ES2302777T3 - Circuito para el desacoplamiento activo de bobinas de transmision en aparatos de imagen por resonancia magnetica nuclear particularmente del tipo de campo bajo. - Google Patents

Abstract

Un circuito para el desacoplamiento activo de bobinas de transmisión en aparatos de imagen por resonancia magnética nuclear, particularmente del tipo de campo bajo, que incluye al menos un diodo PIN (D1), conectado en serie con los conductores de al menos una bobina de transmisión (1), y que tiene al menos una entrada (4) para una corriente de polarización de entrada, habiéndose previsto medios para generar y alimentar tal corriente de polarización con el fin de determinar el estado conductor del diodo PIN (D1), y de aquí el estado operativo de la bobina de transmisión del pulso de excitación en sincronía con el comienzo de la transmisión del pulso de excitación, y el estado no conductor del diodo PIN, esto es, el desacoplamiento de la bobina de transmisión con respecto a la bobina de recepción al término de la transmisión del pulso de excitación, caracterizado porque dicho circuito presenta al menos un diodo adicional (D2), que es un diodo de silicio, conectado de modo antiparalelo con el diodo PIN (D1).

Description

Circuito para el desacoplamiento activo de bobinas de transmisión en aparatos de imagen por resonancia magnética nuclear particularmente del tipo de campo bajo.

La invención se refiere a un circuito para el desacoplamiento activo de bobinas de transmisión respecto a bobinas de recepción en aparatos de imagen por resonancia magnética nuclear, particularmente del tipo de campo bajo, que incluye al menos un diodo PIN, que se conecta en serie con el conductor de al menos una bobina de transmisión y que presenta al menos una entrada para una corriente de polarización, habiéndose dispuesto medios para generar y alimentar con tal corriente de polarización con el fin de determinar el estado conductor del diodo PIN (D1), y de aquí el estado operativo de la bobina de transmisión del pulso de excitación en sincronía con el comienzo de la transmisión del pulso de excitación, y el estado no conductor de dicho diodo PIN, esto es, el desacoplamiento de la bobina de transmisión con respecto a la bobina de recepción al término de la transmisión del pulso de excitación.

Se conocen actualmente sistemas de este tipo, que permiten el desacoplamiento activo, esto es, basado en la apreciación de una señal de control de la bobina de transmisión. La señal de control consiste en una corriente de polarización adecuada que se suministra al diodo PIN para cambiar éste último al estado conductor durante la transmisión, o que se suprime para cambiar el diodo PIN al estado no conductor, y de aquí para generar el estado de corte de la bobina de transmisión, en el cual dichas bobinas de transmisión están desacopladas de las bobinas de recepción durante la recepción de señales de eco, con relación a interferencias de inducción mutuas ocasionadas por
inducción.

Las bobinas de transmisión se desacoplan para evitar la generación de ruido por estas últimas en la recepción de señales de eco por las bobinas de recepción, debido a la interferencia de inducción mutua entre dichas bobinas de transmisión y recepción.

El corte de las bobinas de transmisión evita la inducción de cualquier corriente en las bobinas de transmisión durante la recepción, corriente que puede generar una influencia en las bobinas de recepción.

Actualmente se dispone básicamente dos tipos de circuitos de desacoplamiento, esto es, circuitos de desacoplamiento pasivos y activos.

En los circuitos de desacoplamiento pasivo, los conductores de las bobinas de transmisión presentan al menos dos diodos de silicio, para cortar automáticamente, esto es, desacoplar la/s bobina/s de transmisión con respecto a las bobinas de recepción cuando no está presente ninguna señal de excitación RF de la bobina. Este tipo de circuito de desacoplamiento presenta ciertas desventajas. En primer lugar, como los pulsos de excitación consisten en corrientes oscilantes, cuando el nivel de estos pulsos cae por debajo de un cierto umbral el diodo cambia a un estado de circuito abierto, en el cual la bobina de transmisión se corta y se desacopla. El estado conductor se restaura cuando el nivel de la señal vuelve a subir por encima del umbral de conducción del diodo. Este comportamiento introduce distorsiones en los pulsos de excitación de la bobina de transmisión, que afectan a la calidad de la imagen debido a la excitación anormal de las bobinas de transmisión y a las deformaciones consecuentes en la señal RF generada por las bobinas. Por lo tanto, la calidad con la que se seleccionan rodajas de imagen se ve asimismo afectada. Este estado empeora adicionalmente de modo general por el hecho de que las bobinas de transmisión se componen de varias secciones conectadas en serie, estando asociados en serie con cada una de dichas secciones un diodo o una pareja de diodos. Cada uno de estos diodos limitan el pulso de excitación en base al valor de su propio umbral de conducción.

