CN102301254A - 用于稳定放大器的方法和*** - Google Patents

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J·O·迪姆
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Abstract

本发明一般涉及稳定MRI功率输送***。在一方面，提供与MRI功率输送***电通信的稳定模块。稳定模块包括闭环控制***。使用闭环控制***来修改输入信号的至少一个特性。经修改的输入信号提供给MRI功率输送***。此外，MRI功率***包括RF隔离器。

Description

用于稳定放大器的方法和***
技术领域
本发明一般涉及用于稳定放大器的方法和***。具体而言，本发明涉及使用开环和闭环控制***的组合来稳定放大器的方法和***。
背景技术
通常，磁共振成像(MRI)***采用射频(RF)放大器来驱动位于MRI***的主要磁结构中的RF线圈。RF放大器接收外部RF源生成的一系列脉冲作为输入，并生成一系列增大功率的脉冲作为输出。RF放大器的输出用于驱动RF线圈。
当要求改进的图像质量时，需要更高的Tesla磁体，从而必需有更大的RF放大器输出功率。然而，提供更大的输出功率可能将RF放大器增益非线性和相位非线性引入***，从而可能导致MRI图像失真。
发明内容
本发明提供用于稳定放大器的方法和***。通常，该方法和***稳定MRI***中使用的脉冲RF放大器。然而，本发明的该方法和***也可用于稳定其它***中所用的放大器。例如，它们可用于稳定脉冲RF雷达放大器。
在本发明的一个实施例中，本发明的稳定模块组合用于稳定放大器的硬件和软件。稳定模块包括开环控制***和闭环控制***两者。
在脉冲开始时使用闭环控制***往往会导致不稳定(如闭环控制***的增益和相位参数往往被驱动至它们的最大值或最小值)。因此，本发明的实施例在脉冲开始时使用开环控制***以稳定放大器。开环控制***例如使用稳定模块接收到的输入信号的输入功率来稳定放大器。一旦放大器已稳定(settled)，就使用闭环控制***来进一步稳定放大器。
在一些实施例中，本发明***和方法使用用于改进开环控制***的性能的校准例程。在一些实施例中，校准例程基于闭环控制***先前生成的输出，生成开环控制***所用的输出。校准例程因此使开环控制***能够从闭环控制***学习。因此，随时间改进开环控制***的性能。
在一方面中，本发明一般涉及用于稳定放大器的方法。该方法包括四个步骤。一个步骤是提供稳定模块，该稳定模块与放大器电通信并包括开环控制***和闭环控制***。另一步骤是使用开环控制***来修改稳定模块接收到的输入信号的至少一个特性并将控制传递给闭环控制***。另一步骤是使用闭环控制***来修改输入信号的至少一个特性。最后一个步骤是将经修改的输入信号提供给放大器。
在本发明该方面的各种实施例中，输入信号的至少一个特性是输入信号的振幅或输入信号的相位。在一个实施例中，在输入信号的输入功率大于阈值电平时，使用开环控制***。在另一实施例中，在使用开环控制***达到其间输入信号的输入功率大于阈值电平的预定时段之后，使用闭环控制***。由开环控制***基于开环控制***的输出来初始化一个实施例的闭环控制***中的滤波器。
在一些实施例中，测量输入信号的输入功率。在一些这种实施例中，使用开环控制***基于输入功率来修改输入信号的至少一个特性。在一个这种实施例中，开环控制***基于查找表中对应于输入功率的值来修改输入信号的至少一个特性。可基于闭环控制***的输出来更新查找表。在一些这种实施例中，也测量输入信号和表示放大器输出信号的反馈信号之间的第一误差以及输入信号和反馈信号之间的第二误差。在一个这种实施例中，使用闭环控制***基于输入功率、第一误差和第二误差来修改输入信号的至少一个特性。在另一这种实施例中，闭环控制***调节第一误差和第二误差两者。
在一些实施例中，闭环控制***解决由稳定模块引入的至少一个非线性。在其它实施例中，开环控制***解决由稳定模块引入的至少一个非线性。在一些实施例中，放大器是磁共振成像***的脉冲射频放大器。
在另一方面中，本发明一般涉及一种在用于稳定放大器的稳定模块中使用的***。该***包括第一控制模块和第二控制模块。第一控制模块用于执行三个功能：(a)接收表示稳定模块接收到的输入信号的第一信号，(b)使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第二信号，以及(c)发送能够用于将控制传递到第二控制模块的第三信号。第二控制模块用于使用闭环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第四信号。
在本发明该方面的一些实施例中，第一控制模块能够确定输入信号的输入功率是否高于阈值电平，并且在输入功率高于阈值电平时，使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第二信号。在一些实施例中，第一控制模块能够确定第一控制模块是否已使用开环控制例程达到其间输入信号的输入功率高于阈值电平的预定时段。在一些这种实施例中，第一控制模块在已满足上述标准时发送第三信号。在第二控制模块包括滤波器的实施例中，***可进一步包括用于产生用于初始化滤波器的条目的校准模块。在一个这种实施例中，第一控制模块能够使用条目来初始化第二控制模块中的滤波器。
在一些实施例中，第一控制模块能够使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第二特性的第五信号，并且第二控制模块能够使用闭环控制例程生成能够用于修改输入信号的第二特性的第六信号。在一些相关实施例中，***包括校准模块，该校准模块用于生成表示输入信号的第一特性的修改量的第一值和表示输入信号的第二特性的修改量的第二值。第一控制模块可使用该第一值和第二值。在一个实施例中，第一控制模块能够使用第一值来生成第二信号并使用第二值来生成第五信号。在相关实施例中，校准模块能够基于第二控制模块的输出来更新第一值和第二值。在又一实施例中，校准模块能够生成第一值和第二值以解决稳定模块引入的至少一个非线性。
在一些实施例中，输入信号的第一特性是输入信号的振幅，而输入信号的第二特性是输入信号的相位。在其它实施例中，第二控制模块能够生成第四信号以解决稳定模块引入的非线性，并且第二控制模块能够接收第一误差信号和第二误差信号，并能够调节第一误差信号和第二误差信号以补偿第一误差信号和第二误差信号中存在的非线性。在另外的实施例中，第一控制模块解决稳定模块在生成第二信号中引入的非线性。
在又一方面中，本发明一般表征一种与用于稳定放大器的稳定模块一同使用的制品。该制品包括用于接收表示稳定模块接收到的输入信号的第一信号，使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第二信号，并发送能够用于将控制传递到第二控制模块的第三信号的装置。该制品还包括用于使用闭环控制例程生成能够用于修改输入信号的特性的第四信号的装置。
在另一方面中，本发明涉及用于稳定放大器的方法。该方法包括三个步骤。一个步骤是用稳定模块接收输入信号，该稳定模块包括开环控制***和闭环控制***。另一步骤是使用开环控制***修改输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小化，并将控制传递给闭环控制***。其它步骤是从使用闭环控制***转换到使用闭环控制***来修改输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小化。
在本发明该方面的一个实施例中，该方法包括在使用开环控制***达到其间输入信号的输入功率大于阈值电平的预定时段之后进行转换。在另一实施例中，该方法还包括使用开环控制***来基于开环控制***的输出初始化闭环控制***中的滤波器。
在另一方面中，本发明一般涉及用于稳定放大器的稳定模块。该稳定模块包括第一控制模块和第二控制模块。第一控制模块用于执行三个功能：(a)接收表示稳定模块接收到的输入信号的第一信号，(b)使用开环控制例程生成能够用于通过修改输入信号的相位使放大器的相位非线性最小化的第二信号，以及(c)发送能够用于将控制传递到第二控制模块的第三信号。第二控制模块用于使用闭环控制例程生成能够用于通过修改输入信号的相位使放大器的相位非线性最小化的第四信号。
在另一方面，本发明表征一种用于稳定MRI功率输送***的稳定模块。该稳定模块包括用于分析MRI功率输送***的至少一个反馈信号的闭环控制例程，其中MRI功率输送***包括RF隔离器。该稳定模块用闭环控制例程修改输入信号的至少一个特性，并将经修改的输入信号提供给MRI功率输送***。
在一些实施例中，稳定模块包括放大器模块和RF输出耦合器，其中RF隔离器电耦合至放大器模块的输出和RF输出耦合器的输入。在一些实施例中，RF输出耦合器输出提供给误差放大器的RF信号，其中误差放大器输出RF大小和相位信号至处理器，其中处理器输出控制信号至实现闭环控制例程的一个或多个控制模块。
在另一方面中，本发明表征一种用于MRI设备的功率输送***。MRI功率输送***包括RF隔离器和稳定模块，该稳定模块包括用于分析MRI功率输送***的至少一个反馈信号的闭环控制例程，其中稳定模块用闭环控制例程修改输入信号的至少一个特性，并将经修改的输入信号提供给MRI功率输送***。
在一些实施例中，功率输送***包括放大器模块和RF输出耦合器，其中RF隔离器电耦合至放大器模块的输出和RF输出耦合器的输入。在一些实施例中，RF输出耦合器输出提供给误差放大器的RF信号，其中误差放大器输出RF大小和相位信号至处理器，其中处理器输出控制信号至实现闭环控制例程的一个或多个控制模块。
附图简述
本发明的上述和其它目的、方面、特征和优点通过结合附图参考以下说明将变得更加显而易见并且更加容易理解。
图1是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的方法的流程图。
图2也是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的方法的流程图。
图3是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的稳定模块中所用***的框图。
图4是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的稳定模块的电路图。
