磁共振射频发射链路的控制电路和磁共振射频发射系统的制作方法

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种磁共振射频发射链路的控制电路和磁共振射频发射系统。

背景技术：

磁共振成像(magneticresonanceimaging，mri)是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即h+)发生振动产生射频信号，经计算机处理而成像。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。比如，可以通过磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到脚部。

在mri系统中，发射线圈发射射频脉冲以实现磁共振，本地线圈接收磁共振信号，并发送磁共振信号到接收线圈通道选择器(rccs)以及接收机。发射线圈作为信号接受链的前端，对成像质量举足轻重。射频功率源一般经由射频发射链路向发射线圈提供射频脉冲。

射频功率源通常具有两种工作模式，一种为射频发射(tx)模式，另一种为系统校验(service)模式。在射频发射模式中，射频功率源经由射频发射链路向发射线圈提供射频信号；在系统校验模式中，射频功率源并不向发射线圈提供射频信号，而是连接到虚负载以执行射频功率线性校正。

在现有技术中，通常在射频发射链路中布置两个单刀双掷(singlepoledoublethrow，spdt)开关，每个单刀双掷开关都具有对应的控制信号源。两个独立的控制信号源分别控制这两个单刀双掷开关，以在系统校验模式和射频发射模式中执行切换。然而，布置两个单刀双掷开关会导致硬件成本问题。而且，两个相互独立的控制信号源的存在也导致系统结构复杂。

技术实现要素：

本发明实施方式提出一种磁共振射频发射链路的控制电路和磁共振射频发射系统，从而降低结构复杂度。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种磁共振射频发射链路的控制电路，包括：

电桥，包含第一射频信号输出端口和第二射频信号输出端口，所述第一射频信号输出端口和所述第二射频信号输出端口分别连接到发射线圈；

第一pin二极管，所述第一pin二极管的正极连接所述第一射频信号输出端口，所述第一pin二极管的负极接地；

第二pin二极管，所述第二pin二极管的正极连接所述第二射频信号输出端口，所述第二pin二极管的负极接地；

其中所述第一pin二极管的控制端与所述第二pin二极管的控制端连接到相同的控制信号源。

在一个实施方式中，还包括：

阻抗匹配器，布置在射频功率源和所述电桥之间；

其中所述阻抗匹配器包括电感电容串联谐振电路或电感电容并联谐振电路。

在一个实施方式中，还包括：

第一电抗元件，布置在所述第一射频信号输出端口与所述第一pin二极管的正极之间；

第二电抗元件，布置在所述第二射频信号输出端口与所述第二pin二极管的正极之间；

当所述控制信号源使能所述第一pin二极管和第二pin二极管都处于正向偏置状态时，所述第一电抗元件、所述第二电抗元件和所述阻抗匹配器，协同使电桥的输入阻抗与射频功率源的输出阻抗相匹配。

在一个实施方式中，还包括：

第三电抗元件，布置在所述第一电抗元件与所述发射线圈之间；

第四电抗元件，布置在所述第二电抗元件与所述发射线圈之间；

当所述控制信号源使能所述第一pin二极管和第二pin二极管都处于反向偏置状态时，所述第三电抗元件补偿所述第一电抗元件，所述第四电抗元件补偿所述第二电抗元件。

在一个实施方式中：所述第一电抗元件为电感，所述第三电抗元件为电容；或

所述第一电抗元件为电容，所述第三电抗元件为电感；或

所述第二电抗元件为电感，所述第四电抗元件为电容；或

所述第二电抗元件为电容，所述第四电抗元件为电感。

在一个实施方式中：所述电桥还连接虚负载；和/或

所述电桥为90度相移电桥。

一种磁共振射频发射系统，包括：

射频功率源；

电桥，包含第一射频信号输出端口和第二射频信号输出端口；

阻抗匹配器，布置在射频功率源和所述电桥之间；

第一pin二极管，所述第一pin二极管的正极连接所述第一射频信号输出端口，所述第一pin二极管的负极接地；

第二pin二极管，所述第二pin二极管的正极连接所述第二射频信号输出端口，所述第二pin二极管的负极接地；

发射线圈，与第一射频信号输出端口和第二射频信号输出端口连接；

其中所述第一pin二极管的控制端与所述第二pin二极管的控制端连接到相同的控制信号源。

在一个实施方式中，还包括：

第一电抗元件，布置在所述第一射频信号输出端口与所述第一pin二极管的正极之间；

第二电抗元件，布置在所述第二射频信号输出端口与所述第二pin二极管的正极之间；

第三电抗元件，布置在所述第一电抗元件与所述发射线圈之间；

第四电抗元件，布置在所述第二电抗元件与所述发射线圈之间；

当所述控制信号源使能所述第一pin二极管和第二pin二极管都处于正向偏置状态时，所述第一电抗元件、所述第二电抗元件和所述阻抗匹配器，协同使电桥的输入阻抗与射频功率源的输出阻抗相匹配；

