专利名称：用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种核磁共振系统中在接收阶段使射频发射线圈失谐的电路。
背景技术：
核磁共振成像(MRI)设备是上世纪八十年代以来发展起来的医学诊断设备，它无 创伤地获取人体各部位任意断层的图像，可获得清晰的软组织图像，得到人体解剖学信息， 是当今发现和诊断早期癌症及其他多种疾病最先进的临床诊断设备，在国际医学界和技术 界均受到重视。核磁共振系统中通常有两个场，一个是由超导磁体产生的主磁场B0，一个是由射 频线圈产生的射频场Bi。产生射频场的射频线圈是核磁共振系统中非常重要的部件，同时 也是比较容易受影响的部件。射频线圈也叫天线，具有将信号发射到空间和将空中的信号接收下来的功能。射 频线圈的主要性能就是电感性能，各个射频线圈之间存在电感耦合的现象，及相互的磁通 变化时都能影响附近射频线圈的磁通变化，当它们靠近时就会相互影响，导致射频线圈偏 离原先的谐振点，不能接收期望接收的谐振信号。在核磁共振成像系统中为了避免上述的现象发生，就需要一种可以使射频线圈在 接收阶段处于失谐状态的电路。所谓的失谐电路，就是使线圈频率能偏离谐振频率的电路， 当线圈频率远离谐振点时就不会和其他线圈耦合相互影响了。
发明内容本实用新型目的是提供一种用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，使 射频发射线圈在发射阶段性能不受影响，在接收阶段偏离自身的谐振频率，处于失谐状态， 避免线圈之间的耦合现象。本实用新型的技术方案是一种用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路， 所述射频发射线圈为鸟笼式，其具有第一端环、第二端环和若干根天线杆，所述天线杆均勻 地分布在第一端环和第二端环上，两天线杆之间的端环段被打断用端环电容连接，每个端 环上的端环段和端环电容的数量与天线杆的数量相同，所述失谐电路与第一端环和/或第 二端环上的端环电容并联；每个失谐电路包括限流单元、阻高频耐高压的扼流单元、失谐电 容和耐高压的PIN 二极管，所述失谐电路由一脉冲控制模块控制启用或禁用；当PIN 二极管 导通时失谐电路启用，失谐电容与端环电容并联改变发射线圈的谐振频率使发射线圈处于 失谐状态。本实用新型进一步的技术方案是一种用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐 电路，所述射频发射线圈为鸟笼式，其具有第一端环、第二端环和若干根天线杆，所述天线 杆均勻地分布在第一端环和第二端环上，两天线杆之间的端环段被打断用端环电容连接， 每个端环上的端环段和端环电容的数量与天线杆的数量相同，所述失谐电路与第一端环和 /或第二端环上的端环电容并联；每个失谐电路包括限流单元、阻高频耐高压的扼流单元、失谐电容和耐高压的PIN 二极管，所述失谐电路由一脉冲控制模块控制启用或禁用；当PIN 二极管导通时失谐电路启用，失谐电容与端环电容并联改变发射线圈的谐振频率使发射线 圈处于失谐状态；所述失谐电路的第一输入端与失谐电源驱动电路相连，第二输入端接地， 所述失谐电源驱动电路由脉冲控制模块控制；所述失谐电路中，限流单元为限流电阻，扼流 单元包括第一扼流电感和第二扼流电感，所述限流电阻串联在第一输入端和第一扼流电感 的输入端之间，所述第二扼流电感的输入端与第二输入端相连，所述PIN 二极管与第一扼 流电感的输出端和第二扼流电感的输出端并联，PIN 二极管与失谐电容串联后并联在端环 电容两端；所述失谐电路与天线杆的数量相同，失谐电路在第一端环和第二端环上分别是 等间隔地与端环电容相并联，且位于两根天线杆之间的第一端环的端环电容和第二端环的 端环电容不同时与失谐电路并联；所述失谐电路的数量至少为天线杆数量的一半，至多为 天线杆数量的两倍；所述失谐电路可以全部与第一端环上的端环电容并联，也可以全部与 第二端环上的端环电容并联，还可以交替地与第一端环上的端环电容和第二端环上的端环 电容并联；所述PIN 二极管在脉冲控制模块发出控制信号时呈低阻抗，失谐电路启动，失谐 电容接入发射线圈，发射线圈处于失谐状态；在脉冲控制模块不发出控制信号时呈高阻抗， 失谐电路禁用，失谐电容未接入发射线圈，发射线圈处于谐振状态；所述失谐电容的电容值 为端环电容的电容值的数倍以上；所述第一扼流电感和第二扼流电感是由电感值相同的两 个电感串联而成的，所述电感对射频信号呈高阻抗，对直流信号呈低阻抗；所述限流电阻用 于限制PIN 二极管导通时失谐电路中的电流。