本申請涉及磁共振成像領域，尤其涉及一種射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路及磁共振成像設備。

背景技術：

射頻發(fā)射線圈是MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)系統(tǒng)的一個重要組成部分，磁共振成像系統(tǒng)均需借助于射頻發(fā)射線圈進行激發(fā)來完成磁共振成像掃描。其中，射頻發(fā)射線圈的主要功能是發(fā)射射頻脈沖。而如何產(chǎn)生均勻的射頻場(即B1場)，是MRI成像的一個重要環(huán)節(jié)。

目前，應用到MRI系統(tǒng)中的射頻發(fā)射線圈主要有：鳥籠線圈、螺線管線圈、鞍狀線圈、赫姆赫茲線圈和橫向電磁模線圈等。其中，籠式射頻發(fā)射線圈在MRI系統(tǒng)中應用比較廣泛。

參見圖1，為籠式射頻發(fā)射線圈的結(jié)構(gòu)示意圖，籠式射頻發(fā)射線圈存在如下優(yōu)點：線圈產(chǎn)生的射頻場均勻性高；線圈和主磁場的同軸線；線圈具有高度的對稱性，可進行正交發(fā)射和接收，因而信噪比可以提高倍。但籠式射頻發(fā)射線圈產(chǎn)生的射頻磁場的性能指標受線圈列線101數(shù)目的制約。當線圈的列線101數(shù)目下降時，射頻場的均勻性會降低；當線圈的長度、直徑以及列線101的寬度不變時，列線101數(shù)目減少時，射頻場的均勻性也會變差。而當列線101數(shù)目不斷增加時，射頻場的均勻性也不會有大的提高。

圖2示出了現(xiàn)有技術中目前常用的單通道發(fā)射線圈射頻脈沖激勵電路，包括依次連接的FPGA(Field－Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)控制單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(DAC，Digital to analog converter)、射頻放大器和功分器，其中，F(xiàn)PGA控制單元傳輸?shù)尿?qū)動信號，依次經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成模擬信號、射頻放大器放大，接著由功分器轉(zhuǎn)換成正交電流信號(IQ信號，Inphase and quadrature)，即相位差為90°的兩路電流，發(fā)送給籠式射頻發(fā)射線圈100的兩個饋電端口103，這兩個饋電端口103與線圈端口中心連線的夾角為90°，從而驅(qū)動籠式射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生一個圓極化場。但這兩路電流只具有兩個自由端(即相位相差90°、幅度相等)，即這兩路驅(qū)動電流的能量幅度、波形完全相同，功分器只是將經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、射頻放大器輸出的驅(qū)動信號分成兩路，并未改變每路驅(qū)動信號的特性，即功分器輸出的兩路驅(qū)動電流的特性是固定的，不能根據(jù)需要來調(diào)節(jié)這兩路電流的特性。而對于每個患者，所需要的射頻場不同，可能需要對線圈各饋電端口103輸入的驅(qū)動電流的特性，如頻率、能量、波形和相位等分別進行調(diào)整，以達到射頻場的均勻性。

參見圖3，為目前現(xiàn)有技術中的一種雙源發(fā)射線圈驅(qū)動電路，該電路包括兩路依次連接的FPGA控制單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和射頻放大器，兩個FPGA控制單元分別輸出控制信號，依次經(jīng)各自連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為模擬信號，再由各自的射頻放大器放大后輸出驅(qū)動信號至籠式射頻發(fā)射線圈100。該雙源發(fā)射線圈驅(qū)動電路通過各饋電端口103所在鏈路的FPGA控制單元來調(diào)節(jié)輸入至該饋電端口103所在鏈路的控制信號，使得輸入至各饋電端口103的驅(qū)動電流的特性隨著控制信號的變化而變化。然而，該驅(qū)動電路雖然可根據(jù)患者來調(diào)節(jié)輸入各饋電端口103的驅(qū)動電流的特性，但饋電端口僅為兩個，射頻場均勻性仍然較差，且射頻放大器的成本較高，選擇雙射頻放大器，成本會大大增加。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路及磁共振成像設備，以解決現(xiàn)有技術中存在的射頻發(fā)射線圈產(chǎn)生射頻場的均勻性較差的問題。

