专利名称：为磁共振应用产生调制的电高频信号的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为磁共振应用产生调制的电高频信号的装置。
背景技术：
在基于原子核磁共振效应的测量技术应用中，尤其在(医用和非医用)磁
共振断层造影中，包括成像与核磁共振波谱技术(NMR)，均使用调制的电高 频信号来产生电磁射频场，用该射频场来磁激励检查对象的特定原子核。经常 引入具有数量级为10-400MHz的频率的、振幅与相位调制的交流电压作为高 频信号。该电压必须具有比较高的功率。例如在现代磁共振断层造影中需要峰 值功率为40kW、平均功率约为2kW的高频信号。在此，振幅调制的频率典型 地位于约为10kHz的数量级中。用于产生这种高频信号的装置也被称作磁共振 (MR)发送器。
传统的MR发送器包括调制器，该调制器在低频范围(Subwattbereich)产 生振幅和相位调制的基本信号。该基本信号首先在驱动放大器中被预放大到典 型地约为IOOW的功率。然后在发送输出级中将预放大的信号放大到期望的输 出功率，例如30kW。
作为发送输出级通常引入线性输出级，也就是A或AB类的电子放大器。 这种线性放大器的缺点是损耗功率高，该损耗功率产生损耗热并且必须使用昂 贵的冷却装置将其排出。相应地，这种MR发送器的运行需要高的电网功率。此 外，足够大功率的线性输出级也比较大而且昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出 一种为磁共振应用产生调制的电高频信 号的改进的装置。
本发明要解决的技术问题通过一种为磁共振应用产生调制的电高频信号 的装置来解决，该装置包括用来产生相位调制的高频基本信号的相位调制器，以及与之分离的用来产生振幅调制的电源电压的振幅调制器。此外该装置还包 括非线性发送输出级。发送输出级经过用来输入高频基本信号的信号输入端(间 接或直接)与相位调制器相连。而振幅调制器则为了提供电源电压与发送输出 级的电源电压输入端相连。振幅调制器由至少两个相互移相工作的并联时钟控 制开关电源构成。
本发明基于如下考虑，即，使用非线性发送输出级来替代线性发送输出级，
可以显著提高MR发送器的效率。作为非线性发送输出级尤其是采用B、 C、 D、 E或者F类的电子功率放大器。但就如前所述的常规发送器设计而言，并不能 容易地将其中的线性输出级替换成非线性输出级，尤其因为在这种情况下，对 所提供的高频基本信号的振幅调制可能会完全或部分丢失。但是已知也可以使 用非线性发送输出级，与常规发送器设计的不同之处在于，并不对基本信号进 行振幅调制，而是对发送输出级的电源电压进行振幅调制。
本发明还基于这样的思路，即原则上可以利用大功率线性调节器，或者利 用开关电源对电源电压进行振幅调制，但这两种变形原则上均具有特有的缺点。 因此使用线性调节器以产生振幅调制的电源电压，将会使得本发明所追求的优 点至少部分成为泡影，特别是因为这类线性调节器与通常所使用的线性输出级 一样，功耗高、体积大且昂贵。如果使用常规的开关电源，虽然功耗小，但所 产生的供电功率也相应降低。足够大功率的开关电源通常要比相应的线性调节 器小得多并且便宜。但是电源内的开关过程会使得高频电压波动被调制到电源 电压上，并且叠加到电源电压的预期的振幅调制上。在使用常规开关电源的情 况下，这种波紋电压(Rippel-Spannung )位于与将要施加的振幅调制的频率范 围一样的频率范围中。因此波紋电压可能会明显干扰要由发送输出级产生的高 频信号，并且在MR成像过程中例如导致图像伪影以及导致待产生的图像数据 的其它质量下降。
在这种矛盾中，按照本发明通过^f吏用多个并联并且相互移相工作的开关电 源来实现综合。通过移相脉沖使得波纹电压的特征频率随着所用开关电源的数 量成倍增加。相电压可以在频谱上与电源电压的振幅调制充分分离，使得波紋 电压不会对测量技术相关的核磁激励和/或图像造成明显影响，或者至少可以在 不影响振幅调制的情况下利用简单的频率滤波器来消除波紋电压。
使用开关电源产生振幅调制的电源电压，使得可以同时实现一种结构紧 凑、价格低廉且特别有效的振幅调制器，该振幅调制器适合于给非线性发送输出级供电。
按照本发明装置的 一种优选实施方式，开关电源均分别以相同的开关相位 差周期性相互移相。由此这些开关电源均分别以开关相位差27t/N移相，其
中N表示开关电源的数量。这样就可特别均匀地随时间分配开关电源的开关过
按照 一种简单且价格低廉的实施方式，开关电源被构造成所谓降压器
(Tiefsetzsteller)(也称作降压变压器)。
此外，与常规的发送器设计类似，还可根据需要在相位调制器和发送输出 级之间接入驱动放大器。
以下将根据附图对本发明的实施例进行详细解释。
图1示出了为磁共振应用产生调制的电高频信号Ua的装置(以下称作MR 发送器1 )。
具体实施例方式
图1中所示的MR发送器1包括非线性发送输出级2，相位调制器3，驱 动放大器4以及振幅调制器5。
发送输出级2是B、 C、 D、 E或者F类的电子放大器。发送输出级2具有 用于待放大的输入信号的信号输入端7，在该信号输入端7上经过驱动放大器4 间接连接了相位调制器3 。此外发送输出级2还包括电源电压输入端8,在该电 源电压输入端8上连接了振幅调制器5。最后发送输出级2还具有信号输出端9,