Lo anterior muestra claramente que, teóricamente, el circuito de desacoplamiento pasivo funciona en base a un umbral, mientras que el desacoplamiento de las bobinas de transmisión requiere un circuito de desacoplamiento que funcione en base a tiempo, esto es, que cambie al estado conductor, en el cual las bobinas de transmisión no están cortadas, al comienzo de la transmisión del pulso de excitación a la línea de alimentación, y al estado de desacoplamiento, en el cual las bobinas de transmisión están cortadas, al término de la transmisión del pulso de excitación, sin introducir ninguna deformación de la señal. Por lo tanto, los circuitos de desacoplamiento pasivo proporcionan aproximaciones a las funciones requeridas de circuito de desacoplamiento que están basadas en el fortalecimiento de las características de los diodos de silicio.

Los circuitos de desacoplamiento activo utilizan asimismo diodos, particularmente diodos PIN, esto es, diodos cuyas características de conducción se pueden controlar mediante una corriente de polarización adecuada.

Aunque estos diodos PIN están adaptados teóricamente para las funciones requeridas, entrando en el estado conductor al ser alimentados por una corriente de polarización adecuada, presentan todavía algunas desventajas. Como los pulsos de excitación de la bobina consisten en corrientes oscilantes, en el semiperiodo negativo de dichos pulsos, la carga de polarización del diodo se reduce, debido a la corriente de polarización aplicada al mismo, y esto puede ocasionar que el estado de polarización caiga por debajo del nivel requerido para mantener el diodo PIN en el estado conductor. Este inconveniente se asocia al periodo del pulso de excitación de la bobina de transmisión. En relación con aparatos de imagen por resonancia magnética nuclear, que incluyen dispositivos para desacoplar las bobinas de transmisión con respecto a las bobinas de recepción, se asumirá que existen dos categorías: aparatos de campo bajo y aparatos de campo alto.

En los aparatos de campo alto, los semiperiodos negativos de los pulsos de excitación presentan una duración corta, de aquí que los inconvenientes de los circuitos de desacoplamiento activo, que operan con dichos diodos PIN, se eliminen o tengan un efecto menor.

Sin embargo, en los aparatos de campo bajo los semiperiodos negativos de los pulsos de excitación de la bobina de transmisión deben ser más largos, de aquí que el comportamiento del diodo PIN se convierta en un problema importante. De hecho, con el fin de que el diodo PIN pueda ser mantenido en el estado conductor durante los semiperiodos negativos largos de los pulsos de excitación de la bobina de transmisión, se deben aplicar corrientes de polarización muy altas, superiores a aquéllas permitidas por los diodos PIN. Cuando la duración del semiperiodo negativo es tal que la corriente de polarización aplicada no es suficiente para mantener el estado conductor, el diodo PIN pasa gradualmente al estado de circuito abierto. A medida que la carga de polarización disminuye, la resistencia interna aumenta, y a los altos niveles de intensidad de corriente de excitación de la bobina de transmisión durante los períodos negativos presenta una intensidad elevada, el valor Joule generado en el diodo aumenta y puede alcanzar, y de hecho alcanza ocasionalmente, un valor tal que provoca la destrucción del diodo PIN y/o la fusión de la soldadura de estaño de la pista de circuito impreso.

La patente norteamericana US5621323 divulga un circuito de desacoplamiento para bobinas de recepción que incluye dos diodos, de modo más preciso un diodo PIN rápido y de baja potencia y un diodo convencional lento y de alta potencia, conectados de modo antiparalelo en el circuito de las bobinas de recepción.