当所述控制信号源使能所述第一pin二极管和第二pin二极管都处于反向偏置状态时，所述第三电抗元件补偿所述第一电抗元件，所述第四电抗元件补偿所述第二电抗元件。

在一个实施方式中：

所述阻抗匹配器包括电感电容串联谐振电路或电感电容并联谐振电路；和/或

所述电桥为90度相移电桥。

在一个实施方式中，所述发射线圈为体线圈。

从上述技术方案可以看出，本发明实施方式包括：电桥，包含第一射频信号输出端口和第二射频信号输出端口，第一射频信号输出端口和所述第二射频信号输出端口分别连接到发射线圈；第一pin二极管，正极连接第一射频信号输出端口，负极接地；第二pin二极管，正极连接第二射频信号输出端口，负极接地；其中第一pin二极管的控制端与第二pin二极管的控制端连接到相同的控制信号源。可见，本发明实施方式不使用单刀双掷开关，通过连接到相同的控制信号源的pin二极管实现射频发射模式与系统校验模式之间的切换，可以降低硬件成本。

另外，本发明实施方式的pin二极管可以共用同一个控制信号，使得系统结构简化，便于集成化。还有，本发明实施方式引入电抗元件为阻抗匹配器提供协同匹配，还可以降低射频功率源的反射功率，尤其适用于重量较大的磁共振扫描对象。另外，通过对引入电抗元件执行补偿，还可以使得发射线圈的输入信号保持相同幅度。

附图说明

图1为现有技术的磁共振射频发射系统的示范性结构图。

图2为根据本发明实施方式的磁共振发射链路控制电路的第一示范性结构图。

图3为根据本发明实施方式的磁共振发射链路控制电路的第二示范性结构图。

图4为根据本发明实施方式磁共振射频发射系统的示范性结构图。

图5为现有技术中反射功率与病人体重的对应图。

图6为根据本发明实施方式的反射功率与病人体重的对应图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

图1为现有技术的磁共振射频发射系统的示范性结构图。

在图1中，磁共振射频发射系统包括射频功率放大器(rfpa)10、磁共振发射链路控制电路20和体线圈30。rfpa10作为射频功率源，经由磁共振发射链路控制电路20与体线圈30连接，用于向体线圈30提供射频信号。

磁共振发射链路控制电路20包含电桥(hybrid)21、第一单刀双掷开关22、第二单刀双掷开关23、阻抗匹配器24及接地(gnd)的虚负载r。阻抗匹配器24经由第一单刀双掷开关22与rfpa10连接，用于使rfpa10的输出阻抗与电桥21的输入阻抗保持匹配。

电桥21包含第一端211、第二端212、第三端213和第四端214。第一单刀双掷开关22包含触点221和触点222，第二单刀双掷开关23包含触点231和触点232。输入端211与阻抗匹配器24连接。输入端212经由第二单刀双掷开关23与虚负载r(比如，50欧姆)连接。输出端213和输出端214分别连接体线圈30。

当rfpa10工作在系统校验模式时，用于控制第一单刀双掷开关22的控制信号将第一单刀双掷开关22的触点222与rfpa10连接，而且用于控制第二单刀双掷开关23的控制信号将第二单刀双掷开关23的触点231与虚负载r连接。此时，rfpa10的输出功率经由第一单刀双掷开关22和第二单刀双掷开关23到达虚负载r，并执行功率线性校正。

当rfpa10工作在射频发射模式时，用于控制第一单刀双掷开关22的控制信号将第一单刀双掷开关22的触点221与rfpa10连接，用于控制第二单刀双掷开关23的控制信号将第二单刀双掷开关23的触点232与虚负载r连接。此时，rfpa10的输出功率经由第一单刀双掷开关22到达阻抗匹配器24，接着到达电桥21的第一端211。然后，电桥21将第一端211输入的射频信号分路为相位相隔90度的两路射频信号，并通过第三端213和第四端214将这两路射频信号分别输出到体线圈30以激励体线圈30发射射频脉冲实现磁共振，而且从体线圈30反射回的射频信号经由第二端212和第二单刀双掷开关23返回虚负载r。