图5是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的方法的流程图，该方法包括开环控制例程和闭环控制例程。
图6是本发明一个实施例中所用的校准例程的流程图。
图7A是闭环、快反馈磁共振成像(MRI)发射稳定模块的电路/框图。
图7B是闭环、慢反馈MRI发射稳定模块的电路/框图。
图8是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的稳定模块的电路图。
图9A(9A-1和9A-2)是闭环、快反馈磁共振成像(MRI)发射稳定模块的电路/框图。
图10是根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的稳定模块的电路图。
图11A(11A-1和11A-2)是根据本发明示例性实施例的闭环、快反馈磁共振成像(MRI)发射稳定模块的电路/框图。
图11B(11B-1和11B-2)是根据本发明示例性实施例的闭环、慢反馈MRI发射稳定模块的电路/框图。
图11C是根据本发明示例性实施例的误差放大器的电路/框图。
图11D是根据本发明示例性实施例的误差放大器的电路/框图。
图12是根据本发明示例性实施例的，用于根据本发明示例性实施例来稳定放大器的稳定模块的电路图。
图13A(13A-1和13A-2)是根据本发明示例性实施例的闭环、快反馈磁共振成像(MRI)发射稳定模块的电路/框图。
详细描述
图1描绘了根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的方法100。方法100可由稳定模块执行，稳定模块与放大器电通信并包括开环控制***和闭环控制***。在图1的示例性方法中，测量输入信号的属性(步骤104)，使用开环控制***来修改稳定模块接收到的输入信号的至少一个特性(步骤108)，一旦满足一个或多个控制参数(步骤112)则将控制传递到闭环控制***(步骤116)，并且使用闭环控制***来修改输入信号的至少一个特性(步骤120)。在使用开环控制***(步骤108)期间和使用闭环控制***(步骤120)期间，将经修改的输入信号提供给放大器。方法100在稳定模块接收到脉冲输入信号时开始，并且可在脉冲的每个单独实例上重复。可实现该方法，例如用于稳定MRI***的放大器。
步骤104是测量输入信号的属性。在一个实施例中，属性是输入信号的输入功率。在另一个实施例中，属性是输入信号的电压电平。在又一个实施例中，属性是输入信号的电流。在一个实施例中，由稳定模块中的元件来测量属性。
在步骤108中，使用开环控制***来修改输入信号的至少一个特性。例如，在图1的方法的一个实施例中，在步骤108中，开环控制***修改输入信号的振幅。在另一实施例中，在步骤108中，开环控制***修改输入信号的相位。在又一实施例中，在步骤108中，开环控制***修改输入信号的振幅和相位两者。
使用开环控制***基于输入信号的所测量的属性来修改输入信号的至少一个特性。在一个实施例中，开环控制***使用由所测量的属性索引的查找表来修改至少一个特性。例如，在一个实施例中，所测量的属性是输入信号的输入功率，至少一个特性是振幅，并且表标识了对于每个输入功率电平改变振幅的量。如以下详细描述的，开环控制***然后将经修改的输入信号提供给放大器以稳定放大器。
在步骤112中，检查一个或多个控制参数以确定是否是开环控制***将控制传递给闭环控制***的合适时间。当满足一个或多个控制参数时，在步骤116，开环控制***将控制传递给闭环控制***。另一方面，当控制参数不满足时，使用开环控制***(步骤108)。在一个实施例中，控制参数是计数值。在另一实施例中，控制参数是经过的时段。在又一实施例中，控制参数是输入信号的振幅。在一个特定实施例中，开环控制***检查控制参数。或者，闭环控制***或其它元件可检查控制参数。
在步骤116中，开环控制***可将控制传递给闭环控制***。在一个实施例中，以下将详细描述，开环控制***初始化闭环控制***以便使用。
在控制传递到闭环控制***之后，使用闭环控制***修改输入信号的至少一个特性(步骤120)。闭环控制***接收表示放大器的输出信号的反馈信号。在各种实施例中，被修改的至少一个特性是输入信号的振幅和/或相位。在一些实施例中，闭环控制***测量输入信号和反馈信号之间的第一误差。在一些这种实施例中，闭环控制***还测量输入信号和反馈信号之间的第二误差。在这些实施例中，使用闭环控制***基于输入功率、第一误差和第二误差来修改输入信号的至少一个特性。然后，在步骤120中，闭环控制***将经修改的输入信号提供给放大器以稳定放大器。
在各种实施例中，闭环控制***包括一个或多个滤波器，用于确定如何修改输入信号的至少一个特性。在一个实施例中，使用滤波器确定修改输入信号的振幅所用的合适输出。在另一实施例中，使用滤波器确定修改输入信号的相位所用的合适输出。在一个实施例中，在闭环控制***中使用二阶滤波器，如A.J.Viterbi记载的。在替换实施例中，闭环控制***使用任何其它类型的滤波器，包括但不限于比例积分滤波器和比例积分微分(derivative)滤波器。在一个实施例中，滤波器包括一个或多个积分器。再次参考步骤116，在一些实施例中，开环控制***基于开环控制***的输出通过初始化滤波器，或者更具体为积分器，来初始化闭环控制***。
图2是根据本发明用于稳定放大器的方法200的流程图。与图1所描绘的方法100相比，图2所描绘的方法200包括三个附加步骤。具体而言，图2的示例性方法确定是否满足使用开环控制***的标准(步骤106)，确定是否满足继续使用闭环控制***的标准(步骤124)，以及更新开环控制参数(步骤128)。一般而言，图2的步骤104、108、112、116和120类似于图1中具有相同标号的步骤，并以类似的方式实现。
图2的方法在稳定模块接收到输入信号时开始。输入信号例如可来自外部脉冲RF源。在步骤104，测量输入信号的属性。
在步骤106，确定是否满足使用开环控制***的一个或多个标准。在一个实施例中，由开环控制***本身执行步骤106。在其它实施例中，稳定模块中的另一元件执行步骤106。在一些实施例中，一个标准对应于输入信号的所测量的属性。例如，在一个这种实施例中，当输入信号的输入功率高于阈值电平时，在步骤108使用开环控制***。另一方面，在该实施例中，如果输入信号的输入功率低于阈值电平，则不使用开环控制***，且在步骤104再次测量输入信号的输入功率。步骤104可重复，直到输入信号的输入功率升高到高于阈值电平。在实施例中，在确定是否使用开环控制***中使用的一个标准是放大器是否是活动的。在确定是否使用开环控制***中可考虑不止一个标准。
在步骤108中，使用开环控制***修改输入信号的特性并使与该特性相关联的放大器的非线性最小化。因此，在一个特定实施例中，在步骤108，最初可使用开环控制***修改输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小化。该步骤可以类似于图1中步骤108的描述的方式实现。
在步骤112，决定是否从使用开环控制***转换到使用闭环控制***。在一个实施例中，例如，在开环控制***使用了其间输入信号的输入功率高于阈值电平的预定时段之后发生转换。如果在步骤112满足标准，在步骤116将控制传递给闭环控制***。在一个实施例中，开环控制***初始化闭环控制***以便使用。可以认为初始化是从使用开环控制***到使用闭环控制***的转换的一部分。
在步骤120，使用闭环控制***修改输入信号的特性并使与该特性相关联的放大器的非线性最小化。在一个实施例中，例如，闭环控制***修改输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小化。
在步骤124，确定是否满足继续使用闭环控制***的标准。在一些实施例中，通过考虑输入信号的所测量的属性来作出确定。例如，在一个实施例中，当输入信号的输入功率高于阈值电平时，在步骤120将继续使用闭环控制***。另一方面，在该实施例中，如果输入信号的输入功率低于阈值电平，则将不使用闭环控制***并执行步骤106。在其它实施例中，稳定模块可替换地或附加地使用其它标准来确定是否应当继续使用闭环控制***。例如，在一个特定实施例中，如以下进一步讨论的，在确定是否使用闭环控制时，除了输入信号的输入功率，还考虑放大器是否是活动的。
在步骤128，在图2所示的本发明的实施例中，更新开环控制参数。在实施例中，以下将参考图6详细描述，运行校准例程以更新开环控制***所用的查找表。在一个这种实施例中，校准例程基于闭环控制***的输出更新查找表。
图3描绘了根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器的稳定模块中所用的***300。***300包括第一控制模块304和第二控制模块308。在一个实施例中，第一控制模块304和第二控制模块308的每一个实现为软件程序。或者，在另一实施例中，第一控制模块304和/或第二控制模块308实现为一个或多个硬件设备。在一个实施例中，第一控制模块304使用开环控制例程，且第二控制模块使用闭环控制例程。在一个实施例中，硬件设备是专用集成电路(ASIC)。在另一实施例中，硬件设备是现场可编程门阵列(FPGA)。在其它实施例中，使用另一类型的硬件设备。
***300的第一控制模块308用于执行三个功能：
(a)接收表示稳定模块接收到的输入信号的第一信号312，(b)使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第二信号316，以及(c)发送能够用于将控制传递到第二控制模块308的第三信号320。***300的第二控制模块308用于使用闭环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第四信号324。
在一些实施例中，第一控制模块能够生成第二信号316以解决稳定模块引入的非线性，如以下进一步描述的。在一些实施例中，第二控制模块308能够生成第四信号324以解决稳定模块硬件引入的非线性，如以下进一步描述的。
在一些实施例中，第一控制模块304能够使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第二特性的第五信号336。在相关实施例中，第二控制模块308能够使用闭环控制例程生成能够用于修改输入信号的第二特性的第六信号340。