El circuito de desacoplamiento así construido es un circuito de desacoplamiento pasivo, lo que significa que no se proporciona ninguna corriente para el control del estado de polarización del diodo PIN, y este circuito se propone para evitar el uso de circuitos de desacoplamiento activo. Este documento recomienda expresamente no utilizar circuitos de desacoplamiento activo para bobinas de recepción. Además, desde un punto de vista funcional, el montaje propuesto en dicho documento, que no se refiere a bobinas de transmisión sino sólo a bobinas de recepción, en las cuales las corrientes inducidas son considerablemente menores que en bobinas de transmisión, está basado en un problema que es completamente diferente a aquél que constituye el objeto de esta invención y no se refiere al aumento de la corriente de polarización requerido para mantener el diodo PIN en el estado conductor.

La patente europea EP1130413 divulga el desacoplamiento de bobinas de recepción para aparatos de resonancia magnética nuclear, claramente del tipo de campo alto.

En primer instancia, el circuito de desacoplamiento comprende dos diodos PIN dispuestos de modo antiparalelo, pero el funcionamiento del circuito de desacoplamiento para la bobina de recepción funciona de un modo opuesto al desacoplamiento de una bobina de transmisión.

Además, el circuito de desacoplamiento divulgado en el documento EP1130413 no tiene en cuenta los problemas ocasionados por la intensidad de la corriente de polarización y por la potencia que se pueda disipar por el diodo PIN, lo que puede aumentar considerablemente el coste de los circuitos. Estos problemas no son dramáticos en una combinación de bobinas de recepción, pero son considerablemente dramáticos en las bobinas de transmisión.

Transferir el circuito de desacoplamiento del documento EP1130413 de la bobina de recepción a una bobina de transmisión para un aparato IRM de alto campo no tiene sentido, ya que los circuitos de desacoplamiento activo conocidos, constituidos por simples diodos PIN no conectados de modo antiparalelo a un diodo adicional, son capaces de mantener la conducción de la corriente RF del pulso de excitación alimentando el diodo PIN con una corriente de polarización DC razonable.

La transferencia de un circuito de desacoplamiento de acuerdo con el documento EP1130413 a un aparato IRM de campo bajo no es obvia, ya que la solución del problema consiste tan sólo en un aumento de la corriente de polarización y de la potencia que puede disipar el diodo PIN hasta los valores deseados, teniendo en cuenta el aumento de los costes relacionados con esto. El documento EP1130413 sugiere usar el circuito de desacoplamiento divulgado (página 4, línea 40) para estados de baja potencia, lo cual es exactamente lo contrario a la situación a la que se aplica la presente invención, concretamente condiciones de campo bajo y alta potencia, por lo que no es obvio la transferencia del circuito de desacoplamiento anteriormente mencionada de acuerdo al documento EP1130413, a estas condiciones.

Por lo tanto, la invención se basa en el problema de proporcionar un circuito para el desacoplamiento activo de bobinas de transmisión respecto a bobinas de recepción de un aparato de resonancia magnética de campo bajo cortando dichas bobinas de transmisión, a la vez que se permite limitar la corriente de polarización y mantener el estado conductor de circuito de desacoplamiento incluso durante semiperiodos negativos largos de los pulsos de excitación, y obviando los inconvenientes de los circuitos del estado de la técnica anterior mencionados previamente.

La invención resuelve el problema anterior proporcionando un circuito de desacoplamiento similar al descrito aquí previamente, que utiliza al menos un diodo de silicio adicional, conectado de modo antiparalelo con el diodo PIN.

El circuito de desacoplamiento puede incluir varios diodos PIN conectados en serie entre sí y/o con secciones del conductor de la bobina de transmisión, presentando cada uno una entrada para una corriente de polarización, entrada que se conecta con un generador de dicha corriente de polarización, disponiéndose un diodo de silicio por cada uno de dichos diodos PIN y estando conectado a éste de modo antiparalelo.

