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核 磁共振成像射频接收器

阅读：1020发布：2020-07-06

专利汇可以提供核磁共振成像射频接收器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种核磁共振成像射频接收器(112；216；308；404)，所述接收器(112；216；308；404)适于从至少一个射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)接收模拟信号，所述射频接收器(112；216；308；404)包括：模-数转换器(118；226)，其用于将前置放大的模拟磁共振信号转换成数字信号，用于对所述数字信号进行数字下变换的模块 (120；230)，以及适于经由通信链路传输下变换的数字信号的第一通信接口 (130；252)。，下面是核磁共振成像射频接收器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种核磁共振成像射频接收器(112；216；308；404)，所述接收器(112；216；308；
404)适于从至少一个射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)接收前置放大的模拟磁共振信号，所述射频接收器(112；216；308；404)包括：
-模-数转换器(118；226)，其用于将前置放大的模拟磁共振信号转换成数字信号，-用于对所述数字信号进行数字下变换的解调器(120；230)，
-合并模块(250；124)，其中，所述合并模块(250；124)适于对下变换的数字信号以及用于控制所述接收器(112；216；308；404)的控制和状态信号以及可以从连接到所述接收器的另外的接收器接收的数字磁共振信号进行组合，
-适于经由通信链路传输组合的数字信号的第一通信接口(130；252)。
2.根据权利要求1所述的接收器(112；216；308；404)，还包括适于驱动所述模-数转换器的本地时钟振荡器(128；248)。
3.根据权利要求2所述的接收器(112；216；308；404)，其中，可以由导频音信号对所述本地时钟振荡器(128；248)进行同步，所述导频音信号由导频音发射线圈产生，或者其中，可以由系统时钟(136；322)对所述本地时钟振荡器(128；248)进行同步，所述系统时钟在所述磁共振成像射频接收器外部。
4.根据权利要求1所述的接收器(112；216；308；404)，还包括用于对所述下变换的数字信号进行编码和/或压缩的模块(122；232)，用于编码和/或压缩的所述模块(122；232)适于减少所述数字信号中包括的数据量。
5.根据权利要求1所述的接收器(112；216；308；404)，其中，所述接收器(112；216；
308；404)和在所述射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)形成整体结构。
6.根据权利要求1所述的接收器(112；216；308；404)，还包括电子测试电路，其中，所述电子测试电路适于检查所述射频接收器(112；216；308；404)的电子部件，其中，可以使用测试线圈(206)执行所述检查，所述测试线圈(206)适于在所述射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)中。
7.根据权利要求1所述的接收器(112；216；308；404)，还包括用于在数字化的射频信号中进行尖峰信号的检测和去除的模块(234)。
8.根据权利要求1所述的接收器(112；216；308；404)，其中，所述第一通信接(130；
252)适于通过无线射频传输或光传输或有线传输经由所述通信链路提供数字化的信号。
9.一种磁共振成像设备，包括根据前述权利要求的任一项所述的核磁共振成像射频接收器(112；216；308；404)，所述设备还包括：
-至少一个射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)，
-适于产生主磁场的主磁体(100)，
-适于有选择地产生叠加到所述主磁场上的磁场梯度的磁场梯度线圈(102)，-用于产生射频脉冲序列的射频发射线圈(106；204；302)，
-第二通信接口(134)，所述第二通信接口(134)适于与所述第一通信接口(130；252)通信，以及
-控制和数据采集系统(144；324；418)，其中，所述控制和数据采集系统(144；324；
418)适于利用所述第二通信接口(134)与所述接收器(112；216；308；404)通信。
10.一种用于磁共振成像系统的RF接口结构(306)，包括：
-根据前述权利要求1到8的任一项所述的至少一个接收器(112；216；308；404)，-第二通信接口(134)，所述第二通信接口(134)适于与所述接收器(112；216；308；
404)的所述第一通信接口通信，
-合并模块(140；412)，其中，所述合并模块适于对在多个第二通信接口(134)上传送的多个信号进行组合，利用多个接收器(112；216；308；404)将所述多个信号传送给多个射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)或从所述多个射频接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)传送所述多个信号，
-射频扫描控制单元(142；318)，所述射频扫描控制单元(142；318)适于控制所述至少一个接收器(112；216；308；404)。
11.一种控制和数据采集系统(144；324；418)，包括用于产生脉冲序列和/或控制命令的模块，所述脉冲序列和/或控制命令适于控制RF接口结构(306)，所述RF接口结构包括根据前述权利要求1到8的任一项所述的接收器(112；216；308；404)。
12.一种用于从磁共振成像接收线圈单元(106；200；202；300；400；402)接收射频信号的方法，所述方法包括：
-从所述接收器线圈单元(106；200；202；300；400；402)接收前置放大的模拟磁共振信号，
-将所述模拟信号转换成数字信号，-对所述数字信号进行数字下变换，
-从多个核磁共振成像射频接收器接收数字磁共振信号，
-对所述下变换数字信号以及用于控制所述接收器(112；216；308；404)的控制和状态信号以及从所述多个核磁共振成像射频接收器接收的数字磁共振信号进行组合，以及-在第一通信接口(130；252)上传送组合的信号。