在一个实施例中，使用第一控制器376修改输入信号的第一特性。在另一实施例中，使用第二控制器380修改输入信号的第二特性。
在一些实施例中，输入信号的第一特性是输入信号的振幅，而输入信号的第二特性是输入信号的相位。在替换实施例中，输入信号的第一特性是输入信号的相位，而输入信号的第二特性是输入信号的振幅。
在一些实施例中，第一控制模块304包括转换逻辑模块332。在一些这种实施例中，转换逻辑模块332检查一个或多个标准并确定是否将使用开环控制例程。在一个这种实施例中，转换逻辑模块332能够确定放大器是否是活动的。在另一这种实施例中，转换逻辑模块332能够确定输入信号的输入功率328是否高于阈值电平。如果是，则第一控制模块304将使用开环控制例程生成能够用于修改输入信号的第一特性的第二信号316。在一些这种实施例中，转换逻辑模块332检查一个或多个标准并确定是否将控制传递到第二控制模块308。在一个这种实施例中，转换逻辑模块332能够确定第一控制模块304是否已经使用开环控制例程预定时段，其间输入信号的输入功率328高于阈值电平。如果是，则第一控制模块304将发送第三信号320至第二控制模块308。
在又一实施例中，第二控制模块308能够接收表示稳定模块接收到的输入信号的信号346以及一个或多个误差信号344和348。在一个这种实施例中，误差信号可表示稳定模块接收到的输入信号和表示放大器输出信号的反馈信号之间的振幅误差。在另一这种实施例中，误差信号可表示输入信号和反馈信号之间的相位误差。在一个实施例中，第二控制模块308调节一个或多个误差信号344和348，以补偿第一误差信号和/或第二误差信号中存在的非线性，如以下进一步描述的。
在一些实施例中，第二控制模块308包括转换逻辑模块356。在一些这种实施例中，转换逻辑模块356检查一个或多个标准并确定是否将使用闭环控制例程或者是否要经由连接352将控制传递到第一控制模块304。在一个这种实施例中，转换逻辑模块356能够确定放大器是否是活动的。在另一这种实施例中，转换逻辑模块332能够确定输入信号的输入功率328是否高于阈值电平。如果不是，则第二控制模块308将经由连接352将控制传递到第一控制模块304。
在另一实施例中，***300包括校准模块360。校准模块360可实现为软件程序并可使用校准例程。或者，在另一实施例中，校准模块360实现为硬件设备。在一个实施例中，硬件设备是ASIC。在另一实施例中，硬件设备是FPGA。在其它实施例中，使用另一类型的硬件设备。
在一个实施例中，校准模块360能够生成用于初始化由第二控制模块308使用的一个或多个滤波器的条目。第一控制模块304然后可经由连接364从校准模块360取回条目，并使用此条目用转换逻辑模块332初始化第二控制模块308中的一个或多个滤波器。
在另一实施例中，校准模块360能够生成表示输入信号的第一特性的修改量的第一值和表示输入信号的第二特性的修改量的第二值。第一控制模块304能够经由连接364从校准模块360取回第一值和第二值。第一控制模块304能够使用第一值生成第二信号316并使用第二值生成第五信号336。
在另一实施例中，校准模块360能够基于经由连接368从第二控制模块308接收到的输出更新第一值和第二值。在又一实施例中，控制模块360使用算法生成第一值和第二值以解决稳定模块硬件引入的至少一个非线性，如以下进一步描述的。在又一实施例中，校准模块360能经由连接372从第一控制模块304接收数据。
图4描绘了根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器404的稳定模块400。在所示的示例性实施例中，与放大器404电通信的稳定模块400包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
稳定模块400在前置放大器416处从外部源(如电源)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器424，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404是脉冲RF放大器。在另一实施例中，放大器404用于MRI***中。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器424。在一个实施例中，误差放大器包括用于放大第一样本420和反馈信号444的对数中频(LOG IF)放大器426。误差放大器424生成第一误差信号452和第二误差信号456。在一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的振幅误差。在另一实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的相位误差。
在一个实施例中，稳定模块400包括三个模数(A/D)转换器460。A/D转换器将表示输入信号412的第一信号464、第一误差信号452和第二误差信号456的数字化表示输入到处理器408。处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，处理器408包括第一控制模块304、第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器执行第一控制模块304以实现开环控制例程。在另一实施例中，处理器执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一实施例中，包括A/D转换器460、处理器408和D/A转换器468的数字控制***完全由模拟控制***替代。或者，数字控制***只是部分由模拟控制***替代。
在一个实施例中，当处理器408实现开环控制例程时，第一控制模块304生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在另一实施例中，当处理器实现闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
在一个实施例中，D/A转换器468将信号472和476的模拟表示分别输入到控制器432和436。在一个实施例中，第一控制器432使用第一信号472的模拟表示来修改输入信号的振幅，并从而使放大器404的振幅非线性最小化。在另一实施例中，第二控制器436使用第二信号476的模拟表示来修改输入信号的相位，并从而使放大器404的相位非线性最小化。如上所述，然后将经修改的输入信号440提供给放大器404。
图5描绘了软件例程500的一个实施例，它包括开环控制例程600和闭环控制例程700。在一个实施例中，第一控制模块304执行开环控制例程600。在另一实施例中，第二控制模块308执行闭环控制例程700。在一个实施例中，当稳定模块最初接收输入信号时(如当诸如电源的外部源最初开启时)，软件例程500默认使用开环控制例程600。
在步骤604，开环控制例程600提取稳定模块接收到的输入信号的输入功率。在步骤608，开环例程600然后通过确定放大器是否是活动的(启用的)以及输入信号的输入功率是否高于第一阈值，来确定是否满足使用开环控制例程600的标准。如果放大器是启用的且输入信号的输入功率高于第一阈值，则在步骤612开环控制例程600使开环计数器递增。
在步骤616，开环控制例程600输出能够用于修改输入信号的至少一个特性的至少一个信号。在一个实施例中，开环控制例程600输出两个信号，一个能够用于修改输入信号的振幅，一个能够用于修改输入信号的相位。在另一实施例中，开环控制例程600只输出上述两个信号中的一个。在一个实施例中，开环控制例程600使用校准例程创建的(例如如以下参考图6所讨论的)查找表来生成要输出的至少一个信号。这种实施例中的查找表可用输入信号的输入功率索引。基于在步骤604中提取的输入信号的输入功率，开环控制例程600查找对应的表值。该值例如可指示在步骤616中要由开环控制例程600输出的信号的电流或电压。开环控制例程600在步骤616输出这种信号。在另一实施例中，开环控制例程600使用校准例程创建的(例如如以下参考图6所讨论的)查找阵列来生成要输出的至少一个信号。这种实施例中的查找阵列可用输入信号的输入功率索引。基于在步骤604中提取的输入信号的输入功率，开环控制例程600查找对应的表条目。该条目例如可指示输入信号的振幅或相位的修改量。在这种实施例中，开环控制例程600运行闭环控制例程700在步骤720所运行的相同的算法，如下所述，以调节条目从而解决稳定模块的硬件引入的非线性。开环控制例程600然后使用经调节的条目来生成在步骤616输出的至少一个信号。
在根据图5的实施例中，开环控制例程600在步骤620通过将数据写入校准阵列来将数据输出到校准例程。在这种实施例中，开环控制例程600至少将开环模式标志输出到校准例程。在一个实施例中，开环控制例程600还将输入信号的输入功率输出到校准例程。在另一实施例中，开环控制例程600将开环计数器的值输出到校准例程。
在步骤624，开环控制例程600确定开环计数器是否大于第二阈值。如果是，开环控制例程600前进到步骤628。否则，开环控制例程600前进到步骤632，在步骤632，在开环控制例程600在步骤604再次提取输入信号的输入功率之前暂时延迟开环例程600执行。
步骤624的第二阈值和步骤632中存在的延迟确保在步骤628将控制传递到闭环控制例程700之前开环控制例程600执行最短的时段。因此，在软件例程500从开环例程600转换到闭环例程700之前，给予放大器一时段用于稳定(settle)。在一个实施例中，步骤624的第二阈值是可调的。在另一实施例中，步骤632中存在的延迟是可调的。
再次参考步骤608，如果放大器是不活动的或者输入信号的功率电平低于第一阈值，则开环控制例程前进到步骤636。在步骤636，开环控制例程600确定开环计数器是否大于0。如果不是，开环控制例程600前进到步骤632。如果是，开环控制例程600前进到步骤640。在步骤640，开环控制例程输出能够用于修改输入信号的至少一个特性的至少一个信号。在一个实施例中，这通过用查找表来完成，如以上参考步骤616所讨论的。
在低输入功率电平下，大多数放大器线性地运转。在一个实施例中，步骤608的第一阈值电平鉴于该事实来选择，即选择第一阈值电平使得放大器以低于所选第一阈值电平的输入功率电平线性地工作。用这种方式，只要输入信号的实际输入功率低于第一阈值，那么它将与在步骤640输出至少一个信号无关。因此，在输入信号的输入功率(不管其实际值为何)低于第一阈值的情况下，在步骤640可输出相同的至少一个信号。因此，步骤640只需要执行一次。为了确保这种情况，在步骤644清零开环计数器。