De acuerdo con la descripción anterior, el circuito de desacoplamiento de esta invención presenta al menos una pareja de diodos, conectados entre sí de modo antiparalelo y en serie con el conductor de la bobina de transmisión, siendo uno de los dos diodos un diodo PIN y el otro un diodo de silicio, o estando conectadas en serie entre sí y/o con el conductor de la bobina de transmisión del pulso de excitación dos, tres o más de dichas parejas de diodos.

Particularmente, se proporciona, en combinación con una bobina de transmisión que incluye un cierto número de vueltas que están separadas eléctricamente entre sí en varias secciones, conectadas en serie entre sí y con la línea de alimentación de pulsos de excitación, una o más parejas antiparalelas de diodos PIN y diodos de silicio, aguas arriba de cada sección de la bobina.

El diodo de silicio conectado de modo antiparalelo con el diodo PIN permite limitar la corriente de polarización y obviar los anteriores inconvenientes, ya que si la carga de polarización se reduce en el semiperiodo negativo de los pulsos de excitación, la función del diodo PIN será asumida sustancialmente por el diodo de silicio. En este estado, la intensidad del pulso de excitación es bastante alta, ciertamente por encima del umbral de conducción del diodo de silicio, y permite obtener pulsos de excitación sustancialmente libres de distorsión.

Mejoras adicionales constituirán el objeto de las reivindicaciones dependientes.

Las características de la invención y las ventajas derivadas de la misma se harán más evidentes de la siguiente descripción de algunas realizaciones no limitantes, ilustradas en las figuras adjuntas, en las cuales:

La figura 1 muestra esquemáticamente una primera realización simplificada de una combinación de un circuito de desacoplamiento de la invención con una bobina de transmisión.

La figura 2 muestra una segunda realización en la cual el circuito de desacoplamiento presenta una bobina de transmisión dividida en diferentes secciones de bobina separadas eléctricamente, cada una de las cuales está asociada con una pareja de diodos, un diodo PIN y un diodo de silicio, conectados entre sí de modo antiparalelo.

La figura 3 muestra dos diagramas que comparan los efectos del circuito de desacoplamiento pasivo tradicional (línea de puntos) con la línea recta ideal (línea continua) del campo magnético, medido en el centro de la bobina de transmisión, como función de la potencia del pulso de excitación, determinada como un valor de la amplitud en voltios.

La figura 4 muestra la curva de las divergencias entre el campo magnético ideal de la bobina de transmisión (línea continua) y el campo magnético real (línea de puntos) obtenido con un circuito de desacoplamiento de acuerdo con la invención, como función de la potencia del pulso de excitación, determinada como un valor de amplitud en voltios.

En referencia a la figura 1, una bobina de transmisión 1 de un aparato de imagen por resonancia magnética nuclear se conecta mediante condensadores de sintonización C1, C2 con una línea 2 para alimentar un pulso de excitación generado mediante el aparato de imagen por resonancia magnética nuclear de un modo bien conocido. Un circuito de desacoplamiento activo, generalmente indicado como 3, se conecta en serie con dicha bobina 1 generadora de un pulso de excitación, circuito que consiste en dos diodos, un diodo PIN D1 y un diodo de silicio D2, que se conectan entre sí de modo antiparalelo.

Una línea de alimentación 4 de corriente de polarización conecta un generador de dicha corriente de polarización (no mostrado en detalle) con una pareja de diodos D1, D2 y particularmente con el diodo PIN D1. Con el fin de evitar cualquier interferencia mutua entre el pulso de excitación y el pulso de polarización, una trampa 5 de RF (indicada tan sólo esquemáticamente como 5, ya que es conocida generalmente y ampliamente utilizada en circuitos de desacoplamiento activo del estado de la técnica anterior; véase por ejemplo el estado de la técnica anterior y el dispositivo descrito en el documento US4763076).

El diagrama incluye, asimismo, un circuito (no mostrado expresamente) para sincronizar el generador de pulsos de excitación de la bobina de transmisión con el generador de corriente de polarización, de tal modo que ocasione el cambio del circuito de desacoplamiento 3 al estado conductor al comienzo de la transmisión del pulso de excitación a la bobina de transmisión 1, y el cambio al estado no conductor al término de la transmisión del pulso de excitación de la bobina de transmisión.

