CN103750839A - 基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振成像领域，其公开了一种基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***，在满足扫描需求的同时减少线圈单元的输出通道，降低成本、节约空间。本发明采用切换对的连接方式，将任意临床上不可能同时应用的线圈单元共用一根***线缆，通过***控制单元的切换信号控制，在同一时刻只选择扫描视野范围内的线圈单元工作，使与之对应的扫面视野范围外的切换线圈单元失谐，从而完成整个大范围的阵列线圈扫描应用，从而在满足扫描需求的同时减少线圈单元的输出通道，从而降低成本，也节约了空间；此外，由于线圈信号接收过程中不需要进行信号合成，不会造成图像的信噪比的损失和成像速度的降低。本发明有利于全身成像技术的便利实现，适用于所有大覆盖范围的阵列线圈，特别是脊柱线圈、大血管线圈和大的腹部线圈的扫描成像。

Description

基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***

技术领域

本发明涉及磁共振成像领域，特别涉及一种基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***。

背景技术

随着磁共振（MR）成像技术的飞速发展，在磁共振成像技术中必不可少的射频线圈技术也获得了很大的进步。作为接收线圈的相控阵表面线圈更是广泛的用于人体各个部位的扫描，如腹部，脊柱等。对于某一特定线圈，在图像扫描视野（FOV）一定的情况下，线圈单元的通道数越多，扫描时间也越短。随着对图像质量要求的提高，以及全身成像的需求，相控阵表面线圈的单元数越来越多，这就要求射频线圈的输出线缆通道增加以及相应的病床插座所含射频通道也相应增加，同时病床内部的射频信号传输线缆也必然增加。由于成本的限制以及病床内空间的限制，这种要求往往很难达到。

目前，线圈接收到的信号到谱仪进行信号处理的过程有两种方式：

第一种方式是：线圈接收到的信号经过前置放大器放大后，经过线圈线缆和病床内部传输线缆进入***控制单元后再进入谱仪进行信号的处理。

第二种方式是：由于线圈输出和病床传输线缆总数目的限制和谱仪通道数的限制，将2个或2个以上的线圈单元接收到的信号合成一路信号之后，再输出到病床内部传输线缆和***控制单元，最后进入谱仪进行信号的处理。

上述两种对线圈信号的接收处理方式存在以下缺陷：

对于第一种方式，只适用于所有线圈的单元数小于或等于病床传输线缆的数目时，当使用的线圈单元数大于病床传输***的线缆数目时，这种方式不能够满足扫描需求。

对于第二种方式，虽然解决了线圈单元数大于输出通道和病床传输通道数问题，但是会使得在相同的成像范围（FOV）内，合成通道图像的信噪比低于这几个通道未合成时图像的信噪比，并且会造成并行成像速度的降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***，在满足扫描需求的同时减少线圈单元的输出通道，降低成本、节约空间。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***，包括***控制单元、m个线圈单元、n个接收通道，所述m、n均为正整数，且2n≥m＞n；所述m个线圈单元中至少有一部分线圈单元以切换对的方式通过接收通道输出并连接至对应***控制单元；每个所述切换对占用两个接收通道，其中，所述切换对包括：第一线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第二线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第三线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第四线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；所述第一线圈单元和第三线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述两个接收通道中的第一个通道；所述第二线圈单元和第四线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述两个接收通道中的第二个通道；所述第一线圈单元对应的失谐电路和第二线圈单元对应的失谐电路均连接至所述两个接收通道中的第一个通道；所述第二线圈单元对应的失谐电路和第四线圈单元对应的失谐电路均连接至所述两个接收通道中的第二个通道。

具体的，所述m个线圈单元以行列矩阵形式分布，切换对的选择方式为，当行数为偶数时：在行方向上将列的每两个线圈单元与对应列的两个线圈单元选作切换对；当行数为奇数时，将其中一行的所有线圈单元通过独立的接收通道输出，针对其余的线圈单元，在行方向上将列的每两个线圈单元与对应列的两个线圈单元选作切换对；对于在行方向上没有参与切换的列的线圈单元通过独立的接收通道输出。