本实用新型的优点是本实用新型中的失谐电路以PIN 二极管作为电子开关将失谐电容并联在发射线 圈的端环电容上，在发射阶段PIN 二极管反向截止，使漏掉的功率最小，不会影响射频发射 线圈的性能，在接收阶段PIN 二极管正向导通，失谐电容改变了发射线圈的谐振电容值，使 射频发射线圈的谐振频率偏离原来的谐振频率，处于失谐的状态，避免了线圈之间的耦合 干扰现象。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
图1为本实用新型的失谐电路的电路示意图；图2为本实用新型的失谐电路的使用状态图；图3为使用本实用新型的核磁共振系统示意图。其中100为用户输入；101为电脑附件；102为接口 ；103为总线；104为刻录光 驱；105为显示器；106为主机；107为服务器电脑；108为脉冲控制模块；109为DAC模块； 110为射频调制模块；111为控制模块；112为涡流补偿模块；113为X、Y、Z梯度放大器；114 为射频放大器；115为超导磁体；116为扫描间；117为梯度线圈；118Α为射频线圈；118Β为 接收线圈；119为前置放大器；120为频率合成器；121为正交解调器；122为频率发生器； 123为ADC模块；124为图像重建模块；200为中心轴；201为第一端环；202为第二端环；203 为天线杆；204为端环电容；210为失谐电路；211为第一输入端；212为第二输入端；213为 限流电阻；214为第一扼流电感；215为第二扼流电感；216为失谐电容；217为PIN 二极管； 220为失谐电源驱动电路。
具体实施方式
实施例一种用于核磁共振系统中的射频发射线圈，如图2所示，所述射频发射线 圈为高通型鸟笼式，其具有第一端环201、第二端环202和八根天线杆203，所述第一端环 201和第二端环202的中心位于中心轴200上，所述天线杆203均勻地分布在第一端环201 和第二端环202上，两天线杆203之间的端环被打断为八段端环段并用十六个端环电容204 连接，所述天线杆203平行于中心轴200。端环电容204的电容值大小和天线杆203的电感 值大小相匹配使发射线圈调谐到谐振点上。该射频发射线圈的物理性能在高梯度脉冲发射 期间稳定，同时带有失谐电路210，所述失谐电路210保证在接收阶段消除射频线圈和其周 边其他线圈的耦合干扰。上述发射线圈是使用在约1. 5T磁场强度(频率为63. 5IMHz)的超导磁共振成像 设备上，类似的结构也可以使用于0. 5T磁场强度(频率为21. 3MHz)超导磁共振设备上。根 据优选方案，天线杆203平行于中心轴200，或者至少基本平行于中心轴200。天线杆203 的数量最少为四，通常为十六或三十二，也可以采用其他数量，如六、八、十二、二十四。用于使射频发射线圈在接收阶段主动失谐的失谐电路，如图2所示，所述失谐电 路210与天线杆203的数量相同也为八个，其中四个失谐电路210和第一端环201上一组 互不相邻的电容204连接，另外四个失谐电路210和第二端环202上另一组互不相邻的电 容204连接，位于两根天线杆203之间的第一端环201的端环电容204和第二端环202的 端环电容204不同时与失谐电路210并联。除上述实施例中提到的失谐电路连接方式，所述失谐电路210还可以全部与第一 端环201上的端环电容204并联，也可以全部与第二端环202上的端环电容204并联，或者 采用其它方式与端环电容204相并联；此外，所述失谐电路210的数量至少为天线杆203数 量的一半，至多为天线杆203数量的两倍，即每个端环电容204上都并联一个失谐电路210。