La figura 2 muestra una realización que es más próxima a la construcción real de una bobina de transmisión para aparatos de imagen por resonancia magnética nuclear. En esta realización, la bobina de transmisión consiste en un conductor dividido en secciones individuales, cada una de las cuales corresponde a una o más vueltas, indicadas como 1 y 1', y conectadas entre sí en serie. Un circuito de desacoplamiento 3, 3' se conecta en serie tras cada sección 1, 1' de la bobina de transmisión, y está dedicado a la sección 1, 1' aguas abajo. Aguas arriba de cada sección 1, 1' de la bobina de transmisión, se dispone un condensador de sintonización C1, C2, C3, C4 y una trampa 5' de RF, ésta última conectado en paralelo con dicho condensador de sintonización, como en el estado mostrado en el ejemplo simplificado de la figura 1.

En la práctica, el ejemplo de la figura 2 es equivalente eléctricamente al de la figura 1, excepto en que está adaptado a la presencia de diversas secciones de la bobina de transmisión 1.

Se debe disponer una trampa 5'' adicional en combinación con el condensador de sintonización C3, C4 aguas abajo de las secciones 1, 1' de la bobina de transmisión.

Aunque la figura 2 tan sólo muestra dos secciones, un experto puede utilizarla fácilmente para derivar el esquema de circuitos que presentan bobinas de transmisión divididas en tres o más secciones, conectado en serie secciones adicionales de la bobina de transmisión con la pareja 3 de diodos D1 y D2, de modo antiparalelo entre sí, disponiendo el condensador de sintonización y la trampa RF aguas arriba de las mismas.

La figura 3 incluye dos diagramas contiguos que muestran el valor del campo en el centro de la bobina de transmisión como función de la amplitud del pulso de excitación en voltios.

En el diagrama de la izquierda, el circuito de desacoplamiento es un circuito de desacoplamiento pasivo, esto es, los estados conductor y no conductor del circuito de desacoplamiento están determinados por la señal de excitación RF, mientras que en el diagrama de la derecha el circuito de desacoplamiento se dispone de acuerdo con la invención.

Ambos diagramas muestran la curva de campo ideal en el centro de la bobina de transmisión como función de la amplitud del pulso de excitación, en voltios.

Los dos diagramas muestran claramente el efecto de limitación del circuito de desacoplamiento pasivo para amplitudes de señal bajas, esto es, para señales de excitación pequeñas. A medida que la amplitud del pulso de excitación disminuye, la intensidad de campo magnético, medida e indicada por la línea de puntos, disminuye igualmente en comparación con la intensidad ideal. Para valores de la amplitud del pulso de excitación muy bajos, el campo en el interior de la bobina de transmisión es nulo, debido al efecto de limitación provocado por las características del diodo. A medida que la amplitud del pulso de excitación aumenta, el campo generado por la bobina de transmisión se aproxima al campo ideal, indicado por la línea recta ideal.

Con un circuito de desacoplamiento activo de acuerdo con la invención, el campo magnético medido realmente coincide de modo esencial con el campo ideal indicado por la línea recta, incluso para pulsos de excitación de muy baja potencia, esto es, valores de la amplitud muy bajos. Para valores altos de la amplitud o de la potencia, el campo magnético medido en la bobina de transmisión corresponde siempre sustancialmente con el campo eléctrico ideal, indicado por la línea recta, o diverge de éste dentro de límites de tolerancia aceptables.

Cuando sólo se proporciona como elemento de desacoplamiento un diodo PIN, ocurriría realmente una reducción de la intensidad del campo magnético para valores altos de la potencia del pulso de excitación y para el semiperiodo negativo del mismo, debido al consumo progresivo de carga de polarización por la corriente negativa en el semiperiodo negativo. Esta diferencia aumentaría con periodos del pulso de excitación más largos, y la compensación de este efecto requeriría un aumento en la corriente de polarización a niveles tales que provocarían la destrucción del diodo PIN cuando éste está destinado a no cambiar al estado no conductor, debido a la reducción de la carga de polarización durante el semiperiodo negativo del pulso de excitación.

