一种用于磁共振成像(MRI)的新型射频放大器设计

NGRF Pushing the envelope -A novel RF amplifier design for Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Son,2018年11月26日-浦卓科技在医疗领域研发关键组件已经超过15年。最近,浦卓推进了磁共振成像(MRI)中最重要的部件之一——射频放大器的研发。浦卓利用最新的设备技术、设计技术和多年来对关键电子器件的研发,为MRI创造了一种先进、高效、可靠的射频解决方案。

MRI射频放大器

不同的医学成像模式各有优势。磁共振成像比起其他医学成像模式有两个明显和主要的优势,体现在避免患者接受电离辐射的同时还能够获取令人惊叹的清晰医学图像,并且还具有最佳的软组织成像和提供丰富的对比。

MRI扫描仪主要有四个部件:使人体内氢原子顺序排列的主磁场、使氢原子翻转的射频激发、对空间定位进行编码的梯度系统以及回波信号的图像重建。MRI中的“R”是共振之意,本质上是通过体内的氢原子与射频电磁波共振改变量子能级。射频电磁波的产生必须使用射频放大器。

因此射频放大器在MRI成像链中是绝对关键的因素,其必须具有稳定和可重复的性能。作为设计的一部分,浦卓采用了具有专利的混合控制回路,因而其NGRF系列产品能够实现高保真度的性能。在不断探索和持续改进的同时,浦卓还致力于利用最新的技术来提高效率及可靠性,从而提高总拥有成本(TCO)。以协助我们的用户把握占领医疗影像设备市场的关键。

射频动力装置:LDMOS vs VDMOS

浦卓的经验、市场和技术研究表明,垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOSLDMOS)和横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOSVDMOS)两种固态结构非常适用于MRI射频放大器。

VDMOS作为MOSFET在开关电源中有着广泛的应用。缺点是增益低,由于放大系数低,晶体管控制需要很大的功率。此外,需要许多晶体管来实现所需的输出功率,这直接影响到产品的可靠性和性能。

LDMOS具有约十倍大的增益性,每个效应晶体管具有更大倍数的最大功率。为了在现代MRI机器中实现每个通道的功率水平(~20kW),同时到兼顾它们的效率,这意味着通常需要大量的元件。这些元件的数量和热管理不仅影响到成本,而且还影响它的可靠性。LDMOS使您能够大幅度减少设备的数量并提高射频频率(如提高到3T)。例如,LDMOS1.5T3T的射频链路元件数量之间有更线性的关系。浦卓采用LDMOSNGRF平台从而在成本和整体可靠性方面具有巨大的优势。

其他值得一提的设计

50V电压左右,LDMOS FETs ,保持电压稳定是非常重要的。电源中的任何电压下降都会导致输出功率降低,这对于MRI的各类脉冲设计来说是不可接受的。此外,现代MRI要求射频的电流上升时间不到一微秒,这要求低电感设计和非常快速的响应。浦卓为此专门设计了一个DC-DC转换器以解决这些问题。

在系统级别进行监视和诊断这些复杂部件会为系统可靠性带来极大帮助。我们所有的放大器:NGRF系列放大器、NG系列梯度放大器和NGS -shim放大器,连接在一起并共享同一个监控平台。它们具有相同的易于使用的GUI工具套件,可以远程读取,用于沿着成像链设置、控制和诊断多个关键组件。从放大器的初始设置和调试,到内置的预测性维护,再到深入了解我们合作的客户如何使用系统,都可以通过多种方式使用到该功能从而实现优化。

结语

凭借其在制造和开发方面“一切尽在掌握”的方法,以及在多个射频产品中部署最新的技术和对技术的设计,浦卓已经创建了一个先进、高效和极其可靠的射频放大器平台解决方案。

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