一种用于磁共振系统的发射和接收切换开关

技术领域

本发明涉及磁共振领域，特别涉及一种用于磁共振系统的发射和接收切换开关。

背景技术

在磁共振系统中通常采用收发一体的射频线圈，收发一体的线圈有两种工作模式：发射工作模式和接收工作模式，这两种工作模式是通过发射/接收切换开关（T/R开关）转换的。发射和接收是分时进行的，脉冲发射阶段，射频T/R开关提前使发射通道打开，脉冲发射结束后立即关断发射通道。等待一段时间后（即死时间），接收通道打开。T/R开关的作用是在发射期间把RF线圈和发射机接通，把射频功率送入射频线圈，确保射频功率不串入到接收机的前置放大器，以免损坏或饱和前置放大器。而在信号接收期间必须可靠的切断发射机，以免发射机噪声感应到线圈或前置放大器。常用的T/R开关大都采用被动型T/R开关，被动型的T/R开关一般由四分之一波长线和二极管组成。在系统工作频率较低时，四分之一波长线也可由等效集总元件（电感L和电容C组成的PI型滤波电路）取代，如图1所示，图1即为常规的被动型T/R开关。

被动型T/R开关的优点是结构简单，但也有比较明显的缺点就是隔离度不高。在射频发射期间，由于被动型T/R开关的隔离度不是很高，因此前置放大器的输入端通常会呈现比较大的输入功率，有可能会直接损坏前置放大器或者直接使前置放大器产生饱和。从前置放大器饱和恢复到线性放大过程一般会有一段时间（短则几us到几十us）,这样会导致接收死时间的延长，对于一些对死时间要求比较苛刻的应用场合就不太合适。除了隔离度不高的缺点以外，被动型T/R开关也不能精确控制信号接收通路何时打开。

特别是在CPMG序列或者固体脂肪测试FID序列中，对T/R开关的隔离度要求特别高。在CPMG序列执行时，在一个脉冲序列执行期间有可能要发射几万个甚至几十万个脉冲，而且回波间隔时间(TE)又要求很短，因此需要T/R开关提供高隔离度，一方面需要防止几万个脉冲损坏前置放大器，另一方面需要防止脉冲饱和前置放大器而导致的可测量的最小回波间隔时间增长（最小回波间隔时间是CPMG序列一个重要指标）。在固体脂肪含量测试FID序列中，通常要求死时间小于10us,一方面对探头的死时间提出了要求，另一方面也要求脉冲发射期间及线圈泄能期间不能饱和前置放大器。

发明内容

本发明目的是：提供一种用于磁共振系统的发射和接收切换开关，可以大大提高T/R开关的隔离度，从而避免前置放大器损坏或者饱和，同时也能精确控制接收通路的打开时间。

本发明的技术方案是：

一种用于磁共振系统的发射和接收切换开关，所述磁共振系统包括射频天线及通过被动型T/R开关分别与其连接的发射机、接收机，所述被动型T/R开关与接收机之间还串联有主动射频开关。

优选的，所述主动射频开关由接收门控信号控制：在射频发射期间，接收门控信号为低电平，关闭主动射频开关；在信号接收期间，接收门控信号为高电平，打开主动射频开关，开启接收通路。

优选的，所述被动型T/R开关采用两级被动型T/R开关，其中第一级被动型T/R开关连接射频天线和发射机，并通过第二级被动型T/R开关连接主动射频开关。

优选的，所述主动射频开关采用吸收型的射频开关。

优选的，所述被动型T/R开关的每一级包括两个电容、一个电感组成的PI型滤波器和一对反相并联的二极管，二极管两端分别连接PI型滤波器输出端和地。

优选的，所述发射机包括射频放大器，射频放大器通过一对反相并联的二极管连接被动型T/R开关；所述接收机包括前置放大器，前置放大器输入端连接主动射频开关。

本发明的优点是：

1．与传统的被动型T/R开关相比,本发明的被动T/R开关和主动射频开关相串联的开关可以为前置放大器提供更高的隔离度，避免由于传统型T/R开关隔离度不高而导致的损坏前置放大器或者饱和前置放大器。

2．本发明的被动T/R开关和主动射频开关相串联的开关，除了能提供更高的隔离度以外，同时也能通过接收门控精确地控制接收信号开启时间。在射频脉冲结束后，线圈上的能量需要一段时间泄放。为防止线圈上的泄放能量饱和前置放大器，可以在序列上精确地控制接收门控打开时间，即在线圈能量泄放完之后再打开接收门控。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有的被动型T/R开关原理图；