此外，本发明还提出了上述线圈单元切换技术的扩展技术，包括***控制单元、m个线圈单元、n个接收通道，所述m、n均为正整数，且2n≥m＞n；所述m个线圈单元中至少有一部分线圈单元以切换对的方式通过接收通道输出并连接至对应***控制单元；每个所述切换对占用三个接收通道，其中，所述切换对包括：第一线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路、第二线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路、第三线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第四线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路、第五线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路、第六线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；所述第一线圈单元和第四线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述三个接收通道中的第一个通道；所述第二线圈单元和第五线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述三个接收通道中的第二个通道；所述第三线圈单元和第六线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述三个接收道中的第三个通道；所述第一线圈单元对应的失谐电路、第二线圈单元对应的失谐电路及第三线圈单元对应的失谐电路均连接至所述三个接收通道中的第一个通道；所述第四线圈单元对应的失谐电路、第五线圈单元对应的失谐电路及第六线圈对应的失谐电路均连接至所述三个接收通道中的第三个通道。

本发明的有益效果是：采用切换对的连接方式，将任意临床上不可能同时应用的线圈单元共用一根***线缆，通过***控制单元的切换信号来控制，在同一时刻只选择位于扫描视野中的线圈单元工作，使与之对应的切换线圈单元失谐，完成整个大范围的阵列线圈的扫描应用，从而在满足扫描需求的同时减少线圈单元的输出通道，降低成本，也节约了空间；此外，由于线圈信号接收过程中不需要进行信号合成，不会造成图像的信噪比的损失和并行成像速度的降低。

附图说明

图1为本发明中的阵列线圈示意图；

图2为本发明实施例1的切换对示意图；

图3为本发明实施例2的切换对示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种基于相控阵表面阵列线圈内部切换技术的信号接收***，在满足扫描需求的同时减少线圈单元的输出通道，降低成本、节约空间。其核心思想是：将任意两个不可能同时应用的线圈单元公用一个接收通道，通过***控制单元提供控制信号来选择某一个单元工作，让对应的另一个单元处于失谐状态，从而可以使得线圈单元数量最大为输出通道的2倍，并且不需要将线圈单元信号进行合成造成图像的信噪比下降或者并行成像速度的降低。

下面结合附图及实施例对本发明的方案进一步描述：

本发明中的基于相控阵表面阵列线圈内部切换技术的信号接收***，包括***控制单元、m个线圈单元、n个接收通道，所述m、n均为正整数，且2n≥m＞n；即本发明适用于线圈单元数量多于线缆通道数量，线圈单元不同时进入扫描视野（FOV）的情况，且线圈单元数最大可以为线缆通道数的两倍；

为尽量减少线圈单元的输出通道，本发明将任意不可能同时应用的线圈单元共用一根***线缆，通过***控制单元的切换信号来控制，在同一时刻只选择位于扫描视野内的线圈单元工作，使与之对应的位于扫描视野外的切换线圈单元失谐，从而完成整个大范围的阵列线圈的扫描应用；因此，本发明的重点在于切换对的选择；

如图1所示，本例中的线圈单元以行列矩阵的形式分布，矩阵中的行方向（X方向）上A1、B1、C1、D1所在的列与A1’、B1’、C1’、D1’所在的列互为构成切换关系的对应列；同理，A2、B2、C2、D2所在的列与A2’、B2’、C2’、D2’所在的列互为构成切换关系的对应列，……以此类推An、Bn、Cn、Dn所在的列与An’、Bn’、Cn’、Dn’所在的列互为构成切换关系的对应列；互为切换关系的对应列中的线圈单元不能同时应用；

在选择切换对时，本发明给出以下两种实施例：

实施例1：可以将某一列中的两个线圈单元与对应列的两个线圈单元选作切换对（如An&Bn与An’&Bn’为一个切换对，Cn&Dn与Cn’&Dn’为一个切换对）。

在实际应用时，线圈阵列的行数可能为偶数也可能为奇数，当为偶数时选择切换对的方式如上所述，当行数为奇数时，可以根据情况将其中一行作为独立的接收通道输出输出，对于其余的线圈单元仍然可以按照上述方式选择切换对；

对于列方向（Z方向）上，由于列数也可能为奇数，也就存在没有参与切换对的线圈单元，可以将其中一列的线圈单元作为独立的接收通道输出；

一般情况，线圈阵列每一列的线圈数为3或者4，切换对的选择方式如表一所示：

表一：每列线圈单元数为3或4时的切换对选择表（针对实施例1）

上表仅描述了每列线圈单元数为3或者4的两种情况，当每列线圈单元数大于4且为奇数时，切换对的选择与每列线圈数为3时类似；当每列线圈单元数大于4且为偶数时，切换对的选择与每列线圈数为4时类似。