可见，在这种射频发射系统中，需要两个单刀双掷开关才能在射频发射模式与系统校验模式之间实现切换，这会带来硬件成本问题。而且，每个单刀双掷开关都需要各自的控制信号，使得系统结构复杂，难以集成化。

在本发明实施方式中，不使用单刀双掷开关，通过pin二极管实现射频发射模式与系统校验模式的切换，可以降低硬件成本。另外，在本发明实施方式中，pin二极管共用同一个控制信号，使得系统结构简化，便于集成化。

图2为根据本发明实施方式的磁共振发射链路控制电路的示范性结构图。如图2所示的磁共振发射链路控制电路40通常布置在射频功率源与发射线圈(比如，体线圈)之间。

在图2中，磁共振发射链路控制电路40包括：

电桥41，包含第一射频信号输出端口414和第二射频信号输出端口413，第一射频信号输出端口414和第二射频信号输出端口413分别连接到发射线圈；

第一pin二极管42，第一pin二极管42的正极连接第一射频信号输出端口414，第一pin二极管的负极接地(gnd)；

第二pin二极管43，第二pin二极管43的正极连接第二射频信号输出端口413，第二pin二极管43的负极接地；

第一pin二极管42的控制端与第二pin二极管43的控制端连接到相同的控制信号源70，因此第一pin二极管42和第二pin二极管43具有相同的偏置状态。

在本发明实施方式中，第一pin二极管42的控制端与第二pin二极管43的控制端，可以经由多种连接方式连接到控制信号源70。比如，如图2所示，第一pin二极管42的控制端从第一pin二极管42的正极引出，经由串联电感l2连接到控制信号源70；第二pin二极管43的控制端从第二pin二极管43的正极引出，经由串联电感l3连接到控制信号源70。可选地，串联电感l2和串联电感l3可以各自被电感电容并联电路所替代。

磁共振发射链路控制电路40的输入端与射频功率源连接。第一射频信号输出端口413和第二射频信号输出端口414还连接到发射线圈(图2中没有示出)。

优选地，磁共振发射链路控制电路40还包括布置在射频功率源和电桥41之间的阻抗匹配器44。阻抗匹配器44用于使射频功率源的输出阻抗与电桥41的输入阻抗保持匹配。比如，阻抗匹配器44可以包括电感电容串联谐振电路或电感电容并联谐振电路。比如，在图2中，阻抗匹配器44实施为电感电容串联谐振电路，具体包括相互串联的电感l1和接地电容c。

电桥41还包括端口411和端口412，其中端口411与阻抗匹配器44连接，端口412经由虚负载r接地。优选地，电桥41可以实施为90度相移电桥。90度相移电桥可以将通过端口411输入的射频信号分路为相位相隔90的两路射频信号，并经由第一射频信号输出端口414和第二射频信号输出端口413将这两路射频信号输出到发射线圈。

当工作在系统校验模式时，与第一pin二极管42的控制端和第二pin二极管43的控制端连接的控制信号源70，分别向第一pin二极管42和第二pin二极管43发出正向偏置状态信号，第一pin二极管42和第二pin二极管43都处于正向偏置状态。此时，射频功率源的一部分输出功率经由第一射频信号输出端口413和第二pin二极管43到地，射频功率源的另一部分输出功率经由第二射频信号输出端口414和第一pin二极管42到地。而且，第一射频信号输出端口413的反射功率和第二射频信号输出端口414的反射功率经由端口412到达虚负载r，并执行功率线性校正。

当工作在射频发射模式时，与第一pin二极管42的控制端和第二pin二极管43的控制端连接的控制信号源70，分别向第一pin二极管42和第二pin二极管43发出反向偏置状态信号，第一pin二极管42和第二pin二极管43都进入反向偏置状态。此时，射频功率源的输出功率分别经由第一射频信号输出端口413和第二射频信号输出端口414到达发射线圈，以激励发射线圈。

可见，应用本发明实施方式之后，无需使用单刀双掷开关，通过pin二极管42和pin二极管43即可实现射频发射模式与系统校验模式的切换，可以降低硬件成本。另外，pin二极管42和pin二极管43共用同一个控制信号(即连接到同一个控制信号源70)，使得系统结构简化，便于集成化。

