一种多核素多通道核磁共振射频链路实时切换控制装置的制作方法

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本发明涉及核磁共振仪器技术领域，具体涉及一种多核素多通道核磁共振射频链路实时切换控制装置，适用于核磁共振成像仪或核磁共振波谱仪中，用于实现多核素射频线圈或多通道射频线圈之间的射频链路状态切换与控制。


背景技术：

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核磁共振射频线圈是激发和采集磁共振信号的重要组成部分，根据不同的工作模式可以将线圈大致分为收发一体式线圈和收发分离式线圈。收发一体式线圈激发和采集磁共振信号时共用一个线圈，在这种工作模式下，为了保护与线圈直接相连的前置放大器，在信号激发阶段，需要将大功率的射频信号连接到射频线圈，并切断射频线圈与前置放大器之间的连接；在信号采集阶段，需要将微弱的核磁共振信号连接到前置放大器进行放大，并切断线圈与射频功放之间的连接，因此需要一个收发切换信号t/r(transmit
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receive)来实时控制线圈的工作状态。对于收发分离式线圈来说，信号激发和采集分别采用不同的线圈完成，但由于激发线圈和采集线圈具有相同的谐振频率，如果两种线圈同时处于工作状态，则发射线圈和接收线圈间会有很强的耦合，使得线圈性能下降，甚至会损坏前置放大器及功率放大器。为了避免这种情况，需要在线圈上设计失谐电路，以保证发射线圈和接收线圈不会同时处于工作状态，因此需要一个控制线圈调谐和失谐状态的信号t/d(tune-detune)来控制收发分离式线圈分时工作。
[0003]
随着核磁共振技术的发展，多核素多通道并行激发和采集技术已逐渐应用于核磁共振仪器中，这种技术需要将多种不同核素的射频线圈集成到一起，以实现多核素磁共振信号的并行激发和采集。然而不同核素的线圈之间同样存在空间耦合，如果不加以消除将会极大的降低线圈的效率甚至无法产生谐振，因此对于多核素线圈之间同样需要t/d信号来控制不同线圈的分时工作状态。同时，针对多核素线圈内的某一种核素线圈，又可以单独用于激发和采集对应核素的信号，在这种情况下，首先需要将其他未工作的线圈失谐，然后再根据线圈的工作模式来切换线圈的工作状态，这样可以保证多核素线圈灵活的工作在单核素模式和多核素模式，提高线圈的利用率。综上所述，多核素多通道射频线圈的工作模式始终需要一组或多组信号(t/r或t/d)来进行实时切换与控制，以保证线圈处于最佳工作状态。
[0004]
目前用于实现多核素多通道射频线圈工作模式实时切换控制装置的设计方案鲜有文献报道，现有技术方案中只针对某一种核素设计射频链路切换装置，无法完成多核素多通道射频链路实时切换，同时，现有技术采用从控制系统直接传输电信号的方式进行控制，这种方案在信号传输距离较短时没有问题，但是当控制系统与线圈距离较远时，由传输线内阻引入的信号衰减和外部噪声干扰则会极大的影响控制信号的质量，导致控制信号电压下降和波形失真，降低控制可靠性甚者无法完成射频链路实时切换，因此设计具有强抗干扰能力和高可靠性的射频链路实时切换控制单元，是实现多核素多通道并行激发和采集技术的重要前提。


