用于MRI应用的RF脉冲生成

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI)领域，特别涉及用于MRI系统的RF(射频)发射器，该MRI系统包括RF发射器，该RF发射器用于生成RF脉冲并且用于将这些RF脉冲转发到MRI系统的RF发射线圈。除了RF放大器以外，RF发射器还包含电容器组和主电源，该电容器组被耦合到RF放大器，用于存储电能并且用于为RF放大器提供电流以用于生成RF脉冲；该主电源被耦合到电容器组，用于生成用于对电容器组充电的充电电流。本发明还涉及用于为具有RF发射器的MRI系统生成RF脉冲的方法，该RF发射器包括主电源、电容器组和RF放大器，该方法包括以下方法步骤：在主电源中生成充电电流并用该充电电流对电容器组充电，通过电容器组向RF放大器提供电流以用于生成RF脉冲，并且在RF放大器中生成RF脉冲并将这些RF脉冲转发到MRI系统的RF发射线圈。

背景技术

当前在磁共振成像应用中的RF放大器利用大型电容器组来存储需要生成的脉冲能量。这些RF放大器通常包括主电源、用于能量存储的电容器组以及使用所存储的能量的RF放大器。通常，在来自主电源的脉冲之间给电容器组再充电。通常，RF发射以非常短的脉冲发生，并且在操纵梯度场和/或接收RF信号之间有相当长的时间。

对RF放大器中的电容器组充电的主电源常常使用开关模式电源技术。当电容器组电压低于阈值电压时，开关模式电源就开始对电容器组进行再充电。电源中的充电电流受到限制，并且在电容器组电压仅略低于阈值电压的情况下，可以添加某种控制算法来限制充电电流。因此，相对于RF放大器的放电开始，充电开始有些延迟。因此，在短的高功率RF脉冲期间无法获得全部电源电流。

US 2017/261573 A1描述了一种磁共振成像装置，其包括放大器、电容器组和处理电路。放大器基于成像序列将RF脉冲供应给生成射频磁场的RF线圈。电容器组向放大器供电。处理电路基于成像序列中的RF脉冲的条件和放大器的输出效率来判断是否能够执行通过成像序列的成像。

发明内容

本发明的目的是使用于MRI应用的RF脉冲生成更加高效。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。

因此，根据本发明，提供了一种用于MRI系统的RF发射器，所述RF发射器包括：

RF放大器，其用于生成RF脉冲并且用于将这些RF脉冲转发到所述MRI系统的RF发射线圈，

电容器组，其被耦合到所述RF放大器，用于存储电能并且用于向所述RF放大器提供用于生成所述RF脉冲的电流，

主电源，其被耦合到所述电容器组，用于生成用于以电能对所述电容器组进行充电的充电电流，以及

电源控制单元，其被耦合到所述主电源，用于控制针对所述电容器组的所述充电电流的生成，其中

所述电源控制单元适于接收指示从所述电容器组汲取的实际电流和/或即将出现的电流的指示信号，并且适于基于所述指示信号来控制针对所述电容器组的所述充电电流的生成。

因此，本发明通过使用额外的信息来解决针对MRI RF发射器的电源控制的问题。可以使用该信息而使得：即使电压下降仍然很小，也可以激活针对电容器组的再充电电流。这将允许在相同的性能水平下使用较小的电容器组值。根据本发明，存在用于确定电容器组再充电电流应当何时开始以及应当多大的不同可能性。

在这方面，根据本发明的优选实施例，提供了电容器组电流传感器，所述电容器组电流传感器被耦合到所述电容器组并且适于测量从所述电容器组汲取的实际电流并且适于基于该电流来生成所述指示信号。以这种方式，对从主电源馈送到电容器组的充电电流的控制直接受到从电容器组汲取的实际电流的影响。换句话说：从电容器组汲取的实际电流直接触发电容器组的相应再充电。

额外地或替代地，根据本发明的优选实施例，提供了一种RF放大器功率传感器，所述RF放大器功率传感器被耦合到所述RF放大器并且适于测量在所述RF放大器中使用的实际RF功率，所述实际RF功率能够形成用于计算所汲取的电流的基础。根据本发明的这个优选实施例，在RF放大器中生成的实际RF功率触发对电容器组的再充电。

