[发明专利]用于并激的超低输出阻抗射频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振系统，并且更具体而言涉及在磁共振系统中用 于并激(parallel excitation)的射频(RF)功率放大器。

背景技术

在使用多个发射元件的并行RF发射被用于通过改善自旋激发 (spin excitation)来使各种应用受益的磁共振(MR)领域中，发展 非常活跃。在高场磁共振中，尤其由波传播和介电效应导致的RF磁场 不均匀性可以通过当在鸟笼型线圈或由单个线圈元件组成的发射阵列 上传导多端口激发时优化驱动电流的幅度和相位来减少。可以通过独 立控制单个发射信道的RF波形、对加速多维激发中的完全成熟(full fledged)的并行RF发射的能力进行杠杆作用和管理功率沉积，来进 一步在均匀性效应中减少小RF磁场。

近来的发展为完全成熟的并行RF发射原理的直接验证提供了支 持。然而，有效的并联发射线圈阵列的发展仍然是重大挑战。在发射 线圈元件之间的耦合是对发射线圈阵列构建和使用的关键挑战之一。 已提出很多方法以解决线圈间耦合的问题。方法之一为并行RF接收定 义了前置放大器去耦方案。该方案将前置放大器的输入阻抗减少至几 乎为零，从而使相应接收线圈在其输出端口处看到的输入阻抗最大化 并且导致线圈中的耦合电流的堵塞。然而，对于并行发射来说，由于 线圈有效看到的典型RF放大器的50Ω阻抗，实践类似方案是无效的。

已提出很多方法以解决线圈间耦合的问题。一类方法引入了线圈 的部分几何重叠以消除在它们之间的互感。这种方法仅对于最近的邻 近元件来说是有效的，并且趋向于对单个线圈的几何结构和放置施加 严格限制。另一类方法以增加RF损失和增加去耦电路和调谐努力的复 杂度为代价，采用电容或电感去耦桥或多端口网络。第三类方法例如 通过将RF功率MOSFET与TEM线圈的环箍(rung)集成或直接驱动非 共振环型线圈，用高源阻抗抑制耦合感生的电流。在这些实例中， MOSFET被配置成近似起电流源的作用，并且从而在驱动端口(driving port)处产生高阻抗。然而，在该方法中串联共振元件还作为MOSFET 的严重失配负载，这可明显的使其最大可获得输出功率降低。第四类 方法应用了有源去耦(active decoupling)。这种方法首先校准在元 件线圈之间的耦合，并随后在每个元件的驱动电压之间引入合适的相 关性(通过模拟电路或者通过数字矢量调制阵列实现)以消除电流中 的耦合分量(component)。

因此，需要用于发展去耦方法的系统和方法，该去耦方法支持并 行发射应用并且通过消除对阵列几何结构的限制来促进发射性能优 化。

发明内容

在并行RF发射中采用多个发射链路(transmit chain)，以便以 协调的方式设置(set up)发射线圈阵列中的电流。所述电流又在对 象中感生发射磁场。然而，每一个元件线圈中的电流通常由于线圈间 耦合受到败坏。耦合感生出的败坏性的成分极大地受元件线圈看到的 源阻抗的影响。为了克服以上不足，本发明的实施例借助于RF功率放 大器和/或元件线圈上的匹配网络改善了发射阵列的元件间隔离。

在第一方面中，提供了用于驱动多RF发射线圈磁共振成像(MRI) 系统的射频(RF)功率放大器。该RF功率放大器包括具有高功率MOSFET 的输出匹配网络，该高功率MOSFET在操作上耦合到MRI系统中的至少 一个发射线圈，以得到所期望的输出功率和阻抗。

在另一方面中，提供了一种用于在并行激发中发射线圈去耦的超 低输出阻抗射频(RF)功率放大器。该超低输出阻抗射频(RF)放大 器包括输出匹配网络和高功率MOSFET，该高功率MOSFET在操作上耦合 到输出匹配网络的输入，以提供用于发射线圈去耦的所期望阻抗并使 可获得的功率最大化。

在又一方面中，提供了一种采用射频(RF)功率放大器来实现去 耦以驱动至少一个发射线圈的方法。该方法包括采用输出匹配网络来 将MOSFET的漏极源极电阻成分变换成所期望的输出阻抗，将至少一发 射线圈的输入阻抗变换成负载阻抗，并且使负载阻抗与所期望输出功 率的MOSFET的最佳负载相匹配。

附图说明

当参考所附附图来阅读以下详细描述时将更好的理解本发明的这 些和其他特征、方面和优点，所附附图中，相同的字符贯穿附图表示 相同的部分，其中：

图1是由两个独立RF功率放大器驱动的耦合的发射线圈的等效电 路模型。