再次参考步骤628，在开环控制例程600确定它执行了其间输入信号的输入功率高于第一阈值电平的预定时段之后(即由于开环控制例程600总是从步骤608前进到步骤612，步骤604、608、612、616、620、624和632连续执行预定时段)，开环控制例程600将控制传递给闭环控制例程700。在一个实施例中，开环控制例程600在步骤628用校准例程生成的条目(例如如以下参考图6所描述的)来初始化闭环控制例程700在步骤716使用的滤波器。条目可对应于开环例程在步骤616最后输出的一个或多个信号。以这种方式，闭环控制例程以开环控制例程停止时所处的相同设置开始执行。在一个实施例中，条目表示增加或减少输入信号的振幅的量。在另一实施例中，条目表示移动输入信号的相位的量。在一个实施例中，校准模块将条目存储在例如一个或多个查找阵列中。这些阵列可用输入信号的输入功率索引。因此，基于在步骤604提取的输入信号的输入功率，开环控制例程600可查找并使用校准例程生成的对应条目以初始化闭环控制例程700的滤波器。
在开环控制例程600将控制传递给闭环控制例程700之后，在步骤732处有一延迟。在一个实施例中，步骤732中的延迟周期是可调节的。在步骤732的延迟之后，在步骤704闭环控制例程700可提取多个信号。在一个实施例中，这些信号包括输入信号的输入功率、输入信号和表示放大器输出信号的反馈信号之间的第一误差、以及输入信号和该反馈信号之间的第二误差。在一个这种实施例中，第一误差是输入信号和反馈信号之间的振幅误差，而第二误差是输入信号和反馈信号之间的相位误差。
在步骤708，闭环例程700确定是否满足使用闭环控制例程700的一个或多个标准。在一个实施例中，闭环控制例程700确定放大器是否是活动的(即启用的或开启的(unblanked))以及输入信号的输入功率是否高于阈值。如果满足标准，闭环控制例程700前进到步骤712。如果不是，软件例程500返回到开环控制例程600并在步骤604提取输入信号的输入功率。在一个实施例中，闭环控制例程700中所用的阈值小于开环控制例程600中所用的第一阈值，以虑及滞后电平并防止软件例程500在开环控制例程600和闭环控制例程700之间切换。如果第一阈值和闭环控制例程700中所用的阈值相等并且输入信号的输入功率围绕这些阈值轻微地变化，那么软件例程500将在开环控制例程600和闭环控制例程700之间切换。
本领域的技术人员很容易理解，稳定模块用来生成表示第一误差和/或第二误差的信号的硬件是不完美的。因此，硬件会超过或不到第一误差和/或第二误差的真值。事实上，对于输入信号的每个输入功率电平，硬件将引入相对第一误差和/或第二误差的真值的可预测偏差。因此，在一个实施例中，闭环控制例程在步骤712调节由稳定模块硬件在步骤704提供的第一误差和第二误差测量值。在一个实施例中，闭环控制例程700在步骤712使用由输入信号的输入功率电平索引的查找图表。对于每个输入功率电平，查找图表列出了第一误差和/或第二误差的真值的预期超量或欠量。通过将预期超量或欠量加入硬件提供的第一误差和/或第二误差测量值，闭环控制例程700因此得出第一误差和/或第二误差的真值。
一旦闭环控制例程700在步骤712已适当地调节了第一误差和/或第二误差，闭环控制例程在步骤716确定修改输入信号的至少一个特性的至少一个量。例如，在一个实施例中，闭环控制例程700确定两个量：一个修改输入信号的振幅，一个修改输入信号的相位。在另一实施例中，闭环控制例程700只确定上述两个量中的一个。在一个实施例中，如上所述，闭环控制例程700使用二阶滤波器，如A.J.Viterbi记载的，来确定至少一个量。或者，闭环控制例程700在步骤716可使用任何类型的滤波器，如比例积分滤波器和/或比例积分微分滤波器，来确定至少一个量。
在步骤724之前，一些实施例的闭环控制例程700在步骤720解决稳定模块硬件引入的非线性。在一个这种实施例中，闭环控制例程700运行算法来调节在步骤716确定的所需量。然后使用经调节的量来生成在步骤724输出的至少一个信号。实现该算法以选择经调节的量，使得在硬件非线性引起的任何失真之后，在步骤724输出的至少一个信号实际上表示在步骤716确定的所需量。以这种方式，算法补偿了稳定模块硬件的非线性。
在步骤724输出至少一个信号之后，在闭环控制例程返回到步骤704之前，在步骤732再次延迟闭环控制例程的执行。
在步骤728，闭环控制例程700通过将数据写入校准阵列来将数据输出到校准例程。例如，闭环控制例程700将输入信号的输入功率、第一误差、第二误差、步骤716确定的至少一个量和闭环模式标志输出到校准例程。
图6描绘了根据本发明示例性实施例的校准例程800的一个实施例。在一个实施例中，校准例程800是校准模块360执行的软件例程。在一个实施例中，当开环控制例程600和闭环控制例程700都空闲时，执行校准例程800。例如，在步骤632和/或732引入的延迟期间执行校准例程800。如下所述，校准例程800使开环控制例程600能够从闭环控制例程700学习，使得开环控制例程600的性能随时间改进。
在步骤804，校准例程800取回由开环控制例程600在步骤620和闭环控制例程700在步骤728先前写入校准阵列的数据。校准例程800然后在步骤808确定闭环控制例程700是否正在运行。例如，在一个实施例中，校准例程800检查闭环模式标志是否存在。如果不存在(即开环模式标志存在)，校准例程800在步骤812清零校准计数器，并前进以在步骤804从校准阵列取回更多的数据。如果闭环控制例程700正在运行，则校准例程800在步骤816递增校准计数器，并前进以处理数据。以该方式，校准例程800只处理由闭环控制例程700写入校准阵列的数据。
在步骤820，校准例程800确定校准计数器是否在下阈值和上阈值之间。如果不是，校准例程800返回步骤804以从校准阵列取回更多的数据。如果是，校准例程800在步骤824从校准阵列提取输入信号的输入功率以及第一误差和/或第二误差。通过在前进到步骤824前确保校准计数器大于下阈值，校准例程800确保它不处理由闭环控制例程700最初写入校准阵列的数据。相反，校准例程800确保处理在闭环控制例程700运行了一段时间之后(即当放大器更稳定时)由闭环控制例程700写入校准阵列的数据。类似地，通过在前进到步骤824前确保校准计数器小于上阈值，校准例程800确保它处理在闭环控制例程800开始附近(如在脉冲开始附近)由闭环控制例程700写入校准阵列的数据。
在步骤828，校准例程800确定第一误差和/或第二误差是否小于固定量。如果是，放大器已稳定且校准例程前进到步骤832。否则，校准例程800前进以在步骤804从校准阵列取回更多的数据。在步骤832，校准例程800从校准阵列提取由闭环控制例程700写入其中的量。
校准例程800在步骤836生成由开环控制例程600在步骤628用于初始化闭环控制例程700中的滤波器的条目。条目可用输入信号的输入功率索引并存储在查找阵列中。在一个实施例中，校准例程800使用加权滤波器来生成条目。校准例程800例如通过将所提取量的加权值添加到查找阵列中出现的特定输入功率电平处的先前条目的加权值，生成用于输入信号的特定输入功率的当前条目。
在步骤840，校准例程800使用在步骤836生成的条目来确定开环控制例程600在步骤616所用的值。通过这样做，校准例程800解决稳定模块硬件引入的非线性。例如，校准例程800运行闭环控制例程700在步骤720所运行的相同算法。由校准例程800生成的值存储在查找表中。
在步骤844，校准例程800将校准计数器设置为高于步骤820的上阈值。以这种方式，确保校准例程800每个脉冲只生成一次条目和值。
本发明可提供为在一个或多个制品上或中实施的一个或多个计算机可读程序。制品可以是软盘、音频、CD ROM、闪存卡、PROM、RAM、ROM或磁带。一般而言，计算机可读程序可以任何编程语言实现。可用的语言的一些示例包括C、C++或JAVA。软件程序可作为目标代码存储在一个或多个制品上或中。
图7A描绘了用于稳定MRI功率输送***(RF发射链/路径)910的稳定模块900。一般而言，稳定模块900将反馈回路从放大器404的RF输出耦合器(正向端口)(图4)移动到MRI***磁孔(bore)920的RF信号的采样。MRI功率输送***910包括但不限于放大器404、各种长度的RF电缆912、发射/接收(T/R)切换开关914、监控耦合器916和MRI***磁孔920。磁孔920包括多个主要或主体RF线圈922。在一个实施例中，稳定模块900包括但不限于处理器408、耦合器418、误差放大器424、第一和第二控制器432、436、A/D转换器460、D/A转换器468、电平和相位设置和RF混合组合器930，RF混合组合器930通过拾取线圈或天线932感测磁孔920中的电磁场强度。应当理解，可以有位于磁孔920中或其附近的从一个到多个的拾取线圈或天线932。RF混合组合器930的放置、其到448的连接、以及磁孔920中相关联的拾取线圈932允许***900实时校正RF发射路径910中所有组件中的增益和相位误差。这些误差可由温度、电压驻波比(VSWR)、病人大小、机械移动和电学非线性引起，但不限于这些因素，这些因素可随时间改变RF路径。
在所示的示例性实施例中，与MRI功率输送***910电通信的稳定模块900包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
如同图4的稳定模块400，稳定模块900在前置放大器416处从外部源(如信号发生器)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器424，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404用于MRI功率输送***910中。表示RF混合耦合器930的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器424。在一个实施例中，误差放大器424包括用于放大第一样本420和反馈信号444的对数中频(LOG IF)放大器426。误差放大器424生成第一误差信号452和第二误差信号456。在一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的振幅误差。在另一实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的相位误差。