说明书全文

核磁共振成像射频接收器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种核磁共振成像射频接收器、磁共振成像设备、RF 接口结构、控制和数据采集系统、从磁共振成像接收线圈单元接收射频信号的方法和升级老式磁共振成像系统的方法。

[0002] 背景技术

[0003] 磁共振成像(MRI)是用于对骨骼附近和周围的软组织结构成像的公知成熟技术，是针对脊柱和关节问题的最灵敏的检查技术。MRI广泛用于诊断与运动相关的损伤，尤其是那些影响膝盖、肩膀、臀部、肘部和手腕的损伤。此外，心脏、大动脉、冠状动脉和血管的MRI是用于诊断冠心病和心脏问题的快速非侵入性工具。也可以利用MRI以高度细节检查胸部和腹部的器官，包括肺、肝、肾、脾、胰和腹部血管，从而能够诊断和评价肿瘤和功能性疾病。 [0004] 在MRI中，将射频波引导到强外部磁场中的核子处，例如质子处。首先激励质子然后弛豫，发射出可以检测到并由计算机处理的无线电信号，以形成图像。因此，磁共振(MR)射频(RF)接收线圈是接收在特定MR试验中发射的所述RF信号必需的部件。因此，最佳的天线元件位置是靠近被扫描的人体，因此大部分MR接收线圈被扫描器操作员放在患者身上。

[0005] 特定线圈实施的实际工作流有效性对于MR扫描器的工作而言非常重要，因为它在很大程度上决定了MR扫描器的通量。此外，患者从主要由高效工作流确定的具有改善的患者舒适性(潜在地，更短或更轻的幽闭恐怖体验)的接收线圈以及减轻线缆混乱、更灵活地适应不同身体形状且更轻的人体工程学设计而受益。

[0006] 由于MR接收线圈或(一般地)包括线圈和像放大器、开关等的各种电子部件的MR接收链对于外部射频波造成的扰动高度灵敏，所述MR接收链必需要进行电磁屏蔽，这需要将检查室中的MR接收链和分立技术室中的控制系统进行空间分隔。

[0007] MR接收链的现有技术特征在于笨重的并行模拟方案，具有很多昂贵的模拟设计元件，例如RF开关、RF放大器、RF电源、RF 电缆和RF连接器等。所有这些部件通常散布在检查室中接收链和模拟部件到技术室中数字转换器之间10-20米距离内，由于部件的分散以及众多电部件之间不希望出现的交互，这使得这种情况成为有成本效益地设计和制造MR扫描器时最复杂和困难的方面。

[0008] 在线圈中元件数量更多的情况下，这些问题变得更加严重，即，线圈系统包括需要利用先进布线技术有效组合的多个单独线圈。而且，在MRI系统中，每根电线都需要深入考虑和认真设计，必需要避免由于电线布线耦合效应对图像质量导致有害效果。 [0009] 可以利用接收线圈的数字接口来克服这些问题。在这种情况下，已经在线圈内部执行了模拟到数字转换。通过将多种元件信息有效组合到仅几条光纤或电线中，甚至可以克服线圈中大元件数量的连接器和电缆尺寸和搬运问题。与传统的电线布线相比，利用光纤以数字方式传输RF和控制和状态信号显著减少了电线布线费用。这甚至实现了所述元件信息的无线传输。将线圈的数字接口与可用的技术和部件进行比较，在成本、尺寸和功率效率方面数字数据传输和组合方案更好。数字方案的另一好处在于，能够以可忽略的成本在线圈中增加额外的控制和采集特征，从而例如能够调谐用于自测线圈的发射线圈，并控制用于更高效线圈电源等的密集方案。

[0010] WO 03/032002A1提出了一种工作在射频带宽中的无线遥控单元，在存在由主磁体组件产生的磁场的情况下，可以将其用于和磁共振套件之内的顺序控制系统和图象处理系统进行接口连接。

[0011] US 6,356,780B1披露了一种技术，用于管理与成像系统中的外围装置和子系统相关的数据，包括提供存储器电路，以及在希望的时候，提供驻留在外围装置中的信号处理线路。

