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MRI基础知识 -- 射频放大器

前面射频基本知识章节里面我们学习过,射频最初是由信号发生器产生的制式波形。但是信号发生器产生的波形射频能量很小,典型的一种信号发生器产生的射频能量是0dBm,这样的射频能量就算是完全传入QBC里面也是无法实现射频激发的。

为了增强射频能量,在射频产生后后自然就需要射频放大器的帮助。

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射频放大器的作用就是为了增强射频能量,上图中是一种射频放大器,相关参数为:

功率:18KW

放大倍数:72.6dBm

简单来说就是信号发生器生成的0dBm的信号通过射频放大器放大72,6dB,通过射频线传输到QBC中最终产生激励信号作用于被扫描物体。

一个典型的射频放大器结构如下图所示。

信号发生器发生的低功率信号首先进入射频放大器的驱动模块(Driver Module)分成6份。6路信号进入6个PA放大模块(PA modules)分别进行放大。

6路信号通过信号整合(Combiner)从而生成放大了72.6dB的高功率信号。同时在整个放大的过程中,各个部件受到控制器(Controller)控制,且控制信号也来自信号发生器。

除此之外射频放大器上还有一个用来监控放大器发射和反射功率的器件,叫做PMU (Power Monitor Unit)。

简单来讲,它可以监测得到放大器发出射频的平均功率和峰值功率,并将这个功率值输入一个比较电路,当此功率超标时,射频放大器的输出就会被自动关闭,起到一个保护作用。

从宏观上看整个发射通路如下图所示。

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可以看到信号发生器与射频放大器(RF-AMP)有多路控制及反馈。

FW&REFL:上一节讲过的有效功率和反射损耗。信号发生器同时会检测射频回路匹配是否正常。

RF in:信号输入

BLANKING:放大器门控,简单理解就是一个开关,当信号发生器产生一个射频信号的时候打开功率放大器使其工作,而信号发生器不产生信号的时候功率放大器停止工作,以避免将噪声进行放大。

PARALLER:并行控制线。传输控制信号。

SERIAL:串行控制线。传输控制信号。

在这里老王给大家普及一个小知识。RF射频能量发射到被扫描物体后会发热,也就是我们经常在扫描界面看到的SAR值。回顾射频放大器的参数有一项最大功率为18KW,这个数值有多大呢?

老王随便拿某宝上面的一款微波炉做对比。

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射频放大器发射的射频能量竟然能够达到微波炉的20倍以上!要知道微波炉可是能够做饭的,这么大的能量人不是也要被烤熟了?

请大家放心,如果严格按照规范使用MR系统,是不会产生灼伤事件的。

但是为什么MR的射频能量这么大却不会产生非常大的热量呢?我们简单一些描述,参考以下两张图:

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微波炉:射频通过腔体不断进行无规则反射,入射的射频角度不定,最终作用于物体导致物体内各个分子产生了更加杂乱无章的运动,由此产生了一种类似于摩擦生热的作用,导致温度升高。

MR射频:入射信号按照同一个方向作用于物体,产生了能级跃迁,同时质子停止吸收能量后产生弛豫。但是所有的运动都是严格有序,因此产生的摩擦生热非常小,因此发热效率很低。

至于将线圈导线贴近皮肤或者线圈导线盘起来等意外产生的灼烧就属于另外的原理了,只要严格按照操作规范进行线圈摆放一般情况下是不会有危险的。

另外对于MR系统来说,之前的章节老王也介绍过射频系统有非常多的安全余量以及监控手段,射频放大器也有专门的PMU回路进行能量检测控制,因此一般情况下MR的射频系统对患者是非常安全的。

对于需要对射频通路进行检修养护的人员,有一点一定要记得,在对射频放大器以及之后的射频回路任意处进行检修时,请务必断开上述的RF IN与BLANKING的连接,以防高能射频信号从检修断路处漏出,造成人员伤亡。若断开射频通路后需要接上RF IN 和BLANKING进行测试,则需要在靠射频放大器的断开端接上临时负载。

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文章名称:《MRI基础知识 -- 射频放大器》
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