如图1所示，每个失谐电路210包括限流单元、阻高频耐高压的扼流单元、失谐电 容216和耐高压的PIN 二极管217。其中，所述限流单元为限流电阻213，其用于限制PIN 二 极管217导通时失谐电路210中的电流；所述扼流单元包括第一扼流电感214和第二扼流 电感215，第一扼流电感214和第二扼流电感215是由电感值相同的两个电感串联而成的， 所述电感对射频信号呈高阻抗阻止射频信号反流到直流电源中，保护直流电源，对直流信 号呈低阻抗；所述失谐电容216的电容值为端环电容204的电容值的数倍以上；所述PIN二 极管217正向导通时呈现低阻抗，反向截止时对射频线圈中的RF信号呈高阻抗使漏电流最 小，所述PIN 二极管217被封装在一个低辐射的玻璃中以减少它的漏电流，PIN 二极管217 具有非常高的反向截止电压，如大于1000V，保证能够承受发射线圈谐振时产生的高电压。图1所示为失谐电路210的原理图。在失谐电路210中，失谐电路210的第一输 入端211与失谐电源驱动电路220相连，第二输入端212接地，所述失谐电源驱动电路220 由脉冲控制模块108控制提供控制信号。所述限流电阻213串联在第一输入端211和第一 扼流电感214的输入端之间，所述第二扼流电感215的输入端与第二输入端212相连，所述 PIN 二极管217与第一扼流电感214的输出端和第二扼流电感215的输出端并联，PIN 二极 管217与失谐电容216串联后并联在端环电容204两端。在脉冲控制模块108发出控制信号时，所述PIN 二极管217呈低阻抗导通，失谐电路210启动，失谐电容216与端环电容204并联接入发射线圈，改变发射线圈的谐振频率， 发射线圈处于失谐状态；在脉冲控制模块108不发出控制信号时，所述PIN 二极管217呈高 阻抗截止，失谐电路210禁用，失谐电容216未接入发射线圈，不会对发射线圈产生负面的 影响，发射线圈处于谐振状态。除PIN 二极管217外，失谐电路210中其他元件是标准元件。第一扼流电感214 和第二扼流电感215的电感值为4. 7uH，失谐电容216的电容值为330pF，限流电阻213限 制通过PIN 二极管217的正向导通电流大约在IA左右，保证PIN 二极管217在正向导通时 处于低阻抗状态。由上所述，核磁共振系统中用于产生射频场的射频线圈，由纵向天线杆203连接 两个端环，并加入了不降低系线圈性能的失谐电路210。纵向天线杆203相当于电感，它在 两端环上的连接结点等间隔地循环分布，结点间的端环被打断用端环电容204连接，纵向 天线杆203的电感和这组端环电容204 —起将射频线圈调谐到谐振频率上。失谐电路210 并联在端环上的电容两端并由一个可操作的响应控制信号控制，以自动地提供一个低阻抗 回路短接并联的失谐电容216从而使射频线圈失谐。当射频发射线圈工作在谐振频率时，脉冲控制模块108控制失谐电源驱动电路 220产生一个500V的直流电压在失谐电路210的第一输入端211上，使所有PIN二极管217 反向截止，只有少量电流流过。当射频发射线圈失谐时，脉冲控制模块108控制失谐电源驱 动电路220提供一个负极性直流电压(如-15V)在第一输入端211上，PIN 二极管217正 向导通，大量电流通过。失谐电源驱动电路220限制流通电流为8A，从而每路失谐电路大约 流过IA左右电流。在每一路失谐电路210前的限流电阻213的值比PIN 二极管217正向 导通时的阻抗高的多，因此在失谐电源驱动电路220的输入电阻与PIN 二极管217正向导 通时的微小变化的电阻之间，这个电阻起主导作用。脉冲控制模块108产生的T/R控制脉 冲用来控制切换失谐电源驱动电路220的两种状态。本实用新型中的失谐电路210和鸟笼式发射线圈被简单地安装在同一块基板上。 鸟笼式发射线圈的各元件被安装在一个玻璃纤维制作的管状的基板上。发射线圈的端环和 天线杆203是铜箔构成的并且被紧密结合在基板上。线圈端环电容204被直接焊接在铜箔 上并且每个失谐电路210被安装基板上沿侧连接着线圈端环电容204。