[0012] WO 2006/103591A1涉及一种磁共振成像系统、一种用于操作磁共振成像系统的磁共振成像方法以及一种用于操作磁共振成像系统的计算机程序。为了显著减少磁共振成像系统中电缆敷设数量，提出了一种磁共振成像系统，其中，通过利用数字格式从检查区或从检查区附近向检查区域之外的远程信号处理单元传输磁共振信号数据减少电缆数量。这允许使用简单的数字连接，例如单连接线等。不需要大捆同轴电缆，从而实现更便宜更可靠的磁共振成像系统。

[0013] WO 2004/089211A2披露了一种包括接收器组件的磁共振成像检查设备，所述接收器组件位于检查区附近，用于响应于磁共振信号产生信号，以传输到信号处理系统。为了克服与信号发生器和信号处理单元之间的金属电缆连接相关联的问题并克服与存在的非金属连接相关联的问题，接收器组件包括用于产生数字电磁信号的数字化器，以传输到信号处理单元。

[0014] US 6,339,717B1披露了一种包括主计算机单元、控制计算机单元和图像计算机单元的医学检查系统，尤其是磁共振系统。因此，靠近图像信号接收系统的射频线圈设置模拟到数字(AD)变换器，其中检查系统形成磁共振系统的样式。因此，可以将AD转换器设置在连接插头中，利用连接插头将信号线连接到射频线圈。

[0015] WO 2006/030331A2披露了一种射频接收线圈，包括被调谐到磁共振频率以检测磁共振信号的天线。与天线设置成一体结构的电子线路包括压缩电路，压缩电路包括磁共振信号和由增益控制信号控制的增益，以产生压缩的磁共振信号。此外，电子线路包括模拟到数字转换器，对压缩的磁共振信号进行数字化以产生数字化的压缩磁共振信号。 [0016] WO 2007/043009A2披露了一种射频天线，包括用于拾取磁共振信号的谐振拾取电路、用于将磁共振信号转换成数字数据的模拟到数字转换器以及用于转换数字数据基本频带的转换器。

[0017] WO 2005/024448A1披露了一种具有动态增益和无线接收器控制的磁共振成像接收链路。此外，描述了对信号放大器增益进行实时反馈控制。因此，使用了多个具有不同增益的不同放大器，其中，使用复用器以便组合放大器的数字化输出。

[0018] US 7,123,009B1披露了具有FID探测器单元和用于处理FID信号的计算机单元的MRI系统，其中，在计算机单元处借助导频信号校正探测器单元处引入FID信号的相位误差。

[0019] Wei等人在2007年JMR 186第358到363页确实披露了一种用于磁共振成像的数字无线传输系统标准。此外，提出了一种利用码分复用进行相应数字无线传输的系统。 [0020] WO 2006/048816A1涉及一种用于对置于固定而基本均匀的主磁场中的身体进行磁共振成像的装置。本发明提出为置于检查区中或附近的多个接收单元做好准备，所述接收单元接收多个单元，每个单元包括用于从身体接收MR信号的接收天线和用于对接收的MR信号进行采样并将信号样本变换成数字信号的数字化模块。

[0021] WO 2006/030331A2确实披露了一种射频接收线圈，包括被调谐到磁共振频率以检测磁共振信号的天线。与天线设置成一体结构的电子线路包括压缩电路，所述压缩电路通过增益控制信号压缩磁共振信号以产生压缩的磁共振信号。

发明内容

[0022] 本发明提供了一种核磁共振成像射频接收器，所述接收器适于从至少一个射频接收线圈单元接收模拟信号，射频接收器包括用于将前置放大的模拟磁共振信号转换成数字信号的模-数转换器，用于对数字信号进行数字下变换的模块，以及适于经由通信链路传输下变换数字信号的第一通信接口。

[0023] 对磁共振信号进行数字传输，或者一般地例如通过光纤来以数字方式传输RF和控制及状态信号，优点是显著降低了电线布线费用。此外，这允许用分组交换数字网络，其能够有效地控制不同接收器，并将不同MR数据链合并和组合到每个线圈的单个数字网络接口。这有效地将现有技术MRI系统的电流模拟链转换成几乎纯粹的数字链，模拟成分内容得到非常大的降低。模拟链有效地减小到0.4米以下的长度。数字技术进一步允许选择能够针对其系统工程方面优化的接口层：降低电缆敷设和连接器成本、复杂性、尺寸、可靠性等。数字化接收链的抽象化能力还允许从控制和采集系统的其余部分或经由诸如TCP/IP以太网的网络标准上的功能接口对软件层上的接收链进行抽象化。完全抽象化的RF链潜在地还是可OEM的产品。

[0024] 利用数字下变换器(即解调器)，可以通过对接收到的射频信号带进行解调来进行可变数据压缩。例如，对于1.5T质子MRI系统而言，通过对数字信号进行数字下变换，可以将数字化带宽减小几乎50倍，这是由于采集到的RF频率在64MHz左右，而适当的带宽仅为±1.5MHz。