对于切换对的具体结构示意图如图2所示，线圈单元An（第一线圈单元）以及与其不可能同时应用的线圈单元An’（第三线圈单元）共用通道1，线圈单元Bn（第二线圈单元）以及与其不可能同时应用的线圈单元Bn’（第四线圈单元）共用通道2；线圈单元An对应的失谐电路A和线圈单元Bn对应的失谐电路B均通过通道1连接至***控制单元；线圈单元An’对应的失谐电路C和线圈单元Bn’对应的失谐电路D均通过通道2连接至***控制单元；且每一个线圈单元均与各自对应的前置放大器和PIN二极管顺次相连；

本发明中所述的前置放大器在正电压时工作,负电压时不工作；线圈失谐电路在负电压时工作，会谐振在线圈的工作频率，使得对应的线圈单元处于失谐状态，此时该线圈单元不工作，即不接收信号；线圈失谐电路在正电压时不工作，对应的线圈单元正常工作，也正常接收信号，PIN二极管在正电压时导通，在负电压时断开；***控制单元提供控制信号，接收线圈单元的输出信号。

其工作原理是：当***控制单元给通道1提供正电压，给通道2提供负电压时，An和Bn线圈单圈所对应的前置放大器工作，PIN二极管A和PIN二极管C导通；线圈An和Bn的失谐电路由于供的是正电压而不工作，线圈An和Bn就能正常的接收信号；同时由于通道2提供的是负电压，线圈An’和线圈Bn’对应的前置放大器不工作，PIN二极管B和PIN二极管D断开；线圈An’和Bn’线圈的失谐电路由于供的是负电压工作，因此线圈An’和Bn’处于失谐状态，不接收信号。此时通道1和通道2上面接收的信号分别来自于An和Bn。

当***控制单元给通道1提供负电压，给通道2提供正电压时，An和Bn线圈单圈所对应的前置放大器不工作，PIN二极管A和PIN二极管C断开；线圈An和Bn的失谐电路由于供的是负电压而工作，线圈An和Bn处于失谐状态，就不能正常的接收信号；同时由于通道2提供的是正电压，线圈An’和线圈Bn’对应的前置放大器工作，PIN二极管B和PIN二极管D导通；线圈An’和Bn’线圈的失谐电路由于供的是正电压而不工作，因此线圈An’和Bn’可以正常接收信号。此时通道1和通道2上面接收的信号分别来自于An’和Bn’。

对于***控制单元给通道1和2均提供负电压的情况，四个线圈的失谐电路均工作，因此四个线圈均失谐；而对于***控制单元给通道1和2均提供正电压的情况，由于同一条信号线接收了两个线圈单元的信号，信号之间会有影响，这两个线圈单元的物理位置也不一样，会造成谱仪不能准确处理接收到的信号，因此两个通道均提供正电压的情况不适用。

实施例2：

在本实施例中，切换对包括6个线圈单元，即将线圈阵列中的某一列中的三个线圈单元与对应列的三个线圈单元选作切换对（如An&Bn&Cn与An’&Bn’&Cn’为一个切换对）。在一般应用时，线圈阵列每一列的线圈数为3或者4，在此实施例的情况下切换对的选择如下表三所示：

表三：每列线圈单元数为3或4时的切换对选择表（针对实施例2）

本例中对于切换对的具体结构示意图如图3所示，线圈单元An（第一线圈单元）以及与其不可能同时应用的线圈单元An’（第四线圈单元）共用通道1，线圈单元Bn（第二线圈单元）以及与其不可能同时应用的线圈单元Bn’（第五线圈单元）共用通道2；线圈单元Cn（第三线圈单元）以及与其不可能同时应用的线圈单元Cn’（第六线圈单元）共用通道3；线圈单元An对应的失谐电路A、线圈单元Bn对应的失谐电路B、线圈单元Cn对应的失谐电路C均通过通道1连接至***控制单元；线圈单元An’对应的失谐电路D、线圈单元Bn’对应的失谐电路E、线圈单元Cn’对应的失谐电路F均通过通道3连接至***控制单元；且每一个线圈单元均与各自对应的前置放大器和PIN二极管相连。

其工作原理是：本例中选择通道1和通道3输出***控制信号，而通道2不输出控制信号，只接收对应的线圈信号；那么，当***控制单元给通道1提供正电压，给通道3提供负电压时，An、Bn和Cn对应的前置放大器工作，PIN二极管A、PIN二极管C、PIN二极管E导通；同时An、Bn和Cn对应的失谐电路由于供的正电压不工作，线圈An、Bn和Cn就能正常的接收信号；同时由于通道3提供的是负电压，线圈An’、线圈Bn’和Cn’对应的前置放大器不工作，PIN二极管B、PIN二极管D、PIN二极管F断开；同时An’、Bn’和Cn’对应的失谐电路工作，因此线圈An’、Bn’和Cn’处于失谐状态，不接收信号。此时通道1、通道2和通道3上面接收的信号分别来自于An、Bn和Cn。