在PIN 二极管217 导通时限流电阻213上的发热量很大，因此安装在同一端环上的失谐电路210中的限流电 阻213被安装在一块散热良好的专用电路板上，使它们产生的热量被很好地转移，保证电 路的正常工作，也使其产生热量不会影响到其周边的电子元件。除了为每个失谐电路210提供物理支持，在管状基板上开有窗口以方便维修人员 更换电路元件。电路元件面向磁共振系统中心开放并且允许拆卸。图3所示为带有失谐电路210的射频发射线圈用于核磁共振系统中的系统示意 图。系统的控制部分由一台服务器电脑107承担，它包括主机106、显示器105、刻录光驱 104和接口 102。用户输入100通过接口 102与主机107建立人机对话，通过显示器105显 示操作的界面。电脑附件101是一些辅助器件，如鼠标、键盘和外部移动存储设备，辅助操 作人员输入指令和控制主机。主机接口 102和脉冲控制模块108通过总线103相连接，建 立软件与硬件的对话。脉冲控制模块108通过DAC模块109的转换将主机发出的数字信号 转换为模拟信号分成两路，一路经过射频调制模块110传到射频放大器114，另一路传给控制模块111。给射频发大器114的一路信号放大后送到扫描间116内的射频线圈118A。给 控制模块111的一路经涡流补偿模块112传给X、Y和Z三路梯度放大器113放大，然后放 大的信号提供给梯度线圈117产生跨越主磁场的磁场梯度。射频线圈118A在超导磁体115 产生的主磁场BO下激励成像对象产生的磁共振信号被接收线圈118B接收，通过前置放大 器119放大后进入正交解调器121中，通过ADC模块123后模拟信号转换为数字信号，经图 像重建模块124后又传回到主机106中呈现在显示器105上。频率合成器120以频率发生 器122发出的频率作为参考频率给射频调制模块110和正交解调器121提供载波信号。本实用新型中的失谐电路以PIN 二极管217作为电子开关将失谐电容210并联在 发射线圈的端环电容204上，在发射阶段PIN 二极管217反向截止，使漏掉的功率最小，不 会影响射频发射线圈的性能，在接收阶段PIN 二极管217正向导通，失谐电容216改变了发 射线圈的谐振电容值，使射频发射线圈的谐振频率偏离原来的谐振频率，处于失谐的状态， 避免了线圈之间的耦合干扰现象。以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限 制。除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本实用新型所要求保护的范围之内。
权利要求一种用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，所述射频发射线圈为鸟笼式，其具有第一端环(201)、第二端环(202)和若干根天线杆(203)，所述天线杆(203)均匀地分布在第一端环(201)和第二端环(202)上，两天线杆(203)之间的端环段被打断并用端环电容(204)连接，每个端环上的端环段和端环电容(204)的数量与天线杆(203)的数量相同，其特征在于所述失谐电路(210)与第一端环(201)和/或第二端环(202)上的端环电容(204)并联；每个失谐电路(210)包括限流单元、阻高频耐高压的扼流单元、失谐电容(216)和耐高压的PIN二极管(217)，所述失谐电路(210)由一脉冲控制模块(108)控制启用或禁用；当PIN二极管(217)导通时失谐电路(210)启用，失谐电容(216)与端环电容(204)并联改变发射线圈的谐振频率使发射线圈处于失谐状态。
2.根据权利要求1所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特征在 于所述失谐电路(210)的第一输入端(211)与失谐电源驱动电路(220)相连，第二输入端 (212)接地，所述失谐电源驱动电路(220)由脉冲控制模块(108)控制。