通常，RF放大器可能仅被耦合到电容器组以用于将电流馈送到RF放大器。然而，根据本发明的优选实施例，所述RF放大器还被直接耦合到所述主电源，以用于直接从所述主电源汲取电流。理想的是，在RF脉冲的最大部分期间可以获得来自主电源的电流。因此，根据本发明的这个优选实施例，不仅可以使用来自电容器组的电流来生成RF放大器中的RF功率，而且还可以使用直接从主电源获得的电流来生成RF放大器中的RF功率。这还将允许在相同的性能水平下使用较小的电容器组值。

对于主电源，本发明允许使用不同类型的电源。然而，根据本发明的优选实施例，所述主电源是开关模式电源。

本发明还涉及一种具有如上所述的RF发射器的MRI系统。在这方面，根据本发明的优选实施例，所述MRI还包括发射线圈和信息单元，所述信息单元被耦合到所述电源控制单元并且适于基于即将出现的电流来生成所述指示信号，所述即将出现的电流是基于针对所述MRI系统的所述发射线圈的即将出现的RF功率需求而从所述电容器组汲取的。因此，关于MRI功率需求的信息也可以由MRI系统经由单独的通信提供给电源控制单元并因此提供给RF放大器，从而告知RF放大器何时从电容器组汲取电流以及将汲取多少电流(它们基于RF功率需求并且是根据RF功率需求导出的)。

本发明还涉及一种用于为具有RF发射器的MRI系统生成RF脉冲的方法，所述RF发射器包括主电源、电容器组和RF放大器，所述方法包括以下方法步骤：

在所述主电源中生成充电电流并用所述充电电流对所述电容器组进行充电，

向所述RF放大器提供由所述电容器组生成的的电流以用于生成所述RF脉冲，

在所述RF放大器中生成RF脉冲并将这些RF脉冲转发到所述MRI系统的RF发送线圈，

估计从所述电容器组汲取的实际电流和/或即将出现的电流，并且

基于所估计的从所述电容器组汲取的实际电流和/或即将出现的电流来控制针对所述电容器组的所述充电电流的生成。

上述方法的优选实施例涉及以上进一步描述的RF发射器的优选实施例。在这方面，优选地，该方法还包括以下方法步骤：基于所估计的从所述电容器组汲取的即将出现的电流来控制针对所述电容器组的所述充电电流的生成，使得充电电流在RF脉冲被生成并被转发到所述RF发射线圈之前被直接馈送到所述电容器组。

额外地或替代地，根据本发明的优选实施例，所述方法还包括以下方法步骤：通过测量从所述电容器组汲取的实际电流来估计从所述电容器组汲取的实际电流。

作为替代方案，如果能够基于不同的信息来估计从RF放大器汲取的实际电流，则能够避免测量从电容器组汲取的实际电流的方法步骤，上述不同的信息例如为：RF放大器(的部分)汲取的时变电流或时变RF放大器输出功率。RF放大器输出功率与汲取的电流关系密切，但是它还取决于其他分量值，例如，温度、RF放大器的不同部分中的实际偏置电流，晶体管效率和电容器组电压。

根据本发明的优选实施例，所述RF放大器还由来自所述主电源的充电电流直接馈电。如以上进一步详细阐述的，根据本发明的这个优选实施例，不仅可以使用来自电容器组的电流来生成RF放大器中的RF功率，而且还可以使用直接从主电源获得的电流来生成RF放大器中的RF功率，这允许在相同的性能水平下使用较小的电容器组值。

另外，根据本发明的优选实施例，所述方法包括以下方法步骤：基于针对所述MRI系统的所述RF发射线圈的即将出现的RF功率需求来估计从所述电容器组汲取的所述即将出现的电流。

本发明的另外的优选选项是随时间跟踪和存储RF放大器的效率并且还基于RF放大器的效率来控制针对电容器组的充电电流的生成。在这方面，可以利用关于实际的RF放大器效率的额外信息，并且可以随时间(例如在诸如温度、老化等情况变化期间并因此使用来自MRI系统的关于RF序列的更完整信息)跟踪RF放大器效率。

