用于向磁共振線圈系統(tǒng)的多個線圈元件提供射頻信號的饋送電路裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于向磁共振線圈系統(tǒng)(12)的多個線圈元件(14)提供射頻信號的饋送電路裝置(18)，其中，所述電路裝置(18)包括用于連接射頻信號源(16)的主線(20)；多條饋送線(22)，每條饋送線(22)用于連接所述線圈系統(tǒng)(12)的對應線圈元件(14)；功率分配器(24)，其被布置在所述主線(20)和所述多條饋送線(22)之間以用于將所述主線(20)上的信號分布到所述饋送線(22)中的每條，其中，所述饋送線(22)中的至少一條包括具有用于連接/斷開所述饋送線(22)的兩條最終的線路段(30、32)的切換元件(28)的可控切換電路(26)，第一線路段(30)在所述分配器側上并且第二線路段(32)在能連接到所述線圈元件(14)的所述側上，并且其中，所述切換電路(26)還包括用于所述第一線路段(30)的線端接的至少一個可連接終端元件(44)，或者所述主線(20)包括與終端單元(62)互連的環(huán)行器設備(60)。本發(fā)明還涉及一種對應的并行收發(fā)器系統(tǒng)(10)。
【專利說明】用于向磁共振線圈系統(tǒng)的多個線圈元件提供射頻信號的饋送電路裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于向磁共振(MR)線圈系統(tǒng)的多個線圈元件提供射頻(RF)信號的饋送電路裝置的領域。本發(fā)明還涉及針對磁共振系統(tǒng)的對應的并行發(fā)射器系統(tǒng)，特別是針對磁共振系統(tǒng)的并行收發(fā)器系統(tǒng)，并且涉及一種用于切換并行發(fā)射器系統(tǒng)的線圈元件的方法。

【背景技術】
[0002]多元件射頻(RF)線圈系統(tǒng)正變成高場磁共振(MR)系統(tǒng)的中心部件，以便于降低SAR并且提高B1均一性。由于局部并行收發(fā)器(TX)系統(tǒng)具有降低系統(tǒng)成本的潛力，所以在較低場強中局部并行收發(fā)器(TX)系統(tǒng)正吸引顯著的興趣。
[0003]特別在具有由一個RF信號源提供的多個線圈元件的MR線圈系統(tǒng)中，更多地使用系統(tǒng)的線圈元件而不是系統(tǒng)的發(fā)送通道存在明顯的發(fā)展。這意味著若干線圈元件由一個發(fā)送通道經(jīng)由饋送電路裝置同時饋送，所述饋送電路裝置包括功率分配器(具有或不具有移相器的分離器、混合耦合器……)和多條饋送線?？梢砸赃@種方式來設定一個TX通道的線圈元件之間的固定的幅值關系和相位關系。該原理還可以用在單個TX通道系統(tǒng)(如1.5特斯拉系統(tǒng))中以為TX線圈陣列饋送。
[0004]專利說明US 7633293 B2示出了具有RF信號源的非常復雜的并行收發(fā)器系統(tǒng)、具有多個線圈元件的磁共振線圈系統(tǒng)以及包括多條饋送線的饋送電路，其中，用于饋送對應的線圈元件的每條饋送線都包括針對每個線圈元件的高功率放大器和收發(fā)切換設備。該收發(fā)切換設備運行以在針對所述線圈元件中的每個的發(fā)送電路和接收電路之間切換。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于向磁共振線圈系統(tǒng)的多個線圈提供射頻信號的簡單但動態(tài)可切換的饋送電路裝置，以及一種針對具有磁共振線圈系統(tǒng)的磁共振系統(tǒng)的并行收發(fā)器系統(tǒng)，其中，所述磁共振線圈系統(tǒng)包括多個線圈元件。
[0006]該目標由根據(jù)權利要求1所述的饋送電路裝置和根據(jù)權利要求14所述的并行收發(fā)器系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的饋送電路裝置包括:(i)用于連接射頻信號源的主線；(ii)多條饋送線，每條饋送線用于連接所述線圈系統(tǒng)的對應線圈元件；(iii)功率分配器，其被布置在所述主線和所述多條饋送線之間以用于將所述主線上的信號分布到所述饋送線中的每條。
