由一個15V的源電壓來驅動，若有15個單元沒被選通處于常失諧狀態(tài)，全并行控制時功率就會出現(xiàn)15*0.1*15＝22.5W的總功耗。其中線圈被分擔了一少部分，大部分功耗被產(chǎn)生調諧失諧信號的控制驅動電路消耗。對于發(fā)熱敏感的線圈，就必須要將線圈控制驅動電路布置到離線圈盡量遠的地方，因此無法整合集成，同時也會讓系統(tǒng)走線變的拖沓。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)，以實現(xiàn)簡化系統(tǒng)互連線，降低驅動電路的功耗的目的。

本發(fā)明實施例提供了一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)，包括：至少一個線圈單元和控制單元；

所述控制單元，與所述線圈單元相連，用于根據(jù)預設的控制狀態(tài)向所述線圈單元發(fā)送對應控制指令；

所述線圈單元，設置有用于接收調諧控制電壓的調諧接收端和用于接收失諧控制電流的失諧接收端，所述調諧接收端之間相互并聯(lián)，所述失諧接收端之間相互串聯(lián)；

所述線圈單元用于根據(jù)接收的控制指令選擇失諧控制電流或者調諧控制電壓作用在線圈單元的電路中，使得線圈單元對應處于失諧狀態(tài)或者調諧狀態(tài)。

本發(fā)明實施例通過在線圈單元上設置用于接收調諧控制電壓的調諧接收端和用于接收失諧控制電流的失諧接收端，且調諧接收端之間相互并聯(lián)呈現(xiàn)星狀拓撲結構，失諧接收端之間相互串聯(lián)呈現(xiàn)類菊花鏈型結構，這種串并聯(lián)結合的控制構架使得不論有多少個線圈單元，都只需要驅動電路提供兩根信號線就可以滿足所有線圈單元的需求，極大的減少了系統(tǒng)互聯(lián)信號線數(shù)量，有利于系統(tǒng)整合集成，并且顯著降低了驅動電路的功耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例三提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例四提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例五提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部結構。

實施例一

圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖，本實施例可適用于利用射頻接收線圈來接收人體射頻回波信號的情況，如圖1所示，該磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的具體結構包括：至少一個線圈單元2和控制單元1；所述控制單元1，與所述線圈單元2相連，用于根據(jù)預設的控制狀態(tài)向所述線圈單元2發(fā)送對應控制指令；所述線圈單元2，設置有用于接收調諧控制電壓的調諧接收端Tune和用于接收失諧控制電流的失諧接收端Detune，所述調諧接收端Tune之間相互并聯(lián)，所述失諧接收端Detune之間相互串聯(lián)；所述線圈單元2用于根據(jù)接收的控制指令選擇失諧控制電流或者調諧控制電壓作用在線圈單元2的電路中，使得線圈單元2對應處于失諧狀態(tài)或者調諧狀態(tài)。

其中，線圈單元2相當于一個接收天線，在人體的共振頻率下線圈單元2是調諧狀態(tài)的就可以接收到人體負載的射頻回波信號，射頻回波信號可為后續(xù)圖像重建系統(tǒng)使用，線圈單元2是失諧狀態(tài)的則無法接受信號。通常會選擇距離成像區(qū)較近的線圈單元2處于調諧狀態(tài)，因為信號直接來自人體被掃描的部位，距離越近，接收的信號越強，信噪比也越高；距離成像區(qū)較遠的線圈單元2，接收到的射頻回波信號非常微弱接近噪聲，因此各線圈單元2接收到的信號在合成后會惡化整體的信噪比，且距離成像區(qū)較遠的線圈單元2還會與其他線圈單元2相互耦合而導致其他線圈單元2偏離最近接收狀態(tài)，因此對于距離成像區(qū)較遠的線圈單元2通常會將其失諧掉，從而不會加入到圖像的合成算法中，也不會影響其他用于成像的線圈單元2，因此在實際應用時，根據(jù)其成像區(qū)位置的不同或者成像要求的不同，對每一線圈單元2處于調失諧狀態(tài)的要求也不同。

其中，控制單元1可以是集成有可編程邏輯器件，如FPGA(Field－Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)的控制電路板，所有可能的控制狀態(tài)都預先存儲在可編程邏輯器件內置的ROM或者控制電路內的獨立ROM器件中，線圈單元2都可以是調諧狀態(tài)或者失諧狀態(tài)兩種可控狀態(tài)，當有N個線圈單元2時，最多可以有2的N次方種控制狀態(tài)。