本发明还涉及一种非瞬态计算机可读介质，其包括存储在其上的指令，所述指令在处理器上被执行时引起处理器系统执行如前所述的方法。

本发明还能够用于其中缓冲大量能量并然后在很短的时间尺度上汲取这些能量的任何应用。在这样的情况下，能量补充机制可能为时已晚。本发明将连续的时间控制算法(从电源中得知)与该应用的其他部分的离散时间信息组合在一起并且能够实时测量来自能量存储设备的输出功率值。因此，控制系统能够学习精确估计在系统中汲取的功率并将其用于填充能量缓冲器。

另外，本发明还能够在多个部件从同一能量存储器汲取功率的情况下工作，只要能够合理准确地估计所有汲取功率即可。例如，在具有两个RF放大器通道的单个电容器组的情况下，能够独立地确定每个通道的汲取功率。总汲取功率能够用于确定针对电容器组的再充电电流。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并且得到阐明。然而，这样的实施例不一定表示本发明的全部范围，因此，在本文中参考权利要求来解释本发明的范围。

在附图中：

图1示意性地描绘了根据本发明的第一优选实施例的具有RF发射器的MRI系统，

图2更详细地示意性地描绘了本发明的第一优选实施例的RF发射器，

图3示意性地描绘了根据本发明的第二优选实施例的RF发射器，

图4示意性地描绘了根据本发明的第三优选实施例的RF发射器，

图5示意性地描绘了根据本发明的第四优选实施例的具有RF发射器的MRI系统，并且

图6更详细地示意性地描绘了本发明的第四优选实施例的RF发射器。

附图标记列表

1 MRI系统

2 患者

3 超导磁体

4 梯度线圈

5 RF发射线圈

6 RF接收线圈

7 患者支撑物

8 RF发射器

9 RF放大器

10 电容器组

11 主电源

12 电源控制单元

13 电容器组电流传感器

14 F放大器电流传感器

15 电流线路

16 MRI控制单元

17 信息单元

18 检查区

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明的第一优选实施例的MRI系统。该MRI系统1用于对在超导磁体3的膛内的检查区18中的患者2进行MRI检查，该超导磁体3用于生成高静态磁场。为了将患者2定位在检查区18中，将患者2定位在患者支撑物7上，该患者支撑物7可以被驱动进入超导磁体3的膛内的检查区18中和从超导磁体3的膛内的检查区18中出来。

这里，MRI系统1仅被示为具有其最相关的部件，即，与本发明具有一定相关性的部件。在这方面，根据本发明的第一优选实施例的MRI系统1包括在超导磁体3的膛内的梯度线圈4以及RF发射线圈5和RF接收线圈6。RF发射线圈5发射从RF发射器8供应的RF脉冲并在超导磁体3的膛内生成射频磁场。

如本领域技术人员所公知的，通过发射对由超导磁体3生成的磁场具有正交极化的RF脉冲并匹配感兴趣的核子的拉莫尔频率，能够激发核子的自旋并使核子同相，并且获得核子的净磁化相对于超导磁体3的磁场方向的偏转，使得生成相对于净磁化的纵向分量的横向分量。在RF脉冲终止之后，净磁化的纵向分量和反向分量的弛豫过程开始，直到净磁化回到其平衡状态为止。借助于RF接收线圈6来检测通过进动的磁化生成的磁共振信号。接收到的磁共振信号是基于时间的幅度信号，其进一步被傅立叶变换为基于频率的磁共振谱信号并且被进一步处理以用于生成感兴趣的核子的磁共振图像。

根据这里描述的本发明的第一优选实施例，提供了RF发射器8，在图2中对其进行了更详细的示意性描绘。RF发射器8包括RF放大器9，该RF放大器9用于生成RF脉冲并且用于将这些RF脉冲转发到MRI系统1的RF发射线圈5。另外，RF发射器8包括电容器组10，该电容器组10被耦合到RF放大器9，以用于存储电能并且用于向RF放大器9提供用于生成RF脉冲的电流。主电源11被耦合到电容器组10，以用于生成用于以电能对电容器组10充电的充电电流。