[0025] 根据本发明的实施例，接收器还包括本地时钟振荡器。因此，可以由导频音信号对所述本地时钟振荡器进行同步，所述导频音信号由导频音发射线圈产生，或根据本发明的另一个实施例，可以由系统时钟对所述本地时钟振荡器进行同步。利用数字链路作为分布中央系统时钟的方法，能够对整个系统中的不同接收器进行相位和频率锁定。从那时起，所有的控制和状态信息、MR数据和同步数据都在单个连接上行进，能够生成长期稳定的数字线圈接口，该接口支持无限的通道，直到数字链路的带宽极限。

[0026] 在由导频音信号同步的实施例中，由导频音发射线圈连续产生RF频率并连同MR信号一起采集所述RF频率。由于导频音的相位是已知的，因此可以推导出采集MR信号的时间。

[0027] 在由主系统时钟同步的实施例中，对于这种主系统时钟来说，需要长期频率稳定度。不过，由于将主系统时钟分布到各个线圈元件上，随着时钟通过各个电子和光学部件传播，时钟较短期的稳定性或抖动会劣化。然而，对于集成的RF装置而言，这种时钟劣化是无法接受的，尤其是对于数字接收器的模-数转换器而言。因此将本地振荡器选择为受电压控制的晶体振荡器(VCXO)以提供这种部件所需的低抖动。然而，没有特定时钟质量要求的网络节点不需要提供低抖动时钟。

[0028] 例如，利用系统时钟作为产生光纤时钟的基准来分布系统时钟。这样使得每个上游(朝向线圈)光纤连接能够承载系统时钟。在每个光纤上游目的地，例如接收器，利用从数据自身导出的恢复时钟对光纤数据采样。这种被恢复的数据时钟仍包含过高频率抖动，不能用作上文所述的实际时钟。因此，使用本地负载抖动电压控制振荡器。利用恢复的时钟确保长期稳定性(即低频率抖动)，这是由于它是长期耦合到系统时钟的。 [0029] 根据本发明的实施例，接收器还包括用于对下变换的数字信号进行编码和/或压缩的模块。对经过下变换的数字信号进行编码和/或压缩能够进一步减少经由通信链路传送的数据量。如上所述，接收器解调级能够将来自正进行数字转换的模-数转换器的数据减少高达50倍。这种减少非常重要，这是由于数据传输带宽是线圈中功耗的很大贡献者。此外，利用MR信号性质的数据编码和/或压缩能够进一步降低带宽并从而降低功耗。 [0030] 根据本发明的实施例，接收器作为整体结构包括在射频接收器线圈单元中。于是，其余模拟链部件和复杂性大大减小了RF链的散布，在这种情况下RF链完全包含在线圈自身中，改善了诊断和维修平均时间。此外，在线圈中集成接收器实现了鲁棒的无线线圈方案，在发射到控制系统之前，该方案具有减小的MR信号数据带宽，这显著降低了无线线圈的功率消耗。

[0031] 在射频接收器线圈单元中包括接收器进一步实现了新的商业机会，即RF线圈组接口连接在整个行业内的一致。这种一致性会对客户和制造商有益，这是由于这会减少MR系统中整个R接收链的拥有成本，因为在每个MR组织中这都是沉重的平台资源和成本负担。

[0032] 具体而言，由于很多改进的原因，模拟接口上的数字接口实现了这一效果。例如，通过合并线圈组中已经有的不同元件的数据，数字传输允许增加元件数量而不会有连接器影响。此外，在线圈组中合并数字数据允许单个电线或导光线处理所有数据，而不是如现有技术那样的并行方案。模拟方案还使用更高的功率消耗来合并，且难以处理模拟复杂性。此外，在线圈组中以数字方式进行编码和/或无损耗的压缩能够减少要通过光纤发送的数据，并降低传输功耗，这是由于编码处理功率比发送未编码数据少得多。而且，模拟压缩更难以作为稳定方案加以管理，由于设计复杂性、功率消耗等原因，允许更少的压缩。数字接口还允许更智能地处理线圈组和元件ID及性质。而且，基于线圈组的数字控制能够进行更综合的线圈组自我诊断。甚至，MR接收链相对于核子频率的变化完全包封在线圈组之内而不再在系统中。

[0033] 仅对于数字分组数据传输才启用无线线圈，这是由于模拟传输在带宽、功率消耗和可靠连接方面会不合要求。由于当前无线方案的带宽限制，在不远的将来，在适当时候将会把数字有线线圈与无线线圈组合。因此，无线线圈也能够受益于系统线圈接口改进的可定义性和可管理性。