在一个实施方式中，磁共振发射链路控制电路40还包括：第一电抗元件，布置在第一射频信号输出端口414与第一pin二极管42的正极之间；第二电抗元件，布置在第二射频信号输出端口413与第二pin二极管43的正极之间。当工作在系统校验模式时，控制信号源70使能第一pin二极管42和第二pin二极管43都处于正向偏置状态，此时第一pin二极管42到地的通路导通，第二pin二极管43到地的通路也导通，第一电抗元件与第二电抗元件可以被接入电路。通过调节第一电抗元件与第二电抗元件，可以协同阻抗匹配器44使电桥的输入阻抗与射频功率源的输出阻抗相匹配。本发明实施方式通过引入电抗元件为阻抗匹配器提供协同匹配，还可以进一步降低射频功率源的反射功率，尤其适用于重量较大的磁共振扫描对象。

在一个实施方式中，磁共振发射链路控制电路40还包括：第三电抗元件，布置在第一电抗元件与发射线圈之间；第四电抗元件，布置在第二电抗元件与发射线圈之间。当工作在系统校验模式时，控制信号源70使能第一pin二极管42和第二pin二极管43都处于正向偏置状态，此时第一pin二极管42到地的通路导通，第二pin二极管43到地的通路也导通，第三电抗元件和第四电抗元件没有被接入电路。当工作在射频发射模式时，控制信号源70使能第一pin二极管42和第二pin二极管43都处于反向偏置状态，此时第一pin二极管42到地的通路关闭，第二pin二极管43到地的通路也关闭，第一射频信号输出端口414与发射线圈的通路导通，第二射频信号输出端口413与发射线圈的通路导通，因此第三电抗元件与第四电抗元件都被接入电路中。第三电抗元件接入电路后，用于补偿第一电抗元件，第四电抗元件接入电路后，用于补偿第二电抗元件。

可见，第三电抗元件抵消发射链路中因引入第一电抗元件所导致的感性电抗变化或容性电抗变化，第四电抗元件抵消发射链路中因引入第二电抗元件所导致的感性电抗变化或容性电抗变化，可以使得发射线圈的输入信号保持相同幅度。

优选地，当第一电抗元件为电感时，第三电抗元件为电容。或，当第一电抗元件为电容时，第三电抗元件为电感。或，当第二电抗元件为电感时，第四电抗元件为电容。或，当第二电抗元件为电容时，第四电抗元件为电感。

基于上述描述，图3为根据本发明实施方式的磁共振发射链路控制电路的第二示范性结构图。该磁共振发射链路控制电路布置在射频功率源与发射线圈之间。

在图3中，磁共振发射链路控制电路40包括：

电桥41，包含第一射频信号输出端口414和第二射频信号输出端口413，第一射频信号输出端口414和第二射频信号输出端口413分别连接到发射线圈；

第一pin二极管42，正极连接第一射频信号输出端口414，负极接地；

第二pin二极管43，正极连接第二射频信号输出端口413，负极接地；

其中第一pin二极管42的控制端与第二pin二极管43的控制端连接到相同的控制信号源70，第一pin二极管42和第二pin二极管43具有相同的偏置状态。

在本发明实施方式中，第一pin二极管42的控制端与第二pin二极管43的控制端，可以经由多种连接方式连接到控制信号源70。比如，如图3所示，第一pin二极管42的控制端从第一pin二极管42的正极引出，经由串联电感l2连接到控制信号源70；第二pin二极管43的控制端从第二pin二极管43的正极引出，经由串联电感l3连接到控制信号源70。可选地，串联电感l2和串联电感l3可以各自被电感电容并联电路所替代。

磁共振发射链路控制电路40还包括：

布置在射频功率源和电桥41之间的阻抗匹配器44；

第一电抗元件45，布置在第一射频信号输出端口414与第一pin二极管42的正极之间；

第二电抗元件47，布置在第二射频信号输出端口413与第二pin二极管43的正极之间；

第三电抗元件46，布置在第一电抗元件45与发射线圈之间；

第四电抗元件48，布置在第二电抗元件47与发射线圈之间。

阻抗匹配器44用于使射频功率源的输出阻抗与电桥41的输入阻抗保持匹配。比如，阻抗匹配器44可以包括电感电容串联谐振电路或电感电容并联谐振电路。比如，在图3中，阻抗匹配器44实施为电感电容串联谐振电路，具体包括相互串联的电感l1和接地电容c。