本发明的第一优选实施例的基本方面是电源控制单元12被耦合到主电源11，以用于控制针对电容器组10的充电电流的生成。以如下方式控制针对电容器组10的充电电流的生成：电源控制单元12接收指示信号，该指示信号指示从电容器组10汲取的实际电流，并且电源控制单元12用于基于该指示信号来控制针对电容器组10的充电电流的生成。该指示信号由电容器组电流传感器13生成，该电容器组电流传感器13被耦合到电容器组10并且测量从电容器组10汲取的实际电流并且基于所测量的电流来生成该指示信号，该指示信号被转发到电源控制单元12。因此，对从主电源11馈送到电容器组10的充电电流的控制由从电容器组10汲取的实际电流直接管理。因此，从电容器组10汲取的实际电流直接触发由主电源11对电容器组10的相应的再充电。

根据本发明的替代的第二优选实施例，代替测量从电容器组10汲取的电流，提供RF放大器电流传感器14，该RF放大器电流传感器14被耦合到RF放大器9。RF放大器电流传感器14测量在RF放大器9中用于生成RF脉冲的实际电流。基于该电流，RF放大器电流传感器14生成指示信号，该指示信号被发送到电源控制单元12以用于控制主电源11中的电能的生成。因此，根据本发明的第二优选实施例，在RF放大器9中使用的实际电流触发对电容器组10的再充电。

应当注意，虽然这里将本发明的第二优选实施例描述为之前描述的本发明的第一优选实施例的替代方案，但是也可以相应地组合根据第一优选实施例的选项和根据第二优选实施例的选项。这意味着，RF发射器8可以被提供有电容器组电流传感器13以及RF放大器电流传感器14，以用于生成指示RF发射器8中的所需电流的信号并且因此用于由主电源11对电容器组10的相应的再充电，该主电源11由电源控制单元12来控制。

图4示意性地描绘了根据本发明的第三优选实施例的RF发射器8。本发明的这个第三优选实施例类似于之前描述的本发明的第二优选实施例，其中，除了由电容器组10对RF放大器9进行充电以外，也可以直接由主电源11对RF放大器9进行充电，因为在主电源11与RF放大器9之间存在直接的电流线路。因此，不仅来自电容器组10的电流可以用于生成RF功率，直接从主电源11获得的电流也可以用于生成RF功率，这允许在相同性能水平下使用较小的电容器组10。

在图5中示出了根据第四优选实施例的MR系统1。如对于MRI系统通常已知的，根据本发明的第四优选实施例的本MRI系统1也由MRI控制单元16来控制，该MRI控制单元16在图1中被省去，但是在图5中被明确描绘。该MRI控制单元16被耦合到信息单元17，该信息单元17进一步被耦合到根据本发明的第四优选实施例的RF发射器8。在图6中更详细地描绘了该RF发射器8。从图6能够看出，信息单元17被耦合到电源控制单元12。实际上，信息单元17从MRI控制单元16接收关于由MRI系统1执行的MRI过程的信息。以这种方式，信息单元17基于即将出现的电流来生成指示信号，所述即将出现的电流是基于针对MRI系统的发射线圈5的即将出现的RF功率需求而从电容器组10汲取的，该RF功率需求由MRI控制单元16馈送到信息单元17。以这种方式，甚至能够在生成RF脉冲并将其转发到RF发射线圈5之前直接将充电电流馈送到电容器组10。因此，该实施例使得能够基于由MRI系统1执行的规划的MRI过程来防止可想到的可获得的RF功率的下降。

总而言之，本发明通过使用关于电容器组10所需的充电电流的额外信息来解决对MRI系统1的RF发射器8的RF放大器9的电源控制。该信息用于及时地并且在某些情况下甚至在RF能量下降已经发生之前就启动对电容器组10的再充电。以这种方式，用于MRI应用的RF脉冲生成变得更加高效，使得能够在系统的相同性能水平下使用较小的电容器组值。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。另外，为了清楚起见，在附图中可能不是所有元件都被提供有附图标记。