[0034] 根据本发明的实施例，接收器还包括合并模块，其中，所述合并模块适于组合多个数字化磁共振信号和用于控制接收器的控制和状态信号，所述多个数字化磁共振信号源于接收器线圈单元的多个天线元件。通过如下方式设计合并模块：提供来自其他接收器构成块的光纤接口和朝向线圈连接器和主系统的光纤接口，从而能够例如通过串行链接组合多个接收器单元和线圈。可以将这种串行链接一直进行到由所用通信链路的带宽决定的极限，并且可以将几乎任意数量的接收器和线圈连接到单个输出光纤链路。线圈自身的潜在串行链接可以进一步减少内部线路的长度，或甚至在一些情况下能够完全摆脱线路。在这种情况下，获得了树形拓扑。

[0035] 根据本发明的实施例，接收器还包括电子测试电路，其中，所述电子测试电路适于检查所述射频接收器的电子部件，其中。可以使用测试线圈执行所述检查，所述测试线圈适配于所述射频接收器线圈单元中。由于可以容易地以有成本效益的方式对数字电子线路进行扩展以其增加智能功能，因此启用这种线圈自测和自我诊断，显著降低了服务和制造成本。

[0036] 根据本发明的实施例，接收器还包括用于在数字化射频信号中检测和去除尖峰信号的模块。在接收器中这样实现尖峰信号检测和去除模块能够为尖峰信号检测实现更鲁棒和有成本效率的方案，尖峰信号检测可充当系统级尖峰信号抑制的依据。

[0037] 根据本发明的实施例，所述第一通信接口适于通过无线射频传输或光传输或有线传输经由所述通信链路提供数字化信号。然而，优选光学传输或无线传输。即使RF接收器单元对电磁扰动高度灵敏，也可能进行无线射频传输。原因在于，RF接收器单元工作在较低MHz范围内，而无线传输在GHz范围内执行。

[0038] 在另一方面中，本发明涉及一种磁共振成像设备，包括核磁共振成像射频接收器，至少一个射频接收器线圈单元，适于产生主磁场的主磁体，适于有选择地产生叠加到所述主磁场上的磁场梯度的磁场梯度线圈，用于产生射频脉冲序列的射频发射线圈，第二通信接口，所述第二通信接口适于与所述第一通信接口和控制和数据采集系统通信，其中，所述控制和数据采集系统适于利用所述第二通信接口与接收器通信。

[0039] 根据本发明的实施例，该设备还包括系统时钟，所述系统时钟适于进行接收器本地时钟的同步。

[0040] 在另一方面，本发明涉及一种RF接口结构，包括至少一个数字接收器，第二通信接口，所述第二通信接口适于与所述第一通信接口通信，所述第一通信接口适于与接收器的第一通信接口通信，合并模块，其中，所述合并模块适于组合通过多个第二通信接口传输的多个信号，所述多个信号是利用多个接收器向多个射频接收器线圈单元或从多个射频接收器线圈单元传输的，以及射频扫描控制单元，所述射频扫描控制单元适于控制所述至少一个接收器。

[0041] 这种RF接口结构的优点在于，可以由OEM供应商向磁共振OEM供应该结构，所述OEM将RF接口结构集成到它们的现有系统中。数字子系统的部件分散小，制造复现能力得以改善。而且，数字接口的长期标准化是可能的。因此，本发明的RF接口结构实现了已安装基本磁共振成像设备的统一升级。

[0042] 根据本发明的实施例，RF接口结构还包括系统时钟，所述系统时钟适于进行接收器本地时钟的同步。然而，通常，系统时钟可以位于磁共振成像系统中的任何位置。 [0043] 根据本发明的实施例，所述RF接口结构可以由控制和数据采集系统控制，其中，所述控制和数据采集系统适于产生脉冲序列和/或控制命令并向RF接口结构传送所述脉冲序列和/或控制命令。

[0044] 根据本发明的实施例，RF接口结构还包括用于产生脉冲序列和/或控制命令的模块，所述脉冲序列和/或控制命令是利用第二接口传送到接收器的。然而，用于产生脉冲序列和/或控制命令的所述模块还可以被包括在控制和数据采集系统或独立单元中。 [0045] 在另一方面，本发明涉及一种控制和数据采集系统，包括用于产生脉冲序列和/或控制命令的模块，所述脉冲序列和/或控制命令适于控制RF接口结构，所述RF接口结构包括数字接收器。

[0046] 根据本发明的实施例，RF接口结构还包括第二通信接口，所述第二通信接口适于与所述第一通信接口通信，合并模块，其中，所述合并模块适于对通过多个第二通信接口传送的多个信号进行组合，所述多个信号是利用多个接收器和射频扫描控制单元向多个射频接收器线圈单元传送或从多个射频接收器线圈单元传送的，所述射频扫描控制单元适于控制接收器。