图2为本发明的被动型T/R开关和主动射频开关相结合的开关原理图；

图3为本发明的两级被动型T/R开关和主动射频开关相结合的开关原理图；

图4为本发明的主动射频开关功能框图；

图5为实施例中21MHz低场磁共振系统中被动T/R和主动射频开关相结合的开关原理图；

图6为实施例中带有接收门控控制的FID序列图；

图7为实施例中带有接收门控控制的CPMG序列图。

具体实施方式

本发明为了提高T/R开关的隔离度，采用被动开关和主动开关相结合的方式，如图2所示。在第一级被动开关的后面又串联了一个主动射频开关，该射频开关由接收门控控制，在射频发射期间，接收门控为低电平，关闭该射频开关，射频能量经过被动开关和主动射频开关两级抑制，因此到达前置放大器输入端的能量已经非常小了，可以很好地保护前置放大器免受损坏以及饱和。在信号接收期间，接收门控为高电平，打开射频开关，开启接收通路，射频线圈中感应的核磁信号就可以直接进入到前置放大器的输入端进行线性放大。被动开关和主动射频开关相结合T/R开关的功能框图如图2所示。

在一些高功率射频发射的情况下，采用单级被动开关在隔离度不够高的情况下有可能损坏主动射频开关，因此需要对图2的电路做进一步的改进，如图3所示。图3中的主要改进是采用两级被动开关，以进一步提高隔离度，防止单级被动开关隔离度不够而损坏主动射频开关。图3电路中的T/R开关采用两级被动开关和一级主动射频开关串联。通过这种方式其隔离度得以进一步提高，同时也可避免在高功率射频发射时损坏主动射频开关的可能性。

主动射频开关一般选择吸收型的射频开关，其结构框图如图4所示。主动射频开关选型的两个关键标准是：1.要保证射频开关的插入损耗尽可能小，2.要保证射频开关隔离度尽可能高。射频开关的插入损耗指标将直接影响到接收通道的信噪比，为提高信噪比，射频开关的插入损耗需要尽可能小。隔离度高可避免前放饱和。

实施例

下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。本实施例针对21MHz低场磁共振分析系统开发了一套被动和主动相结合的T/R开关。为提高隔离度，本实施例采用了二级被动开关和一级主动射频开关相串联的方案，如图5所示。第一级被动开关由L3,C26,C27组成的PI滤波电路和D5,D6两个二极管组成。第二级被动开关由L4,C28,C29组成的PI滤波电路和D7,D8两个二极管组成。主动射频开关选用了MiniCircuits公司的HSWA2-30DR+。HSWA2-30DR+是一款带有内部驱动电路的吸收型的射频开关，它的插入损耗比较低，其典型值一般为0.75。同时它也能提供64dB的高隔离度。RxGate为谱仪输出的接收门控信号。RxGate通过缓冲驱动器直接控制主动射频开关HSWA2-30DR+。

下面结合两个脉冲序列来解释T/R开关的工作原理。

第一个是FID序列，如图6所示。RxGate接收门控在射频脉冲P1期间和脉冲结束后的线圈泄能D2期间为低电平，即关闭射频开关，断开接收通路，这样可以保证射频脉冲期间和线圈泄能期间的射频能量不会饱和前置放大器。在射频线圈泄能D2结束后，打开射频开关，即导通射频接收通路，使线圈中感应到的核磁信号通过前置放大器线性放大，不会由于前置放大器的饱和而导致接收死时间的延长。

第二个序列是CPMG序列，如图7所示，在CPMG序列执行期间需要发射几万个180度脉冲，产生几万个回波信号。在CPMG序列中有一个比较重要的指标就是最短回波时间（TEmin）,这个最短回波时间一方面由线圈泄能快慢决定, 另一方面也由前置放大器是否处于饱和状态有关。前置放大器从饱和恢复到线性放大也需要一定时间，因此为了实现最短回波时间必须要控制前置放大器使其处于不饱和状态，这就需要通过在180度脉冲期间P2和线圈泄能期间D6关闭主动射频开关，提高隔离度。在接收回波信号D2期间打开射频开关，使线圈上感应到的回波信号经过前置放大器线性放大。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。