MRI分系統技術講解 | RF射頻發射技術(一)

2021-02-23 老王講技術


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MR技術博大精深,前面老王通過三篇文章給大家介紹了主動勻場的概念,包括一階主動勻場和高階主動勻場,相信大家對MR的梯度系統有了一個更全面的認識。從本節開始老王帶領大家進入MR另一個重要領域,RF射頻場。我們先從RF射頻發射系統(TX)展開研究。

      從圖中可以看到,射頻發射通路的起點是射頻TXR模塊,那麼這個模塊是做什麼用的呢?

      按照慣例首先開展TXR內部的結構:

       從圖中可以看到TXR模塊主要的作用分為3部分:

1. 信號發生器模塊。通過載波的方法產生低功率的射頻激發脈衝波形。常規從TXR模塊產生的信號大約是0dB,但這樣功率的射頻脈衝肯定是無法作為MR激發脈衝使用的,所以後續還需要進行射頻放大。

2. 射頻接收模塊。這裡的接收與MR信號接收回路裡面的接收含義不同,它並不接收MR回波信號,而是檢測RF發射射頻的各項參數,其中包括從TXR模塊發出的原始TX信號,由射頻放大器採集的射頻發射迴路的Fwd信號以及Refl信號。

3. 控制模塊。TXR能夠控制射頻的發射,同時還會對射頻放大器進行控制,並且控制模塊還可以通過接收interface信號從而立刻停止整個射頻能量的發射。

       TXR內的信號發生模塊基本構架和市面上常見的信號信號發生器基本一樣,因此在這裡就不做詳細介紹,有興趣的同學可以研究研究安捷倫的相關產品。那麼我們先研究射頻接收模塊。

 

       接收模塊的第一個作用是校準射頻發射模塊的衰減器(TX attenuation calibration)。

     

       為什麼在產生了激發脈衝信號後又要通過一個衰減器呢?還是回到衰減器校準的迴路

      TX射頻發射信號需要校準,既然要校準首先就需要能夠接收到激發脈衝,而接收脈衝信號是使用ADC模數轉模塊進行採樣的。ADC器件的一個最大的特點是在測量範圍內採樣出來的信號其實是非線性的,因此為了準確的使用ADC器件,就需要通過衰減器的作用,將TX發射脈衝處理到ADC的線性範圍內。

      TXR模塊內信號接收通過對衰減器的設置,使信號的接收強度保持線性,從而儘可能減少接收模塊的非線性影響。

      接收回路的第二個作用是對整個射頻發射後端的匹配情況。老王在RF射頻的章節已經有所介紹,衡量射頻迴路的匹配情況需要得到有效功率(PF)和反射損耗(PR),由於射頻的反射損耗最終會順著原路返回,因此反射損耗最終通過射頻放大器接收

       而射頻放大器採樣得到的有效功率和反射損耗通過同軸電纜傳輸到TXR的接收模塊。

       信號在TXR模塊進行後續處理,比如通過VSWR(電壓駐波比Voltage Standing Wave Ratio)進行評估。

     MR技術博大精深,本期我們先從射頻發射通路(TX)的起點TXR模塊進行介紹。老王認為射頻(RF)是MR技術裡面最複雜的地方,所有的序列都是圍繞著射頻和梯度去完成的,而射頻的控制是MR控制的核心部分,同時到了射頻這裡,技術明顯與梯度製冷等系統的知識變得更加複雜,因此老王從本節開始會循序漸進的給大家介紹。

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