[0047] 根据本发明的实施例，控制和数据采集系统还包括系统时钟，所述系统时钟适于进行接收器本地时钟的同步。

[0048] 在另一方面，本发明涉及一种从磁共振成像接收线圈单元接收射频信号的方法，所述方法包括从所述接收器线圈单元接收前置放大的模拟磁共振信号，将所述模拟信号转换成数字信号，对所述数字信号进行数字下变换，以及通过第一通信接口传输经数字下变换的信号。

[0049] 根据本发明的实施例，该方法还包括对本地时钟振荡器进行同步。 [0050] 根据本发明的实施例，由导频音信号对所述本地时钟振荡器进行同步，所述导频音信号由导频音发射线圈产生，或其中由系统时钟对所述本地时钟振荡器进行同步。 [0051] 根据本发明的实施例，该方法还包括对下变换的数字信号进行编码和/或压缩。 [0052] 根据本发明的实施例，该方法还包括组合多个数字化磁共振信号和用于控制接收器的控制和状态信号，其中，所述多个数字化磁共振信号源于接收线圈单元的多个天线元件。

[0053] 根据本发明的实施例，该方法还包括检查所述射频接收器的电子部件，其中，利用测试线圈进行所述检查，所述测试线圈适配于射频接收器线圈单元中。

[0054] 根据本发明的实施例，该方法还包括在数字化射频信号中检测和去除尖峰信号。 [0055] 在另一方面中，本发明涉及一种升级具有至少一个接收线圈单元的旧式磁共振成像系统的方法，所述方法包括提供数字接收器。

[0056] 为面市的数字磁共振接收链提供数字RF线圈组接口将为平台创造出很大的利用价值，并能够设置市场中的标准，这种标准为客户解决了其成本和线圈组拥有方面的问题。因此甚至能够实现为超过一家制造商赋予单一线圈组类型的能力。因此能够在所有数字RF链部件上进行商务活动，由此OEM将这些部件集成在它们的系统中。还可能将全部线圈组集成在OEM系统中。另一种用于升级旧式磁共振成像系统的情形可能是基于线圈组的接收器部件层次上的事情，由此OEM仅制造数字网络的系统方和协议。另一种可能是基于线圈组的接收器系统方的独立接收链上的事情，由此，OEM将该接收链与其他专有控制和数据采集系统对接。

[0057] 根据本发明的实施例，该方法还包括提供控制和数据采集系统，所述控制和数据采集系统包括用于产生脉冲序列和/或控制命令的模块，所述脉冲序列和/或控制命令适于控制RF接口结构，所述RF接口结构包括接收器。附图说明

[0058] 在下文中，参考附图，仅以举例方式更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：

[0059] 图1是磁共振成像设备的实施例的方框图；

[0060] 图2是根据本发明的接收器单元的实施例的方框图；

[0061] 图3是示出了根据本发明的线圈组件-主机-RF接口结构的方框图；

[0062] 图4是示出了磁共振成像接收链的构成块的方框图。

[0063] 附图标记列表

[0064]100 主磁体线圈
102 梯度线圈
104 患者
106 线圈
108 主线圈电源
110 电源控制器
112 接收器
114 发射线圈放大器
116 梯度线圈控制器
118 模-数转换器
120 数字下变换器
122 编码器/压缩器
124 基于元件的合并单元
126 尖峰信号检测单元
128 本地时钟
130 接口
132 网络
134 RF链从属子系统 (RF-chain slave subsystem)
136 系统时钟
138 接口
140 基于系统的合并单元
142 RF扫描控制
144 主机控制和数据采集系统
146 数据处理系统
148 屏幕
150 输入装置
152 存储器
154 接口
156 处理器
158 计算机程序产品
160 模块
200 天线元件
202 线圈元件调节器
204 RF线圈
206 测试线圈
208 PIN
210 元件匹配单元
212 放大器
214 去耦单元

[0065]216 RF接收器
218 端接输入开关
220 单元
222 放大器
224 抗混叠滤波器
226 多个-模-数转换器
228 再采样单元
230 数字下变换器
232 数据编码单元
234 尖峰信号检测单元
236 ADC本地时钟发生器
238 单元
240 模-数转换器
242 控制单元
244 存储器
246 时段引擎(stretch engine)
248 VCO和PLL
250 基于元件的合并单元
252 接口
254 子线圈检测单元
300 线圈组
302 RF线圈
304 放大器
306 RF接口结构
308 接收器
310 连接器
312 连接器
314 RF链从属子系统
316 路由器
318 RF扫描控制单元
320 基于系统的合并单元
322 系统时钟
324 主机控制和数据采集系统
326 数据处理系统
400 天线元件
402 线圈元件调节器单元
404 数字接收器
408 基于元件的合并单元
410 接口
412 基于系统的合并单元
414 路由器
416 控制器
418 主机控制和数据采集系统
420 数据处理系统
422 接收器单元
424 网络链路

