[发明专利]一种数字化核磁共振射频放大器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字化核磁共振射频放大器及其实现方法。

背景技术

核磁共振成像设备（MRI）的基本原理是先让人体进入磁场之中进行磁化，然后发射一系列特定频率的射频脉冲信号，人体待测部位的氢原子核在射频信号的激励下产生共振，吸收能量而发生磁矩偏转，当射频信号停止后，待测部位的氢原子核会将吸收的能量以电磁信号的形式释放出来，通过检测设备接收该信号来进行处理和成像。

射频放大器作为核磁共振成像设备的关键部件，根据系统指定的扫描序列的要求发射各种翻转角度和不同功率的射频脉冲信号，任何一台MRI设备都必须配备相应的射频放大器。

现有射频放大器均存在以下的缺点：1）功率放大器的效率较低，由于没有采用包络跟踪技术，无论信号幅度强或弱，都采用相同的电源电压，导致小信号输入时的功放功耗浪费，而且还需要使用水冷散热；2）大量的模拟电路设计，其器件的一致性和温度稳定性差，使得补偿电路太过复杂，产品可靠性降低； 3）功率合成效率低，一方面由于功率合成之前各功放通道的幅度和相移的不一致性，导致功率合成效率低；另一方面目前采用的集总参数功率合成器的损耗大，造成功率损失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点和不足，提供一种数字化核磁共振射频放大器，该射频放大器通过数字化信号处理及模块化结构，大大简化了设计，便于规模生产，提高了产品的灵活性，同时大大降低了产品成本。

本发明的另一目的是提供一种基于上述数字化核磁共振射频放大器的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种数字化核磁共振射频放大器，主要由依次相连的数字化信号处理器、基础射频功率放大器矩阵、以及大功率功率合成器构成，所述数字化信号处理器包括射频输入接口、与射频输入接口相连的信号处理模块、以及与信号处理模块分别相连的n个接口组件；基础射频功率放大器矩阵包括分别与n个接口组件对应相连的n个基础射频功率放大器；大功率功率合成器包括分别与n个基础射频功率放大器对应相连的n个合成输入接口、与n个合成输入接口均相连的合成单元、以及与合成单元相连的合成输出端，n为≥1的自然数。 

所述信号处理模块包括与射频输入接口相连的第一A/D变换器、以及与n个接口组件均相连的数字处理模块和第一微处理器，且第一A/D变换器与数字处理模块相连；所述接口组件包括与数字处理模块相连的数字输出接口和放大器取样信号输入接口、以及与第一微处理器相连的第一数字接口，且数字处理模块和放大器取样信号输入接口之间设置有第二A/D变换器。所述放大器取样信号输入接口用来接收来自基础射频功率放大器的射频取样信号，并通过第二A/D变换器后反馈到数字处理模块；所述第一数字接口用来连接各个基础射频功率放大器的监控接口并通过系统设备接口与整个核磁共振设备的主控计算机连接，以完成操作维护及监控功能。

所述数字化信号处理器还包括与第二A/D变换器相连的合成器取样信号输入接口，所述合成器取样信号输入接口与合成单元相连，用来接收大功率功率合成器的射频取样信号，通过第二A/D变换器后，反馈到数字处理模块，以修改处理各路放大器输入数字信号的幅度及相位的方式，使电桥实现尽可能理想的平衡，以达到尽可能理想的功率合成效果。

所述数字化信号处理器还包括一个与数字处理模块相连的数字输入接口，用于接收已被取样的射频信号，通过该接口直接送入数字处理模块进行处理，而无需再进行A/D变换，从而保证了数字化信号处理器既可以接收需放大的射频信号，并进行数字取样处理，又可以接收已被数字取样后的射频信号。

所述数字化信号处理器还包括与第一微处理器相连的系统设备接口，用于连接整个核磁共振设备的主控计算机，以完成操作维护及监控功能。

所述基础射频功率放大器主要由电源管理器、与电源管理器相连的第二微处理器、以及依次相连的放大输入接口、D/A变换器、放大器、以及射频输出端构成，所述D/A变换器和放大器均与电源管理器相连，且放大输入接口与数字输出接口相连，射频输出端与合成输入接口相连。

所述基础射频功率放大器还包括与射频输出端相连的放大器取样信号输出接口，且放大器取样信号输出接口与放大器取样信号输入接口相连，用于将基础射频功率放大器的射频取样信号传输到数字化信号处理器。

所述基础射频功率放大器还包括与第二微处理器相连的第二数字接口，所述第二数字接口与第一数字接口相连，从而使得基础射频功率放大器与整个核磁共振设备的主控计算机的相连，以完成操作维护及监控功能。

基于上述数字化核磁共振射频放大器的实现方法，包括以下步骤：