在一个实施例中，稳定模块900包括三个模数(A/D)转换器460。A/D转换器460将表示输入信号412的第一信号464、第一误差信号452和第二误差信号456的数字化表示输入到处理器408。处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，如图3所示，处理器408使用第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器408执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一实施例中，包括A/D转换器460、处理器408和D/A转换器468的数字控制***完全由模拟控制***替代。或者，数字控制***只是部分由模拟控制***替代。
在一个实施例中，当处理器408实现开环和闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
图7B描绘了用于稳定MRI功率输送***(RF发射链/通路)910的稳定模块900’的另一实施例。一般而言，稳定模块900’添加附加或次反馈回路，它被加到主回路的误差放大器424(图4)，从而引起主回路中的“偏置”以补偿MRI功率输送***(RF发射链/路径)910的RF路径中的损耗/偏移。MRI功率输送***910包括但不限于放大器404、各种长度的RF电缆912、发射/接收(T/R)切换开关914、监控耦合器916和MRI***磁孔920。磁孔920包括多个主要或主体RF线圈922。在一个实施例中，稳定模块900包括但不限于处理器408、耦合器418、第一和第二误差放大器424、424’、第一和第二控制器432、436、A/D转换器460、D/A转换器468、电平和相位设置和RF混合组合器930，RF混合组合器930通过拾取线圈或天线932感测磁孔920中的电磁场强度。应当理解，可以有位于磁孔920中或其附近的从一个到多个的拾取线圈或天线932。RF混合组合器930的放置、以及磁孔920中相关联的拾取线圈932允许***900’实时校正RF发射路径910中所有组件中的增益和相位误差。这些误差可由温度、电压驻波比(VSWR)、病人大小、机械移动和电学非线性引起，但不限于这些因素，这些因素可随时间改变RF路径。
在所示的示例性实施例中，与MRI功率输送***910电通信的稳定模块900’包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
如同图4的稳定模块400，稳定模块900’在前置放大器416处从外部源(如信号发生器)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器424，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404用于MRI功率输送***910中。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器424。输入信号420(也是936)和表示RF混合耦合器930的输出信号934输入到第二误差放大器424’。输出信号452’和456’被加到处理器408中主回路的误差放大器424(图4)。在一个实施例中，误差放大器(424、424’)包括用于放大第一样本420和各个反馈信号(444、934)的对数中频(LOG IF)放大器426。误差放大器424生成第一误差信号452和第二误差信号456。在一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和经求和的反馈信号之间的振幅误差。在另一实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和经求和的反馈信号之间的相位误差。
在一个实施例中，稳定模块900’包括三个模数(A/D)转换器460。A/D转换器460将表示输入信号412的第一信号464、第一误差信号452和第二误差信号456的数字化表示输入到处理器408。处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，如图3所示，处理器408使用第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器408执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一实施例中，包括A/D转换器460、处理器408和D/A转换器468的数字控制***完全由模拟控制***替代。或者，数字控制***只是部分由模拟控制***替代。
在一个实施例中，当处理器408实现闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
图8描绘了根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器404的稳定模块400。在所示的示例性实施例中，与放大器404电通信的稳定模块400包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
稳定模块400在前置放大器416处从外部源(如电源)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器424，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一些实施例中，稳定模块不包括误差放大器424，但是作为替代，误差放大器的功能以软件用例如解调函数实现(如对数函数或除法运算)。
在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在某些放大器***中，在放大器的输出端口处包括隔离器(如RF隔离器)是有利的，隔离器用于隔离(或保护)放大器免于可能进入放大器输出端口的信号(如高功率信号)。例如，在多信道放大器***中，一个放大器***产生的电磁能量可能令人不快地导向第二放大器***的输出端口。第一放大器***的电磁能量能够产生第二放大器***中的操作误差，或者在某些情况下，损坏第二放大器***。因此，在某些情况下，将隔离器置于放大器***的输出端口以保护放大器。典型的RF隔离器是具有输入端口、输出端口和负载端口的三端口器件。RF流的正常方向是流入输入端口、经隔离器、并从输出端口流出。进入输出端口的任何RF信号被导向为经隔离器到负载端口，在负载端口作为虚负载中的热被消散。
隔离器操作特性在操作期间以及在不同使用之间变化。因此，在放大器***的输出放置隔离器使得放大器***难以一致地操作。在某些情况下，操作员使用大的昂贵的隔离器来减小隔离器操作特性所经历的变化的影响。因此，本发明的一些目的是稳定安装在放大器***的输出之后的隔离器的RF增益路径，稳定安装在放大器之后的隔离器的RF相位路径，并减小生成所需性能等级所需的隔离器的物理尺寸。
在该实施例中，放大器404包括放大器模块804和用于控制放大器模块804的操作的***控制器808。放大器模块804的输出提供给隔离器模块812。隔离器模块812的输出提供给RF输出耦合器816(如RF带状线RF耦合器)。RF输出耦合器的一个输出是RF输出信号820。在一个实施例中，RF输出信号820经由RF电缆提供给发射/接收切换开关(如图7B中的发射/接收切换开关914)。RF输出耦合器816的第二输出是作为误差放大器424的输入的信号448。由于隔离器位于放大器***的控制回路内中，所以放大器***的操作解决隔离器操作特性变化的影响。发明人所用的示例性隔离器是UTE微波(Asbury，NJ)CT-1783-S型隔离器和CT-1782-N型隔离器。
单个定向耦合器的基本配置示出四分之一波长长度上的两个平行传输线，该波长对应于耦合器操作的中心频率。主线和辅线以经计算的物理距离相分离，该距离确定器件的耦合因子。线在物理上彼此越接近，辅线上将引入更多的功率(因此耦合器输出更多)。术语“耦合”表示多少输入功率被采样到耦合端口，并被定义为入射功率与正向功率之比的10倍(C＝10 log10(Pf/Pi)。实践中发现的典型耦合值是3、6、10、20、30、40和50dB；然而，实际上通过合适的设计可获得任何耦合值。发明人所用的示例性RF输出耦合器是具有60dB耦合因子的带状线耦合器。在一些实施例中，输出耦合器是四分之一波长耦合器，或缩短耦合器(如小于四分之一)。在一些实施例中，输出耦合器是磁性或集总元件设计输出耦合器。
在一个实施例中，放大器404是脉冲RF放大器。在另一实施例中，放大器404用于MRI***中。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器424。在一个实施例中，误差放大器包括用于放大第一样本420和反馈信号444的对数中频(LOG IF)放大器426。误差放大器424生成第一误差信号452和第二误差信号456。在一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的振幅误差。在另一实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的相位误差。
在一个实施例中，稳定模块400包括三个模数(A/D)转换器460。A/D转换器将表示第一信号412的第一信号464、第一误差信号452和第二误差信号456的数字化表示输入到处理器408。处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，处理器408包括第一控制模块304、第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器执行第一控制模块304以实现开环控制例程。在另一实施例中，处理器执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一实施例中，包括A/D转换器460、处理器408和D/A转换器468的数字控制***完全由模拟控制***替代。或者，数字控制***只是部分由模拟控制***替代。
在一个实施例中，当处理器408实现开环控制例程时，第一控制模块304生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在另一实施例中，当处理器实现闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