[0008]所述饋送線中的至少一條包括具有用于連接/斷開所述饋送線的兩條最終的(resulting)線路段的切換元件的可控切換電路，第一線路段在所述分配器側上并且第二線路段在能連接到所述線圈元件的所述側上。所述切換電路還包括用于所述第一線路段的線端接的至少一個可連接終端，或者所述主線包括與終端單元互連的環(huán)行器設備。所述至少一個終端元件或所述終端單元具有用于線端接的預定義的終端電阻(終端阻抗)。所述切換元件能由控制器通過DC偏置電壓來控制。優(yōu)選地，所有饋送線都包括具有各自的切換元件的可控切換電路。所述切換允許對獨立的線圈元件的切換而不影響所述功率分配器(或等價設備)的正確的功能?？梢砸赃@種方式使所述線圈元件陣列適應實際視場(FoV)，因此降低SAR(SAR:特殊吸收率)和潛在的折疊偽影。所述饋送電路裝置使得能夠選擇性地將單個線圈元件去激活，這引起優(yōu)化所述發(fā)送(TX)場的額外的自由度，甚至對于具有低TX通道計數(shù)的系統(tǒng)也是這樣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述至少一個終端元件或所述終端單元是無源部件。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，所述至少一個終端元件與用于將所述終端元件與所述對應的第一線路段相連接的另外的切換元件串聯(lián)連接。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，用于連接到所述功率分配器的所述至少一個(開路)第一線路段的線端接的所述終端元件具有50歐姆或100歐姆的預定義的終端電阻。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，用于能連接到所述對應的線圈元件的所述至少一個(開路)第二線路段的線端接的另一個終端元件具有零歐姆或50歐姆或100歐姆或大于10千歐姆的預定義的終端電阻，并且任選地含有四分之一波長元件以便于變換所述終端電阻。
[0013]總體上，所述(一個或多個)切換元件可以是適合于RF應用的任何類型的切換元件。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述(一個或多個)切換元件是(一個或多個)PIN 二極管和/或所述(一個或多個)另一個切換元件是(一個或多個)PIN 二極管。PIN 二極管是具有P型半導體區(qū)域與η型半導體區(qū)域之間的寬的、輕摻雜的“近”本征半導體區(qū)域的二極管。所述P型區(qū)域和η型區(qū)域典型地是重摻雜的，這是因為它們用于歐姆接觸。所述寬的本征區(qū)域與普通PN 二極管形成對比。所述寬的本征區(qū)域使得所述PIN 二極管適合于用作非?？焖俚那袚Q。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述饋送電路裝置還包括至少一個收發(fā)切換設備。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述至少一個收發(fā)切換設備是獨立于所述至少一個切換電路的切換設備。根據(jù)本發(fā)明的備選的優(yōu)選實施例，所述主線包括所述一個收發(fā)切換設備或者所述饋送線中的每條包括所述收發(fā)切換設備中的一個。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，所述功率分配器是分離器設備或混合設備或者至少包括分離器單元或混合單元。分離器設備和混合設備是用于將主線的功率分配到多條線中的眾所周知的設備。所述功率分配器包括用于使至少一條饋送線的相位偏移的至少一個移相器元件。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例，所述饋送電路裝置的所有電氣部件(所述功率分配器的部件、線和終端元件)，除了所述至少一個PIN 二極管，都是無源部件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的針對磁共振系統(tǒng)的并行發(fā)射器系統(tǒng)，尤其是針對磁共振系統(tǒng)的收發(fā)器系統(tǒng)，包括磁共振線圈系統(tǒng)，所述磁共振線圈系統(tǒng)包括多個線圈元件、RF信號源、前述的饋送電路裝置、以及具有用于控制所述切換電路的所述切換元件的控制器的控制器系統(tǒng)。
[0019]在用于切換根據(jù)本發(fā)明的并行發(fā)射器系統(tǒng)的所述線圈元件的方法中，依據(jù)校準數(shù)據(jù)和/或用戶輸入借助于所述控制器系統(tǒng)和所述切換元件來執(zhí)行所述切換。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述校準數(shù)據(jù)是所述線圈元件的靈敏度概況的數(shù)據(jù)和/或所述線圈元件的位置的數(shù)據(jù)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，所述用戶輸入是對視場的選擇和/或對掃描類型的選擇。