其中，預設的控制狀態(tài)規(guī)定了每一線圈單元2的調失諧狀態(tài)，控制單元1向需要處于調諧狀態(tài)的線圈單元2發(fā)送調諧指令，向需要處于失諧狀態(tài)的線圈單元2發(fā)送失諧指令。在一般的臨床應用場景中，預設的控制狀態(tài)通常由具體的掃描協(xié)議來設定，當選擇不同的掃描協(xié)議時，其規(guī)定的處于調諧狀態(tài)的線圈單元2是不同的，相應的，處于失諧狀態(tài)的線圈單元2也是不同的，例如，掃描頭部的協(xié)議中規(guī)定了頭部線圈單元2處于調諧狀態(tài)，非頭部線圈單元2處于失諧狀態(tài)；掃描頸椎的協(xié)議中規(guī)定了脊柱線圈單元2處于調諧狀態(tài)，非脊柱線圈單元2處于失諧狀態(tài)?？蛇x擇的，該預設的控制狀態(tài)也可以由人為設定，使用者可以根據(jù)實際需要規(guī)定每一線圈單元2的調失諧狀態(tài)。

其中，控制單元1通過控制總線來輸出控制指令，控制總線可以是單線的1-wire總線、雙線的I2C總線或者三線的SPI總線，優(yōu)選控制總線為1-wire總線以節(jié)省線纜。如圖1所示，控制單元1通過控制總線向第1個線圈單元2、第2個線圈單元2……第N個線圈單元2對應輸出的控制指令依次為Ctrl_1、Ctrl_2……Ctrl_N。

其中，可以通過驅動電路來同時提供調諧控制電壓和失諧控制電流，因此接收陣列中的所有線圈單元2由一對調諧控制電壓信號和失諧控制電流信號共同控制，線圈單元2也可以是多個線圈在一起構成的一個線圈群組，同一群組內的每個線圈在調諧時公用調諧控制電壓，在失諧時均分失諧控制電流。進一步，調諧控制電壓可以是反向電壓V_T，失諧控制電流可以是正向電流I_D。

進一步，調諧接收端Tune之間相互并聯(lián)使得調諧控制電壓并聯(lián)接入每一線圈單元2中，失諧接收端Detune之間相互串聯(lián)使得失諧控制電流串聯(lián)接入每一線圈單元2中，因此不論有多少個線圈單元2，驅動電路都只需要兩根信號線即可滿足所有線圈單元2的需求，如此大大簡化了系統(tǒng)互連信號線的數(shù)量，且由于失諧控制電流貫穿所有的線圈單元2，因此大大減少了驅動電路的功耗。

本實施例提供的技術方案，通過在線圈單元2上設置用于接收調諧控制電壓的調諧接收端Tune和用于接收失諧控制電流的失諧接收端Detune，再通過控制單元1的控制來選擇失諧控制電流或者調諧控制電壓作用在線圈單元2的電路中，使得線圈單元2對應處于失諧狀態(tài)或者調諧狀態(tài)，其中調諧接收端Tune之間相互并聯(lián)呈現(xiàn)星狀拓撲結構，失諧接收端Detune之間相互串聯(lián)呈現(xiàn)類菊花鏈型結構，這種串并聯(lián)結合的控制構架使得不論有多少個線圈單元2，都只需要驅動電路提供兩根信號線就可以滿足所有線圈單元2的需求，極大的節(jié)省了線圈的對外接口的復雜度，減少了系統(tǒng)互聯(lián)信號線數(shù)量，有利于系統(tǒng)整合集成，并且顯著降低了驅動電路的功耗。

實施例二

圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖，具體是線圈單元2的結構示意圖，本實施例在上述實施例的基礎上，優(yōu)選的，所述線圈單元2包括：開關子單元，用于接收控制指令，并根據(jù)接收的控制指令控制開關的狀態(tài)；切換子單元，用于根據(jù)開關的狀態(tài)將失諧接收端Detune或者調諧接收端Tune接入切換子單元的電路中，使得線圈單元2對應處于失諧狀態(tài)或者調諧狀態(tài)。

其中，開關子單元的控制是通過弱電的數(shù)字電平來控制。開關子單元包括至少一個開關，根據(jù)控制單元1發(fā)送的不同控制指令，開關子單元控制開關的不同狀態(tài)。