在一个实施例中，D/A转换器468将信号472和476的模拟表示分别输入到控制器432和436。在一个实施例中，第一控制器432使用第一信号472的模拟表示来修改输入信号的振幅，并从而使放大器404的振幅非线性最小化。在另一实施例中，第二控制器436使用第二信号476的模拟表示来修改输入信号的相位，并从而使放大器404的相位非线性最小化。如上所述，然后将经修改的输入信号440提供给放大器404。
图9A描绘了用于稳定MRI功率输送***(RF发射链/通路)910的稳定模块900。一般而言，稳定模块900将反馈回路从放大器404的RF输出耦合器(正向端口)(图4)移动到MRI***磁孔920的RF信号的采样。MRI功率输送***910包括但不限于放大器404、各种长度的RF电缆912、发射/接收(T/R)切换开关914、监控耦合器916和MRI***磁孔920。磁孔920包括多个主要或主体RF线圈922。
在某些放大器***中，在放大器的输出端口处包括隔离器(如RF隔离器)是有利的，隔离器用于隔离(或保护)放大器免于可能进入放大器输出端口的信号(如高功率信号)。在该实施例中，放大器404包括放大器模块904和用于控制放大器模块908的操作的***控制器904。放大器模块904的输出提供给隔离器模块912。隔离器模块912的输出提供给RF输出耦合器916(如RF带状线RF耦合器)。RF输出耦合器的一个输出是RF输出信号920。RF输出信号920经由RF电缆912提供给发射/接收切换开关914。由于隔离器位于放大器***的控制回路内中，所以放大器***的操作解决隔离器操作特性变化的影响。
在一个实施例中，稳定模块900包括但不限于处理器408、耦合器418、误差放大器424、第一和第二控制器432、436、A/D转换器460、D/A转换器468、电平和相位设置和RF混合组合器930，RF混合组合器930通过拾取线圈或天线932感测磁孔920中的电磁场强度。应当理解，可以有位于磁孔920中或其附近的从一个到多个的拾取线圈或天线932。RF混合组合器930的放置、其到448的连接、以及磁孔920中相关联的拾取线圈932允许***900实时校正RF发射路径910中所有组件中的增益和相位误差。这些误差可由温度、电压驻波比(VSWR)、病人大小、机械移动和电学非线性引起，但不限于这些因素，这些因素可随时间改变RF路径。
在所示的示例性实施例中，与MRI功率输送***910电通信的稳定模块900包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
如同图4的稳定模块400，稳定模块900在前置放大器416处从外部源(如信号发生器)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器424，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一些实施例中，稳定模块不包括误差放大器424，但是作为替代，误差放大器的功能以软件用例如解调函数实现(如对数函数或除法运算)。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404用于MRI功率输送***910中。表示RF混合耦合器930的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器424。在一个实施例中，误差放大器424包括用于放大第一样本420和反馈信号444的对数中频(LOG IF)放大器426。误差放大器424生成第一误差信号452和第二误差信号456。在一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的振幅误差。在另一实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412和反馈信号444之间的相位误差。
在一个实施例中，稳定模块900包括三个模数(A/D)转换器460。A/D转换器460将表示输入信号412的第一信号464、第一误差信号452和第二误差信号456的数字化表示输入到处理器408。处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，如图3所示，处理器408使用第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器408执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一实施例中，包括A/D转换器460、处理器408和D/A转换器468的数字控制***完全由模拟控制***替代。或者，数字控制***只是部分由模拟控制***替代。
在一个实施例中，当处理器408实现开环和闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
图10描绘了根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器404的稳定模块400。在所示的示例性实施例中，与放大器404电通信的稳定模块400包括硬件和软件的组合。软件在位于控制模块1004中的处理器上运行。
稳定模块400在前置放大器416处从外部源(如电源)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器424，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在该实施例中，放大器404包括放大器模块1004和用于控制放大器模块1004的操作的***控制器1008。放大器模块1004的输出提供给第一RF输出耦合器1012。RF输出耦合器1012的输出提供给隔离器模块1016的输入。RF输出耦合器1012的第二输出是作为***控制器1032的输入的信号448。隔离器模块1016的输出提供给第二RF输出耦合器1020(如RF带状线RF耦合器)。RF输出耦合器的一个输出是RF输出信号1024。在一个实施例中，RF输出信号1024经由RF电缆提供给发射/接收切换开关(如图7B中的发射/接收切换开关914)。RF输出耦合器1020的第二输出是作为***控制器1032的输入的信号1028。由于隔离器1016位于放大器***的控制回路内中，所以放大器***的操作解决隔离器操作特性变化的影响。
反馈信号448和1028输入到***控制器1004。在一个实施例中，***控制器1032包括对第一采样和反馈信息求差的误差放大器。在一些实施例中，误差放大器以硬件实现并包括用于放大第一样本420和反馈信号448和1028的对数中频(LOG IF)放大器。或者，在其它实施例中，误差放大器以软件用诸如对数函数或除法运算的解调函数实现。***控制器1004将信号提供给控制器432和436。在一个实施例中，第一控制器432修改输入信号的振幅并使放大器404的振幅非线性最小化。第二控制器436修改输入信号的相位并使放大器404的相位非线性最小化。如上所述，然后将经修改的输入信号440提供给放大器404。
图11A描绘了用于稳定MRI功率输送***(RF发射链/通路)910的稳定模块900。一般而言，稳定模块900将反馈回路从放大器404的RF输出耦合器(正向端口)(图4)移动到MRI***磁孔920的RF信号的采样。MRI功率输送***910包括但不限于放大器404、各种长度的RF电缆912、发射/接收(T/R)切换开关914、监控耦合器916和MRI***磁孔920。磁孔920包括多个主要或主体RF线圈922。在一个实施例中，稳定模块900包括但不限于处理器408、耦合器418、误差放大器1100、第一和第二控制器432、436、D/A转换器468、电平和相位设置模块1150和1154、以及RF混合组合器930，RF混合组合器930通过拾取线圈或天线932感测磁孔920中的电磁场强度。应当理解，可以有位于磁孔920中或其附近的从一个到多个的拾取线圈或天线932。RF混合组合器930的放置、其到448的连接、以及磁孔920中相关联的拾取线圈932允许***900实时校正RF发射路径910中所有组件中的增益和相位误差。这些误差可由温度、电压驻波比(VSWR)、病人大小、机械移动和电学非线性引起，但不限于这些因素，这些因素可随时间改变RF路径。
在所示的示例性实施例中，与MRI功率输送***910电通信的稳定模块900包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
如同图4的稳定模块400，稳定模块900在前置放大器416处从外部源(如信号发生器)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器1100，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404用于MRI功率输送***910中。表示RF混合耦合器930的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器1100。电平设置F模块1150和相位设置模块1154用于初始调节来自MRI线圈的反馈信号的增益和相位。在一些实施例中，由操作员手动地完成调节。也可通过对回路误差积分并使用控制回路(如慢带宽回路)将误差信号保持为集中在期望操作范围内，来完成调节。在该实施例中，误差放大器1100使用软件定义的接收机来实现。误差放大器1100接收定向耦合器418中测量的RF参考信号420。使用模数转换器(ADC)1104处理参考信号420，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特(Hilbert)变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)参考信号420，以从提供给误差放大器1100的数据流(如串行或并行)中获得I/Q数据。放大器1100然后计算参考信号420的大小(RF参考大小1120)和相位。误差放大器1100还接收RF反馈信号444。使用模数转换器(ADC)1104处理RF反馈信号444，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)RF反馈信号444，以从提供给误差放大器1100的数据流中获得I/Q数据。I/Q数据是正弦波的大小(I)和相位(Q)的改变。放大器1100然后计算RF反馈信号444的大小和相位。