当***控制单元给通道1提供负电压，给通道3提供正电压时，线圈An、Bn和Cn对应的前置放大器不工作，PIN二极管A、PIN二极管C、PIN二极管E断开；同时An、Bn和Cn对应的失谐电路由于供的负电压而工作，线圈An、Bn和Cn处于失谐状态，就不能正常的接收信号；同时由于通道3提供的是正电压，线圈An’、Bn’和Cn’对应的前置放大器工作，PIN二极管B、PIN二极管D、PIN二极管F导通；同时An’、Bn’和Cn’对应的失谐电路不工作，因此线圈An’、Bn’和Cn’可以正常接收信号。此时通道1、通道2和通道3上面接收的信号分别来自于An’、Bn’和Cn’。

此外，在本例中，对于通道的选择也可以采取另外两种方式，如：选择通道1和通道2输出控制信号，而通道3无控制信号输出，即线圈单元An对应的失谐电路A、线圈单元Bn对应的失谐电路B、线圈单元Cn对应的失谐电路C均通过通道1连接至***控制单元；线圈单元An’对应的失谐电路D、线圈单元Bn’对应的失谐电路E、线圈单元Cn’对应的失谐电路F均通过通道2连接至***控制单元；

或者选择通道2和通道3输出控制信号，而通道1无控制信号输出，即线圈单元An对应的失谐电路A、线圈单元Bn对应的失谐电路B、线圈单元Cn对应的失谐电路C均通过通道2连接至***控制单元；线圈单元An’对应的失谐电路D、线圈单元Bn’对应的失谐电路E、线圈单元Cn’对应的失谐电路F均通过通道3连接至***控制单元。

需要说明的是，本发明要求保护的范围包含但不仅限于上述实施例，本领域技术人员根据以上描述在不脱离本发明精神实质的情况下对本发明的技术内容做出的等同修改/替换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***，包括***控制单元、m个线圈单元、n个接收通道，所述m、n均为正整数，且2n≥m＞n；其特征在于，

所述m个线圈单元中至少有一部分线圈单元以切换对的方式通过接收通道输出并连接至对应***控制单元；每个所述切换对占用两个接收通道，其中，所述切换对包括：第一线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第二线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第三线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第四线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；所述第一线圈单元和第三线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述两个接收通道中的第一个通道；所述第二线圈单元和第四线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接到所述两个接收通道中的第二个通道；所述第一线圈单元对应的失谐电路和第二线圈单元对应的失谐电路均连接至所述两个接收通道中的第一个通道；所述第二线圈单元对应的失谐电路和第四线圈单元对应的失谐电路均连接至所述两个接收通道中的第二个通道。

2.如权利要求1所述的信号接收***，其特征在于，

所述m个线圈单元以行列矩阵形式分布，切换对的选择方式为：当行数为偶数时，在行方向上将列的每两个线圈单元与对应列的两个线圈单元选作切换对；当行数为奇数时，将其中一行的所有线圈单元通过独立的接收通道输出，针对其余的线圈单元，在行方向上将列的每两个线圈单元与对应列的两个线圈单元选作切换对；对于在行方向上没有参与切换的列的线圈单元通过独立的接收通道输出。

3.基于相控阵表面线圈内部切换技术的信号接收***，包括***控制单元、m个线圈单元、n个接收通道，所述m、n均为正整数，且2n≥m＞n；其特征在于，

所述m个线圈单元中至少有一部分线圈单元以切换对的方式通过接收通道输出并连接至对应***控制单元；每个所述切换对占用三个接收通道，其中，所述切换对包括：第一线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第二线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第三线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第四线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第五线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；第六线圈单元及与之对应的前置放大器、PIN二极管和失谐电路；所述第一线圈单元和第四线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述三个接收通道中的第一个通道；所述第二线圈单元和第五线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述三个接收通道中的第二个通道；所述第三线圈单元和第六线圈单元分别通过各自对应的前置放大器和PIN二极管连接所述三个接收通道中的第三个通道；所述第一线圈单元对应的失谐电路、第二线圈单元对应的失谐电路及第三线圈单元对应的失谐电路均连接至所述三个接收通道中的第一个通道；所述第四线圈单元对应的失谐电路、第五线圈单元对应的失谐电路及第六线圈对应的失谐电路均连接至所述三个接收通道中的第三个通道。

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