[0022]本發(fā)明還涉及以機器可讀或機器可執(zhí)行的形式編碼程序以執(zhí)行前述方法的數(shù)據(jù)存儲設備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯而易見的，并且將參考下文描述的實施例對本發(fā)明的這些和其他方面進行說明。
[0024]在附圖中:
[0025]圖1示出了針對包括饋送電路裝置的磁共振系統(tǒng)的并行收發(fā)器系統(tǒng)，
[0026]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0027]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0028]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0029]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0030]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0031]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0032]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，
[0033]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第八優(yōu)選實施例的饋送電路裝置，并且
[0034]圖10示出了針對切換元件的控制系統(tǒng)的方框圖。

【具體實施方式】
[0035]圖1示出了針對具有磁共振線圈系統(tǒng)12的磁共振系統(tǒng)的并行收發(fā)器系統(tǒng)10，所述磁共振線圈系統(tǒng)12包括多個線圈元件14、射頻(RF)信號源16、以及用于將信號源16的射頻信號發(fā)送到多個線圈元件14的饋送電路裝置18。饋送電路裝置18包括將射頻信號源16與多條饋送線22電氣連接的主線20，每條饋送線22用于連接線圈系統(tǒng)12的對應線圈元件14。饋送電路裝置18還包括被布置在主線20與多條饋送線22之間、用于將來自信號源16 (信號生成設備)的信號經(jīng)由主線20分布到饋送線22的功率分配器24。饋送線22中的每條包括具有用于連接/斷開對應的饋送線22的兩條最終的線路段30、32的切換元件28的可控切換電路26。功率分配器24包括分離器設備34和用于使在饋送線22中的每條上發(fā)送的信號的相位獨立地偏移的多個移相器元件36。收發(fā)器系統(tǒng)還包括具有用于控制切換電路26 (箭頭42)的切換元件28的控制器40的控制系統(tǒng)38。
[0036]存在實現(xiàn)需要的功率分配器24的若干方式，例如分離設備34、混合設備、Wilkinson分配器、Gysel功率分離器、環(huán)形稱合器(rat race coupler)等。這些設備將輸入功率分布到若干輸出端口。這些輸出端口處的相位差是分離器設計(例如90°混合)中固有的或者可以由額外的移相器元件36(例如具有定義的長度的發(fā)送線)來實現(xiàn)。還可以將這些分配器24(分離器34)級聯(lián)以便于增加輸出通道的數(shù)量。
[0037]圖2在饋送線22中的一個的范例上以更具體的方式示出了饋送電路裝置18，并且特別是切換電路26中的一個。切換電路26包括兩個線路段30、32與兩個對應的交叉連接電流路徑之間的饋送線22中的切換元件28。每條交叉連接電流路徑包括具有用于切換元件28的端口處的對應饋送線的兩條線路段30、32的線端接的預定義的終端阻抗Ztl的終端元件44、46。終端元件44、46中的每個與另外的切換元件48、50串聯(lián)連接。這些串聯(lián)連接中的每個將切換元件28的對應端口耦合到參考電位(地52)。另外的切換元件48、50也能由控制器40控制。
[0038]圖3示出了饋送電路裝置18的第二實施例。在該實施例中，兩個終端元件44、46由公共的另外的切換元件48來切換。該公共的另外的切換元件48與兩個終端元件44、46的并聯(lián)連接進行串聯(lián)連接。這些終端元件中的第一終端元件44與第一線路段30相連接，并且第二終端元件46與第二線路段32相連接。
[0039]圖4示出了饋送電路裝置18的第三實施例。在該實施例中，切換元件28由可控PIN 二極管54來實現(xiàn)，并且另外的切換元件48也由可控PIN 二極管54來實現(xiàn)。部件的布置大體上與圖3中所不出的布置相對應。