3.根据权利要求1所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特征在 于所述失谐电路(210)中，限流单元为限流电阻(213)，扼流单元包括第一扼流电感(214) 和第二扼流电感(215)，所述限流电阻(213)串联在第一输入端(211)和第一扼流电感 (214)的输入端之间，所述第二扼流电感(215)的输入端与第二输入端(212)相连，所述 PIN 二极管(217)与第一扼流电感(214)的输出端和第二扼流电感(215)的输出端并联， PIN 二极管(217)与失谐电容(216)串联后并联在端环电容(204)两端。
4.根据权利要求1所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特征在 于所述失谐电路(210)与天线杆(203)的数量相同，失谐电路(210)在第一端环(201)和 第二端环(202)上分别是等间隔地与端环电容(204)相并联，且位于两根天线杆(203)之 间的第一端环(201)的端环电容(204)和第二端环(202)的端环电容(204)不同时与失谐 电路(210)并联。
5.根据权利要求1或4所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特征 在于所述失谐电路(210)的数量至少为天线杆(203)数量的一半，至多为天线杆(203)数量的两倍。
6.根据权利要求1或4所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特 征在于所述失谐电路(210)可以全部与第一端环(201)或第二端环(202)上的端环电容 (204)并联，也可以交替地同时与相间隔的第一端环(201)上的端环电容(204)和第二端环 (202)上的端环电容(204)并联。
7.根据权利要求1或3所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特征 在于所述PIN 二极管(217)在脉冲控制模块(108)发出控制信号时呈低阻抗，失谐电路 (210)启动，失谐电容(216)接入发射线圈，发射线圈处于失谐状态；在脉冲控制模块(108) 不发出控制信号时呈高阻抗，失谐电路(210)禁用，失谐电容(216)未接入发射线圈，发射 线圈处于谐振状态。
8.根据权利要求1或3或7所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其 特征在于所述失谐电容(216)的电容值为端环电容(204)的电容值的数倍以上。
9.根据权利要求3所述的用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，其特征在 于所述第一扼流电感(214)和第二扼流电感(215)是由电感值相同的两个电感串联而2成的，所述电感对射频信号呈高阻抗，对直流信号呈低阻抗；所述限流电阻(213)用于限制 PIN 二极管(217)导通时失谐电路(210)中的电流。
专利摘要本实用新型公开了一种用于核磁共振系统中射频发射线圈的失谐电路，所述射频发射线圈为鸟笼式，其具有两个端环和若干天线杆，端环由若干端环段组成，端环段的数量与所述天线杆的数量相同，端环段之间通过端环电容连接，天线杆与两端环端接，其两端均布于端环电容之间，失谐电路与天线杆的数量相同，其均布于第一端环和第二端环上与端环电容并联；每个失谐电路包括限流单元、阻高频耐高压的扼流单元、失谐电容和耐高压的PIN二极管，失谐电路由一脉冲控制模块控制。本实用新型中使发射线圈在发射阶段性能不受影响，在接收阶段PIN二极管导通时失谐电路启用，失谐电容与端环电容并联，改变发射线圈的谐振频率使发射线圈处于失谐状态，避免线圈间的耦合。
文档编号G01R33/36GK201662614SQ201020142840
公开日2010年12月1日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者唐昕, 姜忠德, 梁求斌 申请人:苏州工业园区朗润科技有限公司