具體地，所述開關子單元包括第一開關SW1、第二開關SW2和第三開關SW3；所述第一開關SW1一端與切換子單元相連，另一端根據(jù)接收的控制指令選擇接地或者接入下一線圈單元2的失諧接收端(圖2中以Detune_0表示)；所述第二開關SW2一端與切換子單元相連，另一端根據(jù)接收的控制指令連接失諧接收端Detune或者調諧接收端Tune；所述第三開關SW3設置在失諧接收端Detune與下一線圈單元2的失諧接收端(圖2中以Detune_0表示)的連接線路上，并根據(jù)接收的控制指令選擇斷開或者閉合。

其中，第一開關SW1和第二開關SW2可以是單刀雙擲開關(SPDT),第三開關SW3可以是單刀單擲開關(SPST)。

開關子單元的工作原理為：當接收的控制指令為調諧指令時，第二開關SW2連接調諧接收端Tune，將反向電壓V_T(即調諧控制電壓)引入切換子單元的電路中，第一開關SW1接地使得反向電壓V_T起作用，第三開關SW3閉合將正向電流I_D(即失諧控制電流)引入下一線圈單元2中；當接收的控制指令為失諧指令時，第二開關SW2連接失諧接收端Detune，將正向電流I_D引入切換子單元的電路中，第三開關SW3斷開避免正向電流I_D分流，第一開關SW1連接下一線圈單元2的失諧接收端(圖2中以Detune_0表示)，使得正向電流I_D經(jīng)切換子單元后再流入下一線圈單元2中，需要說明的是，最后一個線圈單元2的第一開關SW1可以接地，從而使正向電流I_D從輸入端可以一直貫穿下去。

具體地，所述切換子單元包括第一電感L1、調失諧二極管D1和含有第一電容C1的接收線圈4；所述第一電感L1一端與第一電容C1相連，另一端分別與調失諧二極管D1正極和第二開關SW2相連，并根據(jù)第二開關SW2的狀態(tài)與失諧接收端Detune或者調諧接收端Tune相連；所述調失諧二極管D1負極分別與第一電容C1和第一開關SW1相連。

其中，第一電容C1串聯(lián)在接收線圈4中，接收線圈4相當于天線，用于在調諧時接收人體負載的射頻回波信號，接收線圈4可以和射頻接收鏈(在圖2中以Rx示意，Rx為Receive，意為接收)相連，用以對接收的射頻回波信號進行后續(xù)處理。

優(yōu)選的，所述接收線圈4包括第一電容C1和至少一個第二電容C2，所述第二電容C2相互串接后與第一電容C1串接以形成環(huán)形線圈。其中，每一電容連接兩塊銅導線，用以形成接收線圈4的諧振回路，連接方式可以為焊接，即電容的焊端直接焊接到銅導線上，另外，接收線圈4中的幾個電容在容值近似或相等時還可均勻分布電容，使得場的分布更加均勻。

切換子單元的工作原理為：當接入正向電流I_D時，調失諧二極管D1導通，近似短路，正向電流I_D流經(jīng)調失諧二極管D1進入下一線圈單元2，此時第一電感L1與第一電容C1形成并聯(lián)諧振回路，該并聯(lián)諧振回路串于線圈4中使得接收線圈4無法在成像頻段(即調諧狀態(tài)下接收線圈4的諧振頻率)下諧振，處于開路狀態(tài)，接收線圈4不能正常工作而處與失諧狀態(tài)，無法接收信號；當接入反向電壓V_T時，調失諧二極管D1反向截止，反向電壓V_T作用在調失諧二極管D1的兩端，此時第一電感L1不再與第一電容C1形成諧振回路，接收線圈4不再受干擾而在成像頻段近似短路，即接收線圈4可以在諧振頻率上諧振而處于調諧狀態(tài)。

本實施例提供的技術方案，根據(jù)控制單元1發(fā)送的失諧指令控制線圈單元2中開關的狀態(tài)，使得正向電流I_D作用于當前線圈單元2中再流入下一線圈單元2，以及根據(jù)控制單元1發(fā)送的調諧指令控制線圈中的狀態(tài)，使得反向電壓V_T作用于當前線圈單元2中，而正向電流I_D繞過當前線圈單元2，直接流向下一線圈單元2中，如此使得一個正向電流I_D貫穿所有的線圈單元2，節(jié)省了線圈的對外接口的復雜度，減少了系統(tǒng)互聯(lián)信號線數(shù)量，有利于系統(tǒng)整合集成，并且顯著降低了驅動電路的功耗。