[0040]例如可以采用FET切換器、繼電器或優(yōu)選的PIN 二極管54來實現(xiàn)用來將線圈元件去使能的切換元件28。圖2和圖3中示出了示范性切換裝備，并且圖4中描繪了應用PIN二極管54的實施例。功率分配器24的輸出端口必須由它們的特征阻抗Ztl來端接，以便于確保正確的功能。這些電阻器必須能夠吸收以其他方式發(fā)送到線圈的功率。由于許多分離器設計(Wilkinson、Gysel……)中已經(jīng)存在有這樣的電阻器，所以優(yōu)選地將切換器和對應的(具有終端阻抗Ztl的)終端元件44物理地放置在分配器/分離器24的位置處。
[0041]圖5示出了饋送電路裝置18的第四實施例。圖6示出了饋送電路裝置18的第五實施例。在這些實施例中，對應的線圈元件14的端口并不由終端元件來端接。如果線圈元件14被去使能，那么在對應的饋送線22處實現(xiàn)開路(圖5)或短路(圖6)，應用適當?shù)陌l(fā)送線可以將所述開路或短路變換為在線圈元件14自身處的開路?？梢砸赃@種方式來抑制去使能的線圈元件14中的感應電流。由提到的切換器來使線圈元件14去使能，則到線圈的連接也能夠由Ztl來端接。在這種情況下，線圈元件14的電氣屬性(例如感應電流)保持恒定。
[0042]圖7示出了饋送電路裝置18的第六實施例。在該圖中指示了收發(fā)(TX/RX)切換設備56的可能的位置。存在三種可能的位置:(i)在主線中，(ii)在對應的饋送線22的第一線路段30中，或者(iii)在對應的饋送線22的第二線路段32中。這種收發(fā)切換設備56是獨立于至少一個切換電路26的切換設備。
[0043]如圖7中所描繪的，原則上可以將TX/RX切換設備56放置在分配器24的前面、提到的切換器的前面分配器24的后面、以及還在提到的切換器的后面。后者的位置具有優(yōu)勢，即無論切換狀態(tài)，RX總是可能的。如果TX/RX切換設備在提到的切換元件的前面，那么對于RX該切換元件必須是閉合的，但是可以通過打開切換設備28來將前置放大器和耦合到其他線圈元件的前置放大器噪聲與線圈陣列斷開。如果對應的線圈元件14并不對MR信號貢獻很多，而是將噪聲耦合到其他線圈元件14，那么這樣是有利的。如果TX/RX切換設備56被放置在分配器24的前面，則RX信號已經(jīng)被組合并且不能記錄針對每個線圈元件14的獨立RX信號。
[0044]圖8示出了饋送電路裝置18的第七實施例。如圖8所示，在該實施例中，切換電路26可以被實現(xiàn)為TX/RX切換設備56，這是因為二極管54典型地已經(jīng)存在并且可以被采用。每條饋送線22包括TX/RX切換設備56。TX/RX切換設備56中的每個包括電流路徑，所述電流路徑包括具有另外的切換元件48、50的交叉連接電流路徑之間的、切換元件28 (PIN二極管54)與四分之一波長元件58的串聯(lián)連接。對應的饋送線22的第二線路段32在切換元件28與四分之一波長元件58之間的節(jié)點中分支出來，并且通向對應的線圈元件14。
[0045]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的、不具有切換電路26中的終端元件44的饋送電路裝置。在這種情況下，主線20包括與終端單元62互連的環(huán)行器設備60。環(huán)行器設備60將由至少一個切換元件28的開路端口反射的波重新路由到終端單元62。
[0046]換言之，不對分配器24的輸出端口進行端接也是可能的。如已經(jīng)說明的，這樣降低了它的正確的功能，尤其是在它的輸入端口(到TX放大器的連接)處的匹配。如果使用與匹配的電阻器相連接的環(huán)行器，則不會發(fā)生性能問題，因此這也是本發(fā)明的可能的實施例。
[0047]并行發(fā)射器/收發(fā)器系統(tǒng)10的整體部分是控制系統(tǒng)38，控制系統(tǒng)38選擇獨立TX線圈元件14的切換狀態(tài)。圖10中描繪了該系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)38考慮校準數(shù)據(jù)(方框64:線圈的靈敏度概況、測得的線圈位置……)和用戶輸入(方框66:視場，掃描類型……)，并且還確保由切換元件28和/或另外的切換元件48、50執(zhí)行的切換過程的正確計時。
[0048]盡管已經(jīng)在附圖和前文的描述中詳細說明并描述了本發(fā)明，但這種說明和描述被視為說明性或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。本領域技術人員通過研究附圖、公開內容以及權利要求書，在實踐要求保護的本發(fā)明時，能夠理解并實現(xiàn)對所公開的實施例的其他變型。在權利要求書中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。盡管在互不相同的從屬權利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。權利要求中的任何附圖標記都不應被解釋為對范圍的限制。