具體地，本申請是通過如下技術方案實現(xiàn)的：

根據(jù)本申請的第一方面，提供一種射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路，所述電路包括依次連接的控制單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、射頻放大器、功分器以及移相器，所述功分器具有至少三個輸出端，所述各輸出端經(jīng)與其相連的移相器連接至射頻發(fā)射線圈的一饋電端口；

所述控制單元傳輸?shù)尿?qū)動信號經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進行D/A轉(zhuǎn)換、射頻放大器放大，再由所述功分器將經(jīng)所述射頻放大器放大后的驅(qū)動信號分成至少三路信號，所述每路信號經(jīng)對應的移相器進行相位調(diào)節(jié)后發(fā)送給饋電端口。

可選地，所述射頻發(fā)射線圈為籠式，與所述相移器連接的饋電端口沿所述射頻發(fā)射線圈的周向等分所述射頻發(fā)射線圈。

可選地，所述功分器輸出端的數(shù)量以及移相器的數(shù)量與所述射頻發(fā)射線圈的饋電端口數(shù)量相等。

可選地，所述功分器包括多個波導管，所述波導管將經(jīng)所述射頻放大器放大的驅(qū)動信號分成至少三路等功率輸出信號。

可選地，所述波導管包括中心對稱連接在所述功分器輸入端的四個第一波導管以及兩兩對稱連接在所述第一波導管末端的第二波導管，第二波導管的兩端均設有功分器的輸出端。

可選地，所述第一波導管包括第一連接部和第二連接部，所述第一連接部的一端垂直連接于所述功分器的輸入端、另一端垂直連接于第二連接部的中心位置，所述第一連接部與第二連接部相連通；

所述第二連接部的兩末端均垂直連接于一第二波導管的中心位置，每一第二波導管上的功分器輸出端對稱設置。

可選地，所述移相器包括變?nèi)荻O管，所述變?nèi)荻O管連接可控電壓源。

可選地，所述可控電源連接所述控制單元，所述可控電壓源的電壓大小由所述控制單元所控制。

可選地，所述電路還包括射頻場檢測單元，所述射頻場檢測單元用以檢測所述射頻發(fā)射線圈各位置處的射頻場強度，并將所述射頻場強度發(fā)送給所述控制單元，所述控制單元根據(jù)各位置處的射頻場強度調(diào)節(jié)所述可控電壓源的電壓大小。

根據(jù)本申請的第二方面，提供一種磁共振成像設備，包括射頻發(fā)射線圈，以及上述射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路。

本申請的有益效果：通過設置功分器和移相器，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)輸入至射頻發(fā)射線圈的各饋電端的驅(qū)動功率的特性，通過設置功分器的輸出端數(shù)量可動態(tài)增加射頻發(fā)射鏈路，不僅可以增加射頻發(fā)射線圈接入驅(qū)動信號的饋電端口的數(shù)量，從而控制射頻發(fā)射線圈產(chǎn)生射頻場的均勻性，還能減少射頻放大器的數(shù)量，提高功放的效率，降低成本。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

圖1是現(xiàn)有技術的籠式射頻發(fā)射線圈的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是現(xiàn)有技術的單通道發(fā)射線圈射頻脈沖激勵電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3是現(xiàn)有技術的雙源發(fā)射線圈驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本申請?zhí)峁┑囊环N射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本申請?zhí)峁┑囊环N具體的射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本申請?zhí)峁┑墓Ψ制鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖；

圖7是本申請?zhí)峁┑囊葡嗥鞯牡刃щ娐方Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本申請?zhí)峁┑拇殴舱癯上裨O備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本申請相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本申請的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

在本申請使用的術語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本申請。在本申請和所附權利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應當理解，本文中使用的術語“和/或”是指并包含一個或多個相關聯(lián)的列出項目的任何或所有可能組合。