在上述技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述線圈單元2還包括被動失諧電路3，用于在大功率時自動導通，使得線圈單元2自動處于失諧狀態(tài)；所述被動失諧電路3一端與調失諧二極管D1正極和第一電感L1相連，另一端與調失諧二極管D1負極和第一電容C1相連。其中，在線圈單元2處于調諧狀態(tài)時，如果射頻發(fā)射功率大于一預設的閾值，則被動失諧電路3的二極管自動導通，使得第一電感L1和第一電容C形成諧振回路，使線圈單元2處于失諧狀態(tài)，被動失諧電路3主要用于保護線圈單元2在主動失諧電路沒有工作時不被大功率打壞。

該磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的工作原理為：根據(jù)控制單元1發(fā)送的調諧指令控制第一開關SW1接地，第二開關SW2連接調諧接收端Tune，第三開關SW3閉合，使得調諧控制電壓作用在線圈單元2的電路中以使調失諧二極管D1反向截止，第一電感L1和第一電容C1無法形成諧振回路，接收線圈4正常工作而處于調諧狀態(tài)；以及根據(jù)控制單元1發(fā)送的失諧指令控制第一開關SW1接入下一線圈單元2的失諧接收端(圖2中以Detune_0表示)，第二開關SW2連接失諧接收端Detune，第三開關SW3斷開，使得失諧控制電流作用在線圈單元2的電路中以使調失諧二極管D1正向導通，第一電感L1管和第一電容C1形成諧振回路，所述諧振回路串于接收線圈中使得接收線圈4無法正常工作而處于失諧狀態(tài)。

實施例三

圖3為本發(fā)明實施例三提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖，具體是線圈單元2的結構示意圖，本實施例在上述各實施例的基礎上，優(yōu)選的，所述切換子單元還包括第二電感L2，所述第二電感L2的一端分別與第一電感L1和調失諧二極管D1正極相連，另一端與第二開關SW2相連，并根據(jù)第二開關SW2的狀態(tài)與失諧接收端Detune或者調諧接收端Tune相連。

其中，第二電感L2的作用是通直隔交，為了節(jié)省線纜，可以將射頻信號與線圈的控制信號(正向電流I_D或者反向電壓V_T)共用線纜，因此驅動電路提供的正向電流I_D/反向電壓V_T中可能會耦合有射頻信號，在線圈單元2中通過第二電感L2過濾。

實施例四

圖4為本發(fā)明實施例四提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖，本實施例與實施例三的區(qū)別在于，本實施例中將具有通直隔交功能的電感分別設置在驅動電路輸出正向電流I_D和反向電壓V_T的連接線路上，即在輸出正向電流I_D的連接線路上串聯(lián)一第三電感L3，在輸出反向電壓V_T的連接線路上串聯(lián)一第四電感L4。

實施例五

圖5為本發(fā)明實施例五提供的一種磁共振射頻接收線圈系統(tǒng)的結構示意圖，本實施例在上述各實施例的基礎上，優(yōu)選是還包括第四開關SW0，設置在失諧接收端Detune的串聯(lián)線路上，用于根據(jù)控制單元1發(fā)送的控制指令選擇斷開或者閉合失諧控制電流的回路。

其中，當?shù)谒拈_關SW0閉合時，每一線圈單元2可以根據(jù)接收的控制指令選擇是否將失諧控制電流作用在線圈單元2中，而當?shù)谒拈_關SW0斷開時，失諧控制電流的回路被斷開，所有線圈單元2的失諧控制電流均不再起作用。

優(yōu)選的，所述控制單元1還用于當預設控制狀態(tài)為所有線圈單元2均為調諧狀態(tài)時，向第四開關SW0發(fā)送斷開失諧控制電流的指令使得第四開關SW0斷開。

其中，當所有線圈單元2均為調諧狀態(tài)時，沒有任何調失諧二極管D1需要導通，而此時的失諧控制電流的回路依然有恒流暢通無阻，產(chǎn)生功耗，導致線圈單元2發(fā)熱，而此時將第四開關SW0斷開，可使得失諧控制電流徹底被阻斷，減少線圈單元2的功耗。

本實施例中，優(yōu)選的，對于方案所述控制單元1還用于當預設控制狀態(tài)為所有線圈單元2均為調諧狀態(tài)時，向第四開關SW0發(fā)送斷開指令使得第四開關SW0斷開，還可以替換為：所述控制單元1還用于當預設控制狀態(tài)為所有線圈單元2均為調諧狀態(tài)時，向任一開關子單元發(fā)送斷開失諧控制電流的指令使得第三開關SW3斷開。這樣設置的好處在于，即使不設置第四開關SW0，或者在第四開關SW0失效時，仍可以斷開失諧控制電流的回路，使得失諧控制電流徹底被阻斷，減少線圈單元2的功耗。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求范圍決定。