【權利要求】
1.一種用于向磁共振線圈系統(tǒng)(12)的多個線圈元件(14)提供射頻信號的饋送電路裝置(18)，其中，所述電路裝置(18)包括: 主線(20)，其用于連接射頻信號源(16)； 多條饋送線(22)，每條饋送線(22)用于連接所述線圈系統(tǒng)(14)的對應線圈元件(14)； 功率分配器(24)，其被布置在所述主線(20)和所述多條饋送線(22)之間以用于將所述主線(20)上的所述信號分布到所述饋送線(22)中的每條， 其中，所述饋送線(22)中的至少一條包括具有用于連接/斷開所述饋送線(22)的兩條最終的線路段(30、32)的切換元件(28)的可控切換電路(26)，第一線路段(30)在所述分配器側上并且第二線路段(32)在能連接到所述線圈元件(14)的側上，并且 其中，所述切換電路(26)還包括用于所述第一線路段(30)的線端接的、具有預定義的終端電阻的至少一個可連接終端元件(44),或者所述主線(20)包括與終端單元(62)互連的環(huán)行器設備(60)。
2.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，所述至少一個終端元件(44、46)與用于連接所述終端元件的另外的切換元件(48、50)串聯(lián)連接。
3.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，所述終端元件(44)具有50歐姆或100歐姆的預定義的終端電阻。
4.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，用于所述第二線路段(32)中的至少一條的線端接的終端元件(46)具有零歐姆或50歐姆或100歐姆或大于10千歐姆的預定義的終端電阻或者額外地由四分之一波長元件(58)來變換。
5.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，所述切換元件(28)是PIN二極管(54)。
6.如權利要求2所述的饋送電路裝置，其中，所述另外的切換元件(48、50)是PIN二極管(54)ο
7.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，所述饋送電路裝置(18)還包括至少一個收發(fā)切換設備(56)。
8.如權利要求7所述的饋送電路裝置，其中，所述至少一個收發(fā)切換設備(56)是獨立于所述至少一個切換電路(26)的切換設備。
9.如權利要求7所述的饋送電路裝置，其中，所述主線(20)包括所述一個收發(fā)切換設備(56)或者所述饋送線(22)中的每條都包括所述收發(fā)切換設備(56)中的一個。
10.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，所述功率分配器(24)包括用于使至少一條饋送線(22)的相位偏移的至少一個移相器元件(36)。
11.如權利要求1所述的饋送電路裝置，其中，所述饋送電路裝置的所有電氣部件(20、22、34、36、44、46)，除了所述至少一個切換元件(28、48、50)，都是無源部件。
12.一種用于具有磁共振線圈系統(tǒng)(12)的磁共振系統(tǒng)的并行發(fā)射器系統(tǒng)，優(yōu)選地是用于具有磁共振線圈系統(tǒng)(12)的磁共振系統(tǒng)的收發(fā)器系統(tǒng)(10)，所述磁共振線圈系統(tǒng)(12)包括:多個線圈元件(14)、射頻信號源(16)、如權利要求1所述的饋送電路裝置(18)、以及具有用于控制所述切換電路(26)的所述切換元件(28、48、50)的控制器(40)的控制器系統(tǒng)(38)。
13.一種用于對如權利要求12所述的并行發(fā)射器系統(tǒng)的所述線圈元件(14)進行切換的方法，其中，依據(jù)校準數(shù)據(jù)(64)和/或用戶輸入(66)借助于所述控制器系統(tǒng)(38)和所述切換元件(28)和/或另外的切換元件(48、50)來執(zhí)行所述切換。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述校準數(shù)據(jù)(64)是所述線圈元件(14)的靈敏度概況的數(shù)據(jù)和/或所述線圈元件(14)的位置的數(shù)據(jù)。
15.如權利要求13所述的方法，其中，所述用戶輸入(66)是對視場的選擇和/或對掃描類型的選擇。
【文檔編號】G01R33/3415GK104303069SQ201380025443
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權日:2012年5月14日
【發(fā)明者】O·利普斯, C·洛斯勒 申請人:皇家飛利浦有限公司