具体实施方式

[0066] 图1是磁共振成像设备实施例的方框图。磁共振成像设备包括适于产生执行磁共振成像所需的静磁场的主磁体线圈100。该设备还包括梯度线圈102，所述梯度线圈使得能够有选择地对受检者的不同体素(体积图元)成像。患者104位于主磁性线圈100的通常柱形的腔内。利用线圈106对患者104的身体的部分成像。这种线圈可以包括发射线圈和接收线圈，或者，可以额外地提供独立于接收线圈的发射线圈。

[0067] 主磁体线圈100受主线圈电源108和电源控制110的控制。然而，由于超导磁体是当今MRI扫描器中最常见的磁体类型，因此这种主线圈电源108和电源控制110仅对于所述超导磁体的极少关机和启动过程而言是必要的。

[0068] 梯度线圈102受到梯度线圈控制单元116的控制。还提供了连接到线圈106的发射线圈放大器114。可以将线圈106自身改造为包括很多元件线圈的线圈。甚至可以将线圈改造成多元件定相阵列线圈，其能够并行采集多通道的数据。

[0069] 电源控制110、发射控制放大器单元114和梯度线圈控制单元116连接到接收器112。接收器112包括适于将从线圈106接收的RF信号转换成数字信号的模-数转换器
118。利用数字下变换器120，可以对数字化的MR信号进行下变换，以便将来自模-数转换器的数据率降低50倍或更低(例如，从50MHz到1MHz)。编码器和/或压缩器122甚至可以利用MR信号性质进一步降低带宽，并从而降低功耗。

[0070] 接收器112还包括基于元件的合并单元124。基于元件的合并单元124用于将进入接收器的MR数据和状态数据与采集的MR数据和本地状态合并，以向系统提供用于进一步处理的所述合并信息。当将多个线圈连接到接收器112或当多个接收器连接成环路时，这一点尤其必要。

[0071] 接收器112中包括的尖峰信号检测单元126目的是检测例如由于系统中的静电放电导致的不希望的尖峰信号。接收器112还包括本地时钟128。对该本地时钟128的主要要求是它是极为短期稳定的。

[0072] 接收器112还包括接口130。因此，接口130适于通过网络132经由通信链路向RF链从属子系统134发送例如下变换的数字信号。因此，RF链从属子系统134也拥有接口138。这种接口可以是用于无线数据传输的空中接口或光纤。

[0073] RF链从属子系统134包括RF扫描控制单元142和基于系统的合并单元140。基于系统的合并单元140目的在于合并从多个接收器进入接口138的MR数据和状态信息。其目的还在于向所有进入的光纤广播控制和状态命令，所述光纤进入接口138。 [0074] RF链从属子系统134连接到主系统时钟136。网络132的每个节点具有其自己的本地时钟和一组事件计时器，用于控制节点本地的装置定时。由此，每个本地时钟与系统主时钟136同步。将包括事件计时器的每个节点的数字电路实现为由本地时钟驱动的同步电路。所谓的伸展引擎提供在事件计时器定义的时间点控制参数的装置。

[0075] 由于每个节点通常具有一个或多个诸如RF发射机和/或RF接收器的装置，用于多通道MR信号的产生和接收，因此必需使装置运行高度同步，以确保一致的多通道工作。确保网络上的所有时钟以相同频率运行被称为时钟分布。将事件计时器的同步称为时间对齐。在图1所示的设备中，不需要将任何特殊专用信号线用于时钟分布或时间对齐。这减少了硬件部件数量并提高了系统可靠性。不过，这确实需要特定的协议、校准测量和调节技术。因此，例如可以通过如下措施来实现时钟分布和时间对齐：分布时钟、实现频率锁定、开始计时器、测量时间延迟、调节计时器、时间延迟补偿。

[0076] 在下文中，以更详细的方式描述时钟同步：

[0077] 对于时钟分布而言，在图1中，将主系统时钟136作为参考。实际上，网络的任何节点都能够提供时钟参考。然而，在实践中，根节点为时钟参考提供了最方便的网络位置。对于磁共振成像而言，需要极其稳定的基准时钟，通常基准时钟被实现为炉控晶体振荡器。
该时钟确保了网络中所有时钟的长期频率稳定度。

[0078] 频率锁定确保网络中的所有本地时钟以严格相同速率运行。一旦所有本地时钟都处于频率锁定中，时钟之间存在的任何相位差都将保持恒定。在每个如接收器112的网络节点上存在着用作本地时钟128的本地振荡器。通过锁相环路(PLL)将本地时钟振荡器的频率锁定到链路数据率。在时钟通过各种电子和光学部件传播时，其短期稳定性或抖动性恶化。因此将本地时钟振荡器选择为受电压控制的晶体振荡器(VCXO)以提供接收器112的部件所需的低抖动。