在图3中，电桥41的端口411与阻抗匹配器44连接，电桥的端口412经由虚负载r接地。电桥41实施为90度相移电桥。第一射频信号输出端口413经由第一电抗元件45和第三电抗元件46连接到发射线圈，第二射频信号输出端口414经由第二电抗元件47和第四电抗元件48连接到发射线圈。

当工作在系统校验模式时，与第一pin二极管42的控制端和第二pin二极管43的控制端连接的控制信号源70，分别向第一pin二极管42和第二pin二极管43发出正向偏置状态信号，第一pin二极管42和第二pin二极管43都进入正向偏置状态。第一pin二极管42到地的通路导通，第二pin二极管43到地的通路也导通，第三电抗元件46和第四电抗元件48没有接入电路。此时，射频功率源的一部分输出功率经由第一射频信号输出端口413和第二电抗元件47到地，射频功率源的另一部分输出功率经由第二射频信号输出端口414和第一电抗元件45到地。第一射频信号输出端口413的反射功率和第二射频信号输出端口414的反射功率经由端口412到达虚负载r。通过调节第一电抗元件45和第二电抗元件47，与阻抗匹配器44协同工作，以使电桥41的输入阻抗(即在端口411处的输入阻抗)与射频功率源的输出阻抗相匹配。第一电抗元件45和第二电抗元件47为阻抗匹配器44提供协同匹配，可以降低射频功率源的反射功率，尤其适用于重量较大的磁共振扫描对象。

当工作在射频发射模式时，与第一pin二极管42的控制端和第二pin二极管43的控制端连接的控制信号源70，分别向第一pin二极管42和第二pin二极管43发出反向偏置状态信号，第一pin二极管42和第二pin二极管43都处于反向偏置状态。第一pin二极管42到地的通路关闭，第二pin二极管43到地的通路也关闭，第一射频信号输出端口414与发射线圈的通路导通，射频信号输出端口413与发射线圈的通路导通，第三电抗元件46与第四电抗元件48接入电路。第三电抗元件46接入电路后，补偿第一电抗元件45，第四电抗元件48接入电路后，补偿第二电抗元件47。经过第三电抗元件46的补偿，抵消发射链路中因引入第一电抗元件45所导致的感性或容性变化，经过第四电抗元件48的补偿，抵消发射链路中因引入第二电抗元件47所导致的感性或容性变化，从而使得发射线圈的输入信号能够具有相同幅度。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种磁共振射频发射系统。

图4为根据本发明实施方式磁共振射频发射系统的示范性结构图。

在图4中，磁共振射频发射系统包括rfpa50、磁共振发射链路控制电路40和体线圈60。图4中的磁共振发射链路控制电路40与图3中磁共振发射链路控制电路40具有相同结构。rfpa50作为射频功率源，经由磁共振发射链路控制电路40与体线圈60连接。磁共振发射链路控制电路40可以在射频发射模式与系统校验模式之间执行切换。当工作在射频发射模式时，rfpa50向体线圈60提供射频信号。当工作在系统校验模式中，rfpa50并不向体线圈60提供射频信号，连接到虚负载以执行射频功率线性校正。

图5为现有技术中反射功率与病人体重的对应图。图6为根据本发明实施方式反射功率与病人体重的对应图。

由图5可见，对于体重较大的病人，现有技术中的反射功率大幅度增加。由图6可见，采用本发明实施方式之后，对于各个体重级别的病人，反射功率分布都较为均匀，反射功率与病人体重相关性并不显著。

综上所述，本发明实施方式包括：电桥，包含第一射频信号输出端口和第二射频信号输出端口，第一射频信号输出端口和第二射频信号输出端口分别连接到发射线圈；第一pin二极管，正极连接第一射频信号输出端口，负极接地；第二pin二极管，正极连接第二射频信号输出端口，负极接地；其中第一pin二极管的控制端与第二pin二极管的控制端连接到相同的控制信号源。可见，本发明实施方式不使用单刀双掷开关，通过连接到相同的控制信号源的pin二极管实现射频发射模式与系统校验模式之间的切换，可以降低硬件成本。

另外，本发明实施方式的pin二极管可以共用同一个控制信号，使得系统结构简化，便于集成化。还有，本发明实施方式引入电抗元件为阻抗匹配器提供协同匹配，还可以降低射频功率源的反射功率，尤其适用于针对较重的磁共振扫描对象。另外，通过对引入的电抗元件执行补偿，还可以使得发射线圈的输入信号保持相同幅度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。