應當理解，盡管在本申請可能采用術語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應限于這些術語。這些術語僅用來將同一類型的信息彼此區(qū)分開。例如，在不脫離本申請范圍的情況下，第一信息也可以被稱為第二信息，類似地，第二信息也可以被稱為第一信息。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時”或“當……時”或“響應于確定”。

參見圖4，本實施例提供一種射頻發(fā)射線圈100驅(qū)動電路，所述電路包括依次連接的控制單元200、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元300、射頻放大器400、功分器500以及移相器600，所述功分器具有N個輸出端504，其中，N為自然數(shù)，且N≥3，例如N可以為3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16等。功分器的各輸出端504經(jīng)與其相連的移相器600連接至射頻發(fā)射線圈100的各自對應的饋電端口103。其中，所述控制單元200傳輸?shù)尿?qū)動信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進行D/A轉(zhuǎn)換、射頻放大器400放大，再由所述功分器將經(jīng)所述射頻放大器400放大的驅(qū)動信號分成N路信號，每路信號經(jīng)對應的移相器600進行相位調(diào)節(jié)后發(fā)送給各自對應的饋電端口103。

本實施例的驅(qū)動電路通過設置功分器500和移相器600，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)輸入至射頻發(fā)射線圈100的各饋電端的驅(qū)動信號的特性，從而控制射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生射頻場的均勻性。同時，本實施例的驅(qū)動電路只需一個射頻放大器400，成本較低。

其中，所述控制單元200具體可以為：FPGA、ARM(AdvancedRISC Machines，RISC微處理器，其中，RISC，Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，復雜可編程邏輯器件)或DSP(Digital Signal Processing數(shù)字信號處理)等控制器，本實施例選擇FPGA作為所述驅(qū)動電路的控制單元200。

所述控制單元200還可以與上位機如計算機等電連接，以接收上位機傳輸?shù)尿?qū)動信號。

功分器500將經(jīng)射頻放大器400放大的一路驅(qū)動信號分成N路，以適應實際應用中不同的射頻鏈路的數(shù)量需求?？蛇x地，所述功分器500為1分N(N為自然數(shù)，且N≥3)功分器500，例如1分4功分器500、1分6功分器500、1分16功分器500等。

為保證輸入至射頻發(fā)射線圈100的各饋電端的信號功率幅值相等，進而保證射頻場的均勻性，所述功分器500將經(jīng)射頻放大器400放大的驅(qū)動信號分成N路等功率的驅(qū)動信號。

另外，功分器500的類型可根據(jù)需要選擇，例如威爾金森功分器500。

本實施例中，所述射頻發(fā)射線圈100為籠式。

可選地，所述功分器500的輸出端個數(shù)N為偶數(shù)，且N≥4。因為籠式射頻發(fā)射線圈的饋電端口為16個，通過16個饋電端口中的偶數(shù)個饋電端口接入驅(qū)動信號，從而較為對稱地在該射頻發(fā)射線圈100上施加驅(qū)動信號，進而提高射頻發(fā)射線圈100發(fā)射磁場的均勻性。

其中，與各相移器連接的饋電端口103沿所述射頻發(fā)射線圈的周向等分所述射頻發(fā)射線圈，以使得所述籠式射頻發(fā)射線圈100的各列線101承受均勻的驅(qū)動信號，從而產(chǎn)生均勻的射頻場。

為了使得所述籠式射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生的射頻場更加均勻，且便于根據(jù)射頻場探測端的反饋來調(diào)節(jié)相應的饋電端口103的驅(qū)動信號的特性，所述功分器500輸出端的數(shù)量以及移相器600的數(shù)量與所述射頻發(fā)射線圈100的饋電端口103數(shù)量相等，通過對每個饋電端口103輸入驅(qū)動信號，從而控制每個饋電端口103的驅(qū)動信號的特性，進一步使得籠式射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生較為均勻的射頻場。

