MRI基础知识 -- PU线圈回路

首先按照惯例先把射频发射通路的框图列出来：

图中有绿色和红色两种通路，他们是以射频能量大小来区分的：

1. 红色高能量射频脉冲，这里主要指的是通过射频放大器最终到达QBC的高能量射频激发脉冲。这里老王之前的章节中已经介绍过很多次了，这里不再继续。

2. 绿色低能量射频，比如从TXR模块发射出来的0dBm的原始激发脉冲以及Pickup coil采集到的射频能量信号。从图中可以看到，PU回路被当做接收信号最终被传输到了射频接收通路，因此老王虽然将PU回路放在RF发射通路来介绍，但实际上PU回路也与射频接收回路RX相关。

在介绍Pickup coil前需要先拿出来QBC进行对照，QBC主要构造是16个Rods，射频正交信号最终从这16个Rods里面发出，而这16个Rods分为2组：

1. 3-11组

2. 7-15组

分组以对角2个Rod为标志，2路正交射频信号分别从这两组线圈发射。

Pickup coil位于正交体线圈QBC内部，共有2个。下面列出了在介绍QBC文章的时候拿出来过的图。

在QBC内部的16个Rod中的Matching circuits中7号Rod和11号Rod对应位置分别放置了一个Pickup coil。之所以放在这里是为了使接收线圈尽可能接近发射Rod的起始位置，用以准确的监测QBC的两路发射的射频能量，因此Pickup coil实际上就是一个接收线圈，而且为了不被其它信号干扰，因此它的接受范围会比较小，同时设置的位置也是经过精密设计的。

这里还有一点需要注意，PU线圈是用来直接接收QBC发射的激发脉冲，因此他的接收信号强度很大，后端不需要再加放大器，而普通的接收线圈如果直接接收QBC的发射脉冲，那么经过后端放大器之后能量很可能会烧掉ADC器件，因此这也是老王在前面讲过的同一时刻射频系统发射和接收线圈只能有一个处于Tune（激活）状态的原因。但是PU线圈不受此影响。

对于之前Achieva 1.5T的系统来说，Pickup coil只能够进行接收，而对于3.0T设备和Ingenia系列设备来说，Pickup coil和Tune校准线圈集成到了一起，既可以实现接收功能也可以进行发射，当然两个功能不能同时实现。

介绍完了Pickup coil回路的走向以及所处的位置，并且知道了它们就是为了监控QBC的发射能量，那么我们需要了解为什么要这样设计，这里主要涉及到PU回路的两个作用：

1. 在Hybrid box校准QBC两路正交信号的时候实时进行测量，保证两路信号发射的能量保持一致，有了Pickup coil之后进行系统校准的时候也就不需要另外的频谱仪之类的设备了，将整个校准过程进行简化。

2. 射频第二级安全保护电路。

在介绍具体保护电路功能之前，我们先来回顾一下在介绍射频放大器的时候讲过的PMU电路。

PMU电路保护的过程如下图：

射频放大器进入放大过程的时候，当平均功率逐渐增大到超过PMU level值时，功率放大器PMU回路触发Error报警到Controller模块，并传递到TXR模块中产生Interlock信号停止射频发射脉冲。它的作用是为了防止射频能量发射的过大，起到保护的作用，这里我们把它看作是第一级保护。

射频经过放大后，最终通过QBC发射后的射频能量与在射频放大器这里放大的能量是不一样的，并且实际上这个能量与负载（被扫描物体）是相关的。老王在介绍射频发射通路的时候反复提到过50Ω负载，射频发射通路整体上是按照50Ω负载设计的，但是实际上QBC本身的负载是不到50Ω的，一般设计的时候是按照QBC本身和被扫描物体加到一起约等于50Ω设置的。换句话说，不同的被扫描物体所对应的实际射频发射能量是不一样的。

为了针对不同的被扫描物体实际对应的的SAR值保持在安全范围，系统设计了PU回路作为第二级安全保护。其方法也是如果PU回路检测到实际产生的B1场超过系统阈值之后，PFEI会产生一个Interlock信号，最终传递给射频放大器，停止射频放大的过程。

具体的做法就是在每次扫描前的Preparation phase前置扫描序列中的PU phase进行校准，这里具体的方法会在以后专门介绍前置扫描序列的时候进行介绍。

MR技术博大精深，本篇文章从Pickup coil线圈的作用出发，介绍了MR射频发射通路中第二道重要的射频能量保护回路PU回路。实际上PU回路看上去系统很简单，就是两个射频接收线圈实时接收QBC两路正交发射的能量，但实际上有了他们之后，就有了其它对应的各种系统校准过程和Preparation phase中的实际扫描校准，所有的一切除了用来提高扫描信噪比以外，同时提供了更好的射频保护，通过计算更准确的SAR值保护被扫描的病人。