La figura 5 muestra un diagrama individual de la distorsión, esto es, de la diferencia del campo magnético en la bobina de excitación como función de la amplitud del pulso de excitación en comparación con la amplitud ideal del pulso para un circuito de desacoplamiento pasivo (en línea de puntos) y para un circuito de desacoplamiento de la invención (en línea continua).

La línea recta ideal resultaría en una línea horizontal que pasa a través de cero.

El circuito de desacoplamiento inventivo parece introducir distorsiones menores comparado con la curva ideal del campo, distorsiones que están en el intervalo de tolerancias aceptables tanto para amplitudes altas como muy bajas, por lo que se obvian tanto los inconvenientes de los circuitos pasivos para valores bajos de la amplitud o potencia de los pulsos de excitación, como los inconvenientes de los circuitos activos tradicionales para valores altos de la potencia o amplitud de los pulso de excitación.

La línea de puntos muestra claramente el efecto de limitación ocasionado por los circuitos de desacoplamiento pasivo para valores bajos de la potencia o amplitud de la señal de excitación.

El circuito activo tradicional no se muestra, pero su comportamiento se puede inferir como función de lo anterior, lo que significa que incrementando progresivamente la resistencia del diodo PIN a medida que la corriente de polarización disminuye, particularmente para periodos relativamente largos del pulso de excitación, la distorsión aumentaría para valores altos de la potencia, debido a una pérdida de intensidad del campo magnético. Cuando la corriente de excitación aumenta, el diodo sería destruido con el fin de mantener el estado totalmente conductor, lo que daría como resultado bien un estado totalmente conductor y no desacoplado al término del pulso de excitación o una rotura del circuito.

Obviamente, la invención no está limitada a lo que aquí se ha descrito e ilustrado, sino que puede ser ampliamente variada, especialmente en relación con su construcción, sin alejarse de los principios directores divulgados anteriormente y reivindicados a continuación.

Claims (4)

1. Un circuito para el desacoplamiento activo de bobinas de transmisión en aparatos de imagen por resonancia magnética nuclear, particularmente del tipo de campo bajo, que incluye al menos un diodo PIN (D1), conectado en serie con los conductores de al menos una bobina de transmisión (1), y que tiene al menos una entrada (4) para una corriente de polarización de entrada, habiéndose previsto medios para generar y alimentar tal corriente de polarización con el fin de determinar el estado conductor del diodo PIN (D1), y de aquí el estado operativo de la bobina de transmisión del pulso de excitación en sincronía con el comienzo de la transmisión del pulso de excitación, y el estado no conductor del diodo PIN, esto es, el desacoplamiento de la bobina de transmisión con respecto a la bobina de recepción al término de la transmisión del pulso de excitación, caracterizado porque dicho circuito presenta al menos un diodo adicional (D2), que es un diodo de silicio, conectado de modo antiparalelo con el diodo PIN (D1).

2. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye varios diodos PIN (D1, 3, 3'), conectados entre sí en serie, cada uno de los cuales presenta una entrada para una corriente de polarización (4), entrada que está conectada con un generador de dicha corriente de polarización, proporcionándose un diodo de silicio (D2) para cada uno de dichos diodos PIN (D1,3, 3'), con los cuales se conecta de modo antiparalelo.

3. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque presenta al menos una pareja (3, 3') de diodos (D1, D2) conectados entre sí de modo antiparalelo y en serie con los conductores de la bobina de transmisión (1), siendo uno de los dos diodos un diodo PIN (D1) y el otro un diodo de silicio (D2), o estando conectadas dos, tres o más de dichas parejas (3, 3') de diodos (D1, D2) entre sí en serie y/o con los conductores de la bobina de transmisión (1).

4. Un circuito de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se proporciona en combinación con una bobina de transmisión, que incluye un cierto número de vueltas, las cuales están separadas eléctricamente entre sí en varias secciones (1,1'), conectadas entre sí en serie y con la línea de alimentación del pulso de excitación, proporcionándose aguas arriba de cada sección de la bobina (1, 1') una o más parejas (3, 3') antiparalelas de diodos PIN (D1) y diodos de silicio (D2).