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MRI基础知识 -- RF射频发射技术(三)

MR技术博大精深,之前老王通过两篇文章详细给大家介绍了射频发射通路的TXR模块,为了产生可控稳定并且符合要求的高质量射频脉冲信号,TXR模块用了大量检测电路,而很重要的控制模块功能是为了后续的射频放大器准备的,那么接下来本节我们就开始研究MR的射频放大器(RF_AMP)。

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 首先依然先放出在之前文章中出现了好几遍的射频发射通路的结构框图。之所以重复出现一定是因为很重要,如果说TXR模块是射频发射通路产生基础信号的核心器件,那么射频放大器就是后续发射脉冲能量的核心器件。

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      结合之前章节对TXR模块介绍,TXR模块直接发出的射频发射脉冲能量大约0dB,这个能量的脉冲信号是无法作为MR激励信号使用的,0dB的射频脉冲需要后续经过射频放大器的放大最终通过QBC进行正交发射。

为了进行有效的功率放大,TXR发射模块还需要实时控制放大器的放大时间以及监测PW有效功率和PR反射损耗。

那么功率放大器到底对射频能量放大了多少呢?目前经常使用功率放大器分为单路射频功放(也就是经常说的单源)S35,以及双路射频功放(也就是经常说的双源)8137:

他们的放大能力如下:

S35:

Low mode:500W peak power

57dB±0.5

High mode:18000W peak power

72.6dB±0.5

 

8137:

Low mode:500W peak power

57dB±0.5

High mode:18000W peak power

72.6dB±0.5

功率放大器同时具有Low mode和High mode两种模式以及57dB和72.6dB两个放大倍数。一般来讲两种模式分别是在进行不同的扫描模式时使用的:

Low mode:一般用于波谱扫描

High mode:用于传统MRI扫描

因此我们平时所说的MR的射频放大器的放大倍数一般来说指的High mode的72.6dB

放大倍数有了,下面看发射功率,这里列出的功率都指的是放大器的峰值功率(Peak power),在射频放大器的实际使用中,从Log中观察一般放大器功率维持在50W左右,因此实际上MR的射频发射脉冲功率是相对较低的,从功率角度来讲产生的SAR值不会太大。这也从功率的角度解释了一个问题,为什么传统家里用的微波炉5KW的功率可以加热食物做饭,而功率放大器18KW的功率怎么才能发那么一点热。

RF-AMP射频功放从内部看可以分为4个部分:

1. Driver Module:驱动模块,接收从TXR模块发出的0dB射频脉冲。

2. PA modules:共有6组PA modules功率放大模块,共同进行射频能量放大。

3. Combiner:将经过6组PA modules放大后的射频能量汇总并最终发射到后端。

4. Controller:接收TXR模块的控制信号,对RF射频放大过程进行控制。

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      让我们继续回到射频功放的功率。上面列出了射频功放在不同模式下的峰值功率值,但是老王也讲了,真正发射到人体的射频脉冲产生SAR值要看的是平均功率,因此射频功放里面有一个很重要的安全保护回路,用来检测放大器平均功率,也就是PMU(Power Monitor Unit)电路。

在对MR射频系统进行校准的过程中,PMU测试是非常重要的一项测试。PMU电路主要作用包括以下2部分:

1. 监测RF射频能量,包括以下4个:

Forwad   有效功率

Relected   反射损耗

Peak   峰值功率

Average Power   平均功率

2. 当检测到射频发射能量过大的时候,PMU电路会发出信号主动关闭射频放大器,控制阈值如下:

High mode 下最大平均功率:1100W

Low mode下最大平均功率:400W

 

PMU电路保护的过程如下图:

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首先设置PMU level,也就是最大平均功率阈值,例如1100W。

射频放大器从0开始逐渐放大射频能量,放大到标准值时如果平均功率还没有触发到PMU level则系统正常进行工作。

射频放大器进入下一次放大过程,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TXR模块的射频发射脉冲,同时切断射频放大器的Gating信号停止放大器工作。

       MR技术博大精深,本期老王给大家简单介绍了射频放大器(RF-AMP)的相关知识。介绍了射频放大器的基本结构以及重要的PMU保护电路。下一期老王带大家继续研究射频发射通路,敬请期待。

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文章名称:《MRI基础知识 -- RF射频发射技术(三)》
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