误差放大器1100通过计算参考信号420的大小与RF反馈信号444的大小之差来计算增益误差1112。误差放大器1100通过计算参考信号420的相位与RF反馈信号444的相位之差来计算相位误差1116。增益误差1112、相位误差1116和RF参考大小(magnitude)1120提供给处理器408。
处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，处理器408使用第二控制模块308和校准模块360(如图3所示)。在一个实施例中，处理器408执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。
在一个实施例中，当处理器408实现开环和闭环控制例程时，第二控制模块308(图3)生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
图11B描绘了用于稳定MRI功率输送***(RF发射链/通路)910的稳定模块900’的另一实施例。一般而言，稳定模块900’添加附加或次反馈回路，它被加到主回路的误差放大器1100，从而引起主回路中的“偏置”以补偿MRI功率输送***(RF发射链/路径)910的RF路径中的损耗/偏移。MRI功率输送***910包括但不限于放大器404、各种长度的RF电缆912、发射/接收(T/R)切换开关914、监控耦合器916和MRI***磁孔920。磁孔920包括多个主要或主体RF线圈922。在一个实施例中，稳定模块900’包括但不限于处理器408、耦合器418、第一和第二误差放大器1100、1100’、第一和第二控制器432、436、电平和相位设置模块1150和1154、以及RF混合组合器930，RF混合组合器930通过拾取线圈或天线932感测磁孔920中的电磁场强度。应当理解，可以有位于磁孔920中或其附近的从一个到多个的拾取线圈或天线932。RF混合组合器930的放置、以及磁孔920中相关联的拾取线圈932允许***900’实时校正RF发射路径910中所有组件中的增益和相位误差。这些误差可由温度、电压驻波比(VSWR)、病人大小、机械移动和电学非线性引起，但不限于这些因素，这些因素可随时间改变RF路径。
在所示的示例性实施例中，与MRI功率输送***910电通信的稳定模块900’包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
如同图4的稳定模块400，稳定模块900’在前置放大器416处从外部源(如信号发生器)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器1100，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404用于MRI功率输送***910中。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器1100。电平设置F模块1150和相位设置模块1154用于初始调节来自MRI线圈的反馈信号的增益和相位。在一些实施例中，由操作员手动地完成调节。也可通过对回路误差积分并使用控制回路(如慢带宽回路)将误差信号保持为集中在期望操作范围内，来完成调节。输入信号420(也是936)和表示RF混合耦合器930的输出信号934输入到第二误差放大器1100’。输出信号1130和1134被加到处理器408中主回路的误差放大器1100。在该实施例中，误差放大器1100(图11C)使用软件定义的接收机来实现。误差放大器1100接收定向耦合器418中测量的RF参考信号420。使用模数转换器(ADC)1104处理参考信号420，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)参考信号420，以从提供给误差放大器1100的数据流(如串行或并行)中获得I/Q数据。放大器1100然后计算参考信号420的大小(RF参考大小1120)和相位。误差放大器1100还接收RF反馈信号444。使用模数转换器(ADC)1104处理RF反馈信号444，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)RF反馈信号444，以从提供给误差放大器1100的数据流中获得I/Q数据。放大器1100然后计算RF反馈信号444的大小和相位。
误差放大器1100通过计算参考信号420的大小与RF反馈信号444的大小之差来计算增益误差1112。误差放大器1100通过计算参考信号420的相位与RF反馈信号444的相位之差来计算相位误差1116。增益误差1112、相位误差1116和RF参考大小1120提供给处理器408。
在该实施例中，误差放大器1100’(图11D)使用软件定义的接收机来实现。输入信号420(也是936)和表示RF混合耦合器930的输出信号934输入到第二误差放大器1100’。使用模数转换器(ADC)1104处理输入信号936，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)输入信号936，以从提供给误差放大器1100’的数据流(如串行或并行)中获得I/Q数据。放大器1100’然后计算输入信号936的大小和相位。误差放大器1100’还接收表示RF混合耦合器930的输出信号934。使用模数转换器(ADC)1104处理输出信号934，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)输出信号934，以从提供给误差放大器1100’的数据流中获得I/Q数据。放大器1100’然后计算RF反馈信号444的大小和相位。
误差放大器1100’通过计算输出信号934的大小与输入信号936的大小之差来计算增益误差1130。误差放大器1100’通过计算输出信号934的相位与输入信号936的相位之差来计算相位误差1134。增益误差1130和相位误差1134提供给处理器408。
处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，如图3所示，处理器408使用第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器408执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。
在一个实施例中，当处理器408实现闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
图12描绘了根据本发明示例性实施例的用于稳定放大器404的稳定模块400。在所示的示例性实施例中，与放大器404电通信的稳定模块400包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
稳定模块400在前置放大器416处从外部源(如电源)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器1100，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一些实施例中，稳定模块不包括误差放大器1100，但是作为替代，误差放大器的功能以软件用例如解调函数实现(如对数函数或除法运算)。
在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在某些放大器***中，在放大器的输出端口处包括隔离器(如RF隔离器)是有利的，隔离器用于隔离(或保护)放大器免于可能进入放大器输出端口的信号(如高功率信号)。例如，在多信道放大器***中，一个放大器***产生的电磁能量可能令人不快地导向第二放大器***的输出端口。第一放大器***中的电磁能量能够产生第二放大器***中的操作误差，或者在某些情况下，损坏第二放大器***。因此，在某些情况下，将隔离器置于放大器***的输出端口以保护放大器。典型的RF隔离器是具有输入端口、输出端口和负载端口的三端口器件。RF流的正常方向是流入输入端口、经隔离器、并从输出端口流出。进入输出端口的任何RF信号被导向为经隔离器到负载端口，在负载端口作为虚负载中的热被消散。
隔离器操作特性在操作期间以及在不同使用之间变化。因此，在放大器***的输出放置隔离器使得放大器***难以一致地操作。在某些情况下，操作员使用大的昂贵的隔离器来减小隔离器操作特性所经历的变化的影响。因此，本发明的一些目的是稳定安装在放大器***的输出之后的隔离器的RF增益路径，稳定安装在放大器之后的隔离器的RF相位路径，并减小生成所需性能等级所需的隔离器的物理尺寸。
在该实施例中，放大器404包括放大器模块804和用于控制放大器模块804的操作的***控制器808。放大器模块804的输出提供给隔离器模块812。隔离器模块812的输出提供给RF输出耦合器816(如RF带状线RF耦合器)。RF输出耦合器的一个输出是RF输出信号820。在一个实施例中，RF输出信号820经由RF电缆提供给发射/接收切换开关(如图7B中的发射/接收切换开关914)。RF输出耦合器816的第二输出是作为误差放大器1100的输入的信号448。由于隔离器位于放大器***的控制回路内中，所以放大器***的操作解决隔离器操作特性变化的影响。发明人所用的示例性隔离器是UTE微波(Asbury，NJ)CT-1783-S型隔离器和CT-1782-N型隔离器。
单个定向耦合器的基本配置示出四分之一波长长度上的两个平行传输线，该波长对应于耦合器操作的中心频率。主线和辅线以经计算的物理距离相分离，该距离确定器件的耦合因子。线在物理上彼此越接近，辅线上将引入更多的功率(因此耦合器输出更多)。术语“耦合”表示多少输入功率被采样到耦合端口，并被定义为入射功率与正向功率之比的10倍(C＝10 log10(Pf/Pi)。实践中发现的典型耦合值是3、6、10、20、30、40和50dB；然而，实际上通过合适的设计可获得任何耦合值。发明人所用的示例性RF输出耦合器是具有60dB耦合因子的带状线耦合器。在一些实施例中，输出耦合器是四分之一波长耦合器，或缩短耦合器(如小于四分之一)。在一些实施例中，输出耦合器是磁性或集总元件设计输出耦合器。