技术实现要素：

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针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提出了一种多核素多通道核磁共振射频链路实时切换控制装置，可以实现多种核素射频链路信号的实时切换，保证线圈工作状态符合设计要求。
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本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
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一种多核素多通道核磁共振射频链路实时切换控制装置，包括光电接收模块，还包括逻辑控制模块、通道扩展与隔离模块和开关驱动模块，
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光电接收模块，用于将控制系统发送的射频链路切换控制光信号转换为射频链路切换控制电信号输出到逻辑控制模块，
[0009]
逻辑控制模块，用于将射频链路切换控制电信号按照不同的核素种类分开发送到对应的通道扩展与隔离模块，并将每种核素需要多少个通道的射频链路切换控制电信号的扩展信息发送给对应的通道扩展与隔离模块；
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通道扩展与隔离模块，用于根据扩展信息将逻辑控制模块输出的射频链路切换控制电信号进行多通道扩展并输出到对应的开关驱动模块；
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开关驱动模块，用于将射频链路切换控制电信号进行电压转换。
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一种多核素多通道核磁共振射频链路实时切换控制装置，还包括光电发射模块和状态指示模块，
[0013]
逻辑控制模块还输出状态指示信号到状态指示模块和光电发送模块，
[0014]
状态指示模块，用于显示状态指示信号，状态指示信号包括射频线圈类型、通道数和射频线圈的工作状态，
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光电发射模块，用于将状态指示信号对控制系统进行发送。
[0016]
每个光电接收模块对应接收一种核素的射频链路切换控制光信号，每个通道扩展与隔离模块对应接收一种核素的扩展信息和射频链路切换控制电信号。
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本发明与现有技术相比，具有以下优点：
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1.不仅可以实现多核素多通道射频链路的实时切换控制，还可以实现单核素或几个核素组合的多通道射频链路的实时切换控制，具有很强的灵活性；
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2.射频链路实时切换控制信号和状态指示信号采用光信号传输，能够有效减小信号衰减并提高信号的抗干扰能力；
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3.逻辑控制模块与开关驱动模块之间进行了物理隔离，能够防止高电压驱动信号干扰逻辑控制模块，提高了系统可靠性。
附图说明
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图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
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为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
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实施例1
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如图1所示，一种多核素多通道核磁共振射频链路实时切换控制装置，包括光电接收模块1，逻辑控制模块2，通道扩展与隔离模块3，开关驱动模块4，光电发射模块5和状态指示模块6，
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光电接收模块1，用于将控制系统发送的射频链路切换控制光信号转换为射频链路切换控制电信号，并将转换后的射频链路切换控制电信号输出到逻辑控制模块2，控制系统发送的射频链路切换控制光信号主要包括射频链路收/发切换光信号t/r和/或射频链路调谐/失谐切换光信号t/d，光电接收模块的核心器件为afbr-2529z，
[0026]
逻辑控制模块2，用于将光电接收模块1输出的射频链路切换控制电信号进行分类和扩展，分类是指将射频链路切换控制电信号按照不同的核素种类分开发送到对应的通道扩展与隔离模块3，然后根据设计需求输出每种核素对应的射频链路切换控制电信号的扩展信息到通道扩展与隔离模块3，设计需求是指需要为多少种核素提供射频链路切换控制电信号，以及每种核素需要多少个通道的射频链路切换控制电信号；逻辑控制模块2还输出状态指示信号到状态指示模块6和光电发送模块5，用于显示装置的工作状态；逻辑控制模块的核心器件为ep4ce6e22，
[0027]
通道扩展与隔离模块3，用于根据扩展信息将逻辑控制模块2输出的射频链路切换控制电信号进行多通道扩展，并将逻辑控制模块2输出的射频链路切换控制电信号与开关驱动模块4之间进行隔离，经过通道扩展与隔离模块3处理后的射频链路切换控制电信号输出到开关驱动模块4，通道扩展与隔离模块3的核心器件为mc74hc245adwg，
[0028]
开关驱动模块4，用于将射频链路切换控制电信号转换为符合要求的电压信号，提供足够的驱动电压和电流用于切换核素射频线圈的工作状态，开关驱动模块的核心器件为cph3351和ntr5198，
[0029]
光电发射模块5，用于将逻辑控制模块2输出的电信号的状态指示信号转换为状态指示光信号，发送到控制系统，光电发射模块的核心器件为hfbr1521，
[0030]
状态指示模块6，用于显示逻辑控制模块2输出的当前装置的状态指示信号，状态指示信号包括核素射频线圈类型、通道数、核素射频线圈的工作状态等，状态指示模块的核心器件为l-53gd。
[0031]
光电接收模块1与逻辑控制模块2连接，通道扩展与隔离模块3与开关驱动模块4连接，逻辑控制模块2还分别与通道扩展与隔离模块3、光电发射模块5和状态指示模块6连接，
[0032]
光电接收模块1至少为一个，光电接收模块的个数取决于核素的个数且一一对应，
[0033]
开关驱动模块4至少为一个，每种核素至少有一个开关驱动模块4，开关驱动模块4的个数取决于核素的个数和每种核素射频线圈的通道数，射频链路收/发切换信号t/r或射频链路调谐/失谐切换信号t/d。
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本发明的原理示意图如图1所示，多个核素或单个核素的射频链路切换控制光信号(包括射频链路收/发切换光信号t/r和射频链路调谐/失谐切换光信号t/d)通过光纤传输到光电接收模块1，然后光电接收模块1将射频链路切换控制光信号转换为射频链路切换控制电信号后，输出至逻辑控制模块2，逻辑控制模块2采用可编程门阵列(fpga，field programmable gatearray)芯片实现，负责将射频链路切换控制电信号进行分类，将每一种核素的射频链路切换控制电信号分别输出至对应的通道扩展与隔离模块3，同时逻辑控制模块2还输出当前的装置的状态指示信号，将状态指示信号输出到状态指示模块6进行显
示，状态指示信号包括核素射频线圈类型、通道数、核素射频线圈的工作状态等，状态指示模块6采用光电二极管或液晶显示屏构成，逻辑控制模块2还负责输出状态指示信号至光电发射模块5，由光电发射模块5将状态指示信号转换为状态指示光信号后传输至控制系统。通道隔离与扩展模块3负责将逻辑控制模块2输出的射频链路切换控制电信号进行多通道扩展，扩展数量与需要控制的核素射频线圈数量相同，并起到隔离射频链路切换控制电信号与高电压驱动信号的目的，经过扩展之后的射频链路切换控制电信号则输出到开关驱动模块，由开关驱动模块将射频链路切换控制电信号转换为符合要求的电压信号，提供足够的驱动电压和电流用于切换射频线圈的工作状态。
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为了实现多核素多通道射频链路控制信号的接收与处理，本发明为每一种核素提供了独立的光电接收模块，分别为光电接收模块1～光电接收模块n，其中n为需要观测的核素数量，同时对于每一种核素来说，为每种核素的每一个核素射频线圈提供了独立的开关驱动模块，分别为开关驱动模块1～开关驱动模块m，其中m为每种核素射频线圈的通道数。这种设计不仅能实现多核素多通道射频链的实时切换与控制，还能实现单核素或几个核素组合的多通道射频链路的实时切换控制，具有很强的灵活性和扩展性。同时，控制系统输出的射频链路切换控制光信号以及本装置输出的状态指示光信号都是光信号，能够有效的解决采用电信号传输时距离太长导致的信号衰减的失真，具有更强的可靠性和抗干扰能力，尤其是在磁共振成像仪器中，控制系统与核素射频线圈的距离约有十几米甚至更长，这种情况下采用电信号传输可能使到达射频线圈的控制电压产生较大的压降，导致无法实现射频线圈状态的切换，另外，由本装置传输回控制系统的状态指示信号如果用电信号传输也会产生信号衰减和失真，导致信息丢失和产生误码，因此本发明采用光信号传输射频链路控制信号和状态信息，能够克服电信号传输时距离太长导致的信号衰减和失真。
[0036]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。