可選地，如圖1所示，為籠式射頻發(fā)射線圈100的結(jié)構(gòu)圖。其中，籠式射頻發(fā)射線圈100包括多個周向分布的列線101以及連接列線101的連接部102，籠式射頻發(fā)射線圈100的兩端分別設有16個饋電端口103(即兩列線101連接部102之間的縫隙)。在驅(qū)動籠式射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生射頻場時，只需要在籠式射頻發(fā)射線圈100上位于同一端的饋電端口103接入驅(qū)動信號即可。

參見圖5，在一可行的實現(xiàn)方式中，所述射頻發(fā)射線圈100具有十六個饋電端口103，所述功分器500具有十六路輸出端504且每一輸出端504均連接一移相器600。

可選地，由于本實施例的功分器500所接收的經(jīng)射頻放大器400放大的驅(qū)動信號的功率很大，傳統(tǒng)的微帶線方案可能并不適合這種情形，為實現(xiàn)對大功率的驅(qū)動信號進行分配，所述功分器500包括多個波導管，由波導管進行功率分配的設計，將所述射頻放大器400傳輸?shù)尿?qū)動信號分成N路等功率輸出信號。

例如，當所述功分器500具有十六路輸出端504時時，為使得輸入至各饋電端口103的驅(qū)動信號功率相等，所述波導管將經(jīng)所述射頻放大器400放大的驅(qū)動信號分成十六路等功率輸出信號。

參見圖6，所述波導管包括中心對稱連接在所述功分器輸入端501的四個第一波導管502以及兩兩對稱連接在所述第一波導管502末端的第二波導管503，第二波導管503的兩末端對稱設有所述功分器的輸出端504。

可選地，四個第一波導管502大小和形狀均相同，所述第一波導管502連接所述功分器的輸入端501，且四個第一波導管502關于所述功分器的輸入端501中心對稱。

八個第二波導管503的大小和形狀均相同，所述第二波導管503兩兩連接在所述第一波導管502的兩末端，兩個第二波導管對稱連接在第一波導管502上。所述功分器的輸出端504兩兩對稱設于每一第二波導管503末端。

本實施例通過四個與所述功分器的輸入端501相連的第一波導管502的傳輸，將射頻放大器400傳輸?shù)尿?qū)動信號分成4路信號輸出，每路信號再由第二波導管503的傳輸獲得4路最終驅(qū)動信號，最終獲得16路驅(qū)動信號并對應輸入至籠式射頻發(fā)射線圈100的16個饋電端口103，驅(qū)動列線101產(chǎn)生均勻的射頻場。

可選地，所述功分器的輸入端501為正方形，所述第一波導管502連接在正方形輸入端的四個邊的中心位置。

參見圖6，所述第一波導管502包括第一連接部和第二連接部。其中，第一連接部的一端連接垂直連接于所述功分器的輸入端501、另一端連接第二連接部的中心位置，第一連接部和第二連接部相連通。第二連接部的兩末端均垂直連接于一第二波導管的中心位置，每一第二波導管503上的功分器輸出端504對稱設置。

通過對稱設置的第一波導管502和第二波導管503，使得每個第二波導管503輸出端至功分器的輸入端501的波導管傳輸路線均相等，使得16路驅(qū)動信號等功率，從而使得射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生較為均勻的射頻場。

可選地，所述第一波導管502為丁字形或T字形。丁字形或T字形的頂部為所述第二連接部，底部為所述第一連接部。

可選地，為方便放置，所述第一連接部的中部設有一彎曲。

參見圖5和圖7，每一路移相器600均包括變?nèi)荻O管601(電容值用Cv表示)、電容602(電容值用C表示)、電阻R1以及導線電阻R0。其中，R0的阻抗Z0＝50歐，則R0的導納Y0＝1/Z0＝1/50S(單位：西門子)。

每一路移相器600的相移量(即相位改變量)與該路移相器的變?nèi)荻O管601的電容值相關，每一路移相器的變?nèi)荻O管601均連接一可控電壓源700，通過改變可控電壓源700的電壓大小來改變與該可控電壓源70連接的容二極管601的電容值，從而改變每一路移相器600的相移量。