在一个实施例中，放大器404是脉冲RF放大器。在另一实施例中，放大器404用于MRI***中。在该实施例中，误差放大器1100使用软件定义的接收机来实现。误差放大器1100接收定向耦合器418中测量的RF参考信号420。使用模数转换器(ADC)1104处理参考信号420，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)参考信号420，以从提供给误差放大器1100的数据流(如串行或并行)中获得I/Q数据。放大器1100然后计算参考信号420的大小(RF参考大小1120)和相位。误差放大器1100还接收RF反馈信号444。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器1100。电平设置F模块1150和相位设置模块1154用于初始调节来自MRI线圈的反馈信号的增益和相位。在一些实施例中，由操作员手动地完成调节。也可通过对回路误差积分并使用控制回路(如慢带宽回路)将误差信号保持为集中在期望操作范围内，来完成调节。使用模数转换器(ADC)1104处理RF反馈信号444，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)RF反馈信号444，以从提供给误差放大器1100的数据流中获得I/Q数据。放大器1100然后计算RF反馈信号444的大小和相位。
误差放大器1100通过计算参考信号420的大小与RF反馈信号444的大小之差来计算增益误差1112。误差放大器1100通过计算参考信号420的相位与RF反馈信号444的相位之差来计算相位误差1116。增益误差1112、相位误差1116和RF参考大小1120提供给处理器408。
处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，处理器408包括第一控制模块304、第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器执行第一控制模块304以实现开环控制例程。在另一实施例中，处理器执行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一实施例中，包括处理器408和D/A转换器468的数字控制***完全由模拟控制***替代。或者，数字控制***只是部分由模拟控制***替代。
在一个实施例中，当处理器408实现开环控制例程时，第一控制模块304生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在另一实施例中，当处理器实现闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
在一个实施例中，D/A转换器468将信号472和476的模拟表示分别输入到控制器432和436。在一个实施例中，第一控制器432使用第一信号472的模拟表示来修改输入信号的振幅，并从而使放大器404的振幅非线性最小化。在另一实施例中，第二控制器436使用第二信号476的模拟表示来修改输入信号的相位，并从而使放大器404的相位非线性最小化。如上所述，然后将经修改的输入信号440提供给放大器404。
图13A描绘了用于稳定MRI功率输送***(RF发射链/通路)910的稳定模块900。一般而言，稳定模块900将反馈回路从放大器404的RF输出耦合器(正向端口)(图4)移动到MRI***磁孔920的RF信号的采样。MRI功率输送***910包括但不限于放大器404、各种长度的RF电缆912、发射/接收(T/R)切换开关914、监控耦合器916和MRI***磁孔920。磁孔910包括多个主要或主体RF线圈922。
在某些放大器***中，在放大器的输出端口处包括隔离器(如RF隔离器)是有利的，隔离器用于隔离(或保护)放大器免于可能进入放大器输出端口的信号(如高功率信号)。在该实施例中，放大器404包括放大器模块904和用于控制放大器模块908的操作的***控制器904。放大器模块904的输出提供给隔离器模块912。隔离器模块912的输出提供给RF输出耦合器916(如RF带状线RF耦合器)。RF输出耦合器的一个输出是RF输出信号920。RF输出信号920经由RF电缆912提供给发射/接收切换开关914。由于隔离器位于放大器***的控制回路内中，所以放大器***的操作解决隔离器操作特性变化的影响。
在一个实施例中，稳定模块900包括但不限于处理器408、耦合器418、误差放大器1100、第一和第二控制器432、436、D/A转换器468、电平和相位设置模块(1150和1154)、以及RF混合组合器930，RF混合组合器930通过拾取线圈或天线932感测磁孔920中的电磁场强度。应当理解，可以有位于磁孔920中或其附近的从一个到多个的拾取线圈或天线932。RF混合组合器930的放置、其到448的连接、以及磁孔920中相关联的拾取线圈932允许***900实时校正RF发射路径910中所有组件中的增益和相位误差。这些误差可由温度、电压驻波比(VSWR)、病人大小、机械移动和电学非线性引起，但不限于这些因素，这些因素可随时间改变RF路径。
在所示的示例性实施例中，与MRI功率输送***910电通信的稳定模块900包括硬件和软件的组合。软件在处理器408上运行。
如同图4的稳定模块400，稳定模块900在前置放大器416处从外部源(如信号发生器)接收输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。定向耦合器418然后采样被前置放大的输入信号412。第一样本420输入到误差放大器1100，而第二样本428输入到第一控制器432和第二控制器436。在一些实施例中，稳定模块不包括误差放大器1100，但是作为替代，误差放大器的功能以软件用例如解调函数实现(如对数函数或除法运算)。在一个实施例中，第一控制器432是用于修改输入信号412的振幅的增益控制器。在另一实施例中，第二控制器436是用于修改输入信号412的相位的移相器。如下所述，经修改的输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。
在一个实施例中，放大器404用于MRI功率输送***910中。表示RF混合耦合器930的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器424。在该实施例中，误差放大器1100使用软件定义的接收机来实现。误差放大器1100接收定向耦合器418中测量的RF参考信号420。使用模数转换器(ADC)1104处理参考信号420，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)参考信号420，以从提供给误差放大器1100的数据流(如串行或并行)中获得I/Q数据。放大器1100然后计算参考信号420的大小(RF参考大小1120)和相位。误差放大器1100还接收RF反馈信号444。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也输入到误差放大器1100。电平设置F模块1150和相位设置模块1154用于初始调节来自MRI线圈的反馈信号的增益和相位。在一些实施例中，由操作员手动地完成调节。也可通过对回路误差积分并使用控制回路(如慢带宽回路)将误差信号保持为集中在期望操作范围内，来完成调节。使用模数转换器(ADC)1104处理RF反馈信号444，并将其提供给变换框1108。变换框1108变换(例如使用希耳伯特变换、快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶变换(DT)或其它合适的变换方法)RF反馈信号444，以从提供给误差放大器1100的数据流中获得I/Q数据。放大器1100然后计算RF反馈信号444的大小和相位。
误差放大器1100通过计算参考信号420的大小与RF反馈信号444的大小之差来计算增益误差1112。误差放大器1100通过计算参考信号420的相位与RF反馈信号444的相位之差来计算相位误差1116。增益误差1112、相位误差1116和RF参考大小1120提供给处理器408。
在一个实施例中，当处理器408实现开环和闭环控制例程时，第二控制模块308生成能够用于修改输入信号412的第一特性的第一信号472和能够用于修改输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号412的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。
以上描述了本发明的某些实施例。然而，要清楚注意到本发明不限于这些实施例，而是意图在于对本文中所清楚描述内容的添加和修改也包括在本发明的范围内。此外，要理解本文所描述的各种实施例的特征并不相互排斥而是可以各种组合和排列存在，即使这些组合或排列未在本文中描述，也不脱离本发明的精神和范围。实际上，对本领域的技术人员可发生本文所述内容的变化、修改和其它实现，而不脱离本发明的精神和范围。如此，本发明不是只由上述示例性描述限定。

Claims (6)

1.一种用于稳定MRI功率输送***的稳定模块，包括：
稳定模块，其包括用于分析所述MRI功率输送***的至少一个反馈信号的闭环控制例程，其中所述MRI功率输送***包括RF隔离器；
其中所述稳定模块用所述闭环控制例程修改输入信号的至少一个特性，并将经修改的输入信号提供给所述MRI功率输送***。
2.如权利要求1所述的稳定模块，其特征在于，包括放大器模块和RF输出耦合器，其中所述RF隔离器电耦合至所述放大器模块的输出和所述RF输出耦合器的输入。
3.如权利要求2所述的稳定模块，其特征在于，所述RF输出耦合器输出提供给误差放大器的RF信号，其中所述误差放大器输出RF大小和相位信号至处理器，其中所述处理器输出控制信号至实现所述闭环控制例程的一个或多个控制模块。
4.一种用于MRI设备的功率输送***，包括：
MRI功率输送***，其包括RF隔离器；以及
稳定模块，其包括用于分析所述MRI功率输送***的至少一个反馈信号的闭环控制例程，其中所述稳定模块用所述闭环控制例程修改输入信号的至少一个特性，并将经修改的输入信号提供给所述MRI功率输送***。
5.如权利要求4所述的功率输送***，其特征在于，包括放大器模块和RF输出耦合器，其中所述RF隔离器电耦合至所述放大器模块的输出和所述RF输出耦合器的输入。
6.如权利要求5所述的功率输送***，其特征在于，所述RF输出耦合器输出提供给误差放大器的RF信号，其中所述误差放大器输出RF大小和相位信号至处理器，其中所述处理器输出控制信号至实现所述闭环控制例程的一个或多个控制模块。
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