用来输出高频信号UA。
在MR发送器1的工作过程中，相位调制器3产生高频(HF)基本信号
UE,该信号是在低功率范围内具有例如120MHz载波频率的交流电压。通过相
位调制器3按照输入的、随时间变化的相位额定值&。d -td对HF基本信号UE
进行相位调制
""0 = sin(2《f + pmod (0)，
其中U现表示恒定的电压振幅，例如约为5V, fo表示载波频率以及t表示时间。 在驱动放大器4中将HF基本信号UE线性地预放大到大约100W的功率，然后 将预放大后的HF基本信号UE'施加给发送输出级2的信号输入端7。
5由图中没有详细绘出的整流器(也称作电源模块)将例如200V的恒定电 源电压Uv提供给连接在发送输出级2电源路径中的振幅调制器5。此外还给振 幅调制器5提供随时间变化的振幅额定值A = A(t),振幅调制器5按照该值从 所提供的恒定电源电压Uv推导出振幅调制的电源电压Uv'。
在磁共振断层造影的典型应用中，振幅调制的电源电压IV是如下形式的
随时间变化的电压
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中t仍表示时间，f表示振幅调制的典型频率。频率f的数量级典型地为 10kHz。
将经过振幅调制的电源电压Uv'施加给发送输出级2的电源电压输入端8。 发送输出级2根据相位放大的HF基本信号UE'和相位调制的电源电压UV产生 相位调制和振幅调制的输出信号UA。
振幅调制器5包括N (N=2，3，...；例如N=10)个构造相同的开关电源10j (i=l, 2， ...，N)。开关电源10i相互并联地接入电源路径。此外还给每一个开关电 源10i提供振幅额定值A。
使用相同的开关频率对每一个开关电源10i进行时钟控制，其中对各个开 关电源10i均以相等的Ap移相地进行时钟控制。也就是说，每一个开关电源lOj 以关于开关电源lOj的时钟周期的相移A^^2;r/iV的相移Ap相对于周期性相邻 的开关电源接通。因此对于每一个开关电源10i都得到一个对应的开关相位化
<formula>formula see original document page 6</formula>
通过对每一个开关电源10i进行移相时钟控制，由所有开关电源10i的开关 过程产生的波紋电压被调制到电源电压Uv'上，其频率分量相对于由单个开关 电源lOj所产生的波紋电压基本上以N为系数移动到更高的频率。例如当单个 开关电源10i的开关频率为200 kHz且有N40个开关电源10i时，波紋电压的 典型频率大致在2MHz的数量级上。因此，振幅调制器5所产生的总波紋电压 与振幅调制的典型频率之间明显相隔一定的频谱。
如果对于具体的MR应用而言是必要的或者有意义的，则可以在MR发送 器1范围内设置用于抑制波紋电压的一个或多个图中并未绘出的频率过滤器， 可选择在电源路径中将其接入振幅调制器5和发送输出级2之间，或者串联在 发送输出级2的输出端之后。
权利要求
1. 一种为磁共振应用产生调制的电高频信号(UA)的装置(1)，具有相位调制器(3)，用来产生相位调制的高频基本信号(UE，UE′)；和振幅调制器(5)，用来产生振幅调制的电源电压(UV′)；以及非线性发送输出级(2)，该发送输出级(2)通过用来输入高频基本信号(UE，UE′)的信号输入端(7)与相位调制器(3)相连，并且通过电源电压输入端(8)与振幅调制器(5)相连以提供电源电压(UA′)，其中，所述振幅调制器(5)包括至少两个并联且彼此移相地时钟控制的开关电源(10i)。
2. 根据权利要求1所述的装置(1 )，其中，所述开关电源(10i)分别以开 关相位差2rr/N移相，其中N是开关电源(10i)的数量。
3. 根据权利要求1或2所述的装置(1),其中，所述开关电源(10i)被构 造成降压转换器。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其中，在所述相位调制 器(3)和所述发送输出级(2)之间接入驱动放大器(4)。
全文摘要
本发明涉及一种改进的为磁共振应用产生调制的电高频信号(U<sub>A</sub>)的装置(1)。该装置具有用来产生相位调制的高频基本信号(U<sub>E</sub>，U<sub>E</sub>′)的相位调制器(3)、用来产生振幅调制的电源电压(U<sub>V</sub>′)的振幅调制器(5)，以及非线性发送输出级(2)。该发送输出级(2)经过用来输入高频基本信号(U<sub>E</sub>，U<sub>E</sub>′)的信号输入端(7)与相位调制器(3)相连，并且通过电源电压输入端(8)与振幅调制器(5)相连以提供电源电压(U<sub>A</sub>′)。所述振幅调制器(5)包括至少两个并联且相互移相地时钟控制的开关电源(10<sub>i</sub>)。
文档编号G01R33/36GK101424726SQ200810179938
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月8日 优先权日2007年10月8日
发明者阿克塞尔·弗雷德里克 申请人:西门子公司