如圖7所示，為本實施例提供的一路移相器600的等效電路圖。參見圖7，所述功分器的輸出端504連接移相器600的變?nèi)荻O管601，所述變?nèi)荻O管601串聯(lián)有電容602，電阻R1并聯(lián)連接在串聯(lián)的變?nèi)荻O管601和電容602的兩端。由于每一路移相器600的等效電路的輸入端的兩根導線和輸出端的兩根導線均存在阻耗，故等效成電阻R0。

其中，由于每一路移相器600的等效電路中，變?nèi)荻O管601和電容602串聯(lián)，該串聯(lián)的變?nèi)荻O管601和電容602的總交流阻抗是1/jω(Cv+C)，其中，ω是角速度，ω＝2πf，f是流經(jīng)變?nèi)荻O管601、電容602的交流信號的頻率，j是虛數(shù)單位。則串聯(lián)的變?nèi)荻O管601和電容602的總導納即為jω(Cv+C)，電阻R1的導納為B，等效電路導線的導納抵消，故該等效電路的導納即為電阻R1的導納與所述串聯(lián)變?nèi)荻O管601、電容602的總導納的和。

由此，每一路移相器600的等效導納Y(單位：S，即西門子)的計算公式為：

Y＝B+jω(Cv+C) (1)

公式(1)中，B為電阻R1的導納，Cv為變?nèi)荻O管601的實時電容值，C為與變?nèi)荻O管601串聯(lián)的電容602的電容值。

每一路移相器600的相移量S的計算公式為：

公式(2)中，Y₀為電阻R0的特性導納。

根據(jù)公式(1)和(2)，可得：

由公式(3)可見，可通過改變每一路移相器的變?nèi)荻O管601的電容值來調(diào)節(jié)相應的移相器600的相移量S大小。

又參見圖5，為控制可控電壓源700的電壓大小，以控制與該可控電壓源700連接的變?nèi)荻O管601的電容值變化，進而控制相應移相器600的相移量，每一路可控電壓源700均連接所述控制單元200，每一路可控電壓源700的電壓大小均由所述控制單元200所控制。

本實施例的驅(qū)動電路還包括與控制單元200相連的射頻場檢測單元(圖中未顯示)，該射頻場檢測單元用于探測射頻發(fā)射線圈100不同位置(例如每個列線101附近)的射頻場強度，并將各位置的射頻場強度反饋給控制單元200，所述控制單元200根據(jù)各位置處的射頻場強度調(diào)節(jié)所述可控電壓源700的電壓大小。通過改變可控電壓源700的電壓大小來動態(tài)調(diào)節(jié)輸入至各饋電端的驅(qū)動信號相位，從而改變射頻發(fā)射線圈的電流，進一步改變射頻場大小，以使得射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生較為均勻的射頻場。

可選地，控制單元200將射頻場檢測單元反饋的各位置處的射頻場強度轉(zhuǎn)換成一電壓值，根據(jù)該電壓值來調(diào)節(jié)各路可控電壓源700的電壓大小。

參見圖8，本實施例提供的一種磁共振成像設備，包括射頻發(fā)射線圈100，以及上述射頻發(fā)射線圈驅(qū)動電路。

本申請通過設置功分器500和移相器600，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)輸入至射頻發(fā)射線圈100的各饋電端的驅(qū)動功率的特性，通過設置功分器的輸出端504數(shù)量可動態(tài)增加射頻發(fā)射鏈路，不僅可以增加射頻發(fā)射線圈100接入驅(qū)動信號的饋電端口103的數(shù)量，從而控制射頻發(fā)射線圈100產(chǎn)生射頻場的均勻性，還能減少射頻放大器400的數(shù)量，提高功放的效率，降低成本。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里申請的公開后，將容易想到本申請的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本申請的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本申請的一般性原理并包括本申請未申請的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本申請的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本申請并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本申請的范圍僅由所附的權利要求來限制。