[0079] 借助于通过网络传输的开始消息启动事件计时器。由于网络传输等待时间是可变的，因此开始消息仅用于对事件计时器进行同步，使之处于消息传输导致的最大等待时间之内。网络132提供被称为信号的特殊消息，用于诸如起始信号的专用控制消息的低延迟传输。在启动事件计时器之后，确保时间对齐处于例如10μs之内，方便了延迟的精确测量和计时器的后续调节和时延补偿。

[0080] 网络132未提供确定时延的措施，但借助于RF信号间接导出时延。这要求每个需要精确时间对齐的节点上有至少一个RF发射机。通过发送具有节点频率和相位的信号，可以确定发送和接收节点之间的时延。一旦测量了时延，在每个事件计时器处简单插入适当时延就使得事件计时器同步。

[0081] 然而，即使时间对齐会是严格的，事件计时器也会将事件的同步限制在通常仅好于100ns的精确度。由于本地时钟工作在50MHz，通过将事件计时器缩放多个时钟周期可以将这种精确度改善到20ns。通过经特殊措施补偿时延实现额外的精确度。这样能够将时间同步的精确度一直提高到大约10ps。

[0082] 时延补偿技术强烈取决于相关具体装置。在图1的情况下，要考虑的主装置是接收器单元112。通过在时段引擎的例如100ns时间网格上对RF脉冲调制波形再采样，可以获得有时间对齐提供的好于通常20ns的定时精度。对于连续调制波形而言，还可以计算调制频率的相位演变，避免提供样本相位值的需要且在适当采样的频率值中仅提供单个初始相位。

[0083] 返回到图1中的MR系统组件，借助于控制和数据采集系统144将RF链从属子系统134连接到数据处理系统146。数据处理系统146主要用于根据采集的MR图像数据重构MR图像。这是利用模块160执行的，模块160被改造为可由处理器156执行的计算机程序产品158。数据处理系统146还包括屏幕148和输入装置150，屏幕例如用以显示所述重构的MR图像，输入装置150例如是键盘或鼠标。数据处理系统146还包括存储器152和接口154，所述接口154适于与主机控制器和数据采集系统144通信。存储器152可以改造为任何现有技术公知的存储装置，例如硬盘驱动器、DVD或CD驱动器、易失性和非易失性存储器等。

[0084] 图2示出了根据本发明的接收器单元216的实施例的方框图。包括RF线圈204和测试线圈206的天线元件200经由去耦装置214利用线圈元件调节器202连接到接收器单元216。因此，测试线圈206是任选的，未必是接收器单元216工作必需的。线圈元件调节器202包括元件匹配单元210、放大器212和PIN 二极管，以便能够调谐或去调谐线圈204和相应的电子电路。这种调谐和去调谐是必要的，因为如果在所述发射期间接收线圈204处于被调谐状态，利用发射线圈激励被研究的自旋系统会在接收线圈204中诱发极大的电流。

[0085] 元件匹配单元210随线圈设计变化，用于将天线元件匹配到低噪声放大器212。 [0086] 将低噪声放大器212放大的信号利用端接输入开关218输入到接收器216。端接输入开关218与单元220组合用于对接收器216进行诊断。通过启用端接输入开关218，模拟了天线元件连同线圈元件调节器202的存在，并可以独立于天线元件200和线圈元件调节器202的真实存在而测试接收器216。

[0087] 将通过端接输入开关218传输的RF信号输入到单元220中，下文将详细解释单元220的目的。在单元220的输出，将RF信号输入到放大器222、放大器和多重模-数转换器
226之一的高增益路径中的抗假信号滤波器。因此，多重模-数转换器226用于为模拟数字转换提供更大的动态范围。

[0088] 之后，将数字化信号馈送到再采样单元228中。由此，再采样单元228将可变ADC采样率再采样到数字下变换器230的固定速率。然后将再采样的数字化数据输入到数字下变换器230中，所述数字下变换器230减小数字化信号的数据率。

[0089] 将经过数字下变换的信号供应到数据编码单元232能够利用对真实数据的认识进行数据编码和/或压缩。进一步将编码的数字化信号发送到基于元件的合并单元250，合并单元用于合并从多个线圈以及多个可能连接到接收器216的接收器进入的MR数据和状态。基于元件的合并单元250特征在于与接收器216之间的多个接口：到接收器远程时段引擎246的接口、MR数据卸载接口252、借助于ADC本地时钟发生器236为接收器提供恢复时钟的接口，以及接口252，用于借助于相连的线圈元件调节器202访问控制和状态，用于(去)调谐相连的天线元件。基于元件的合并单元250还包括到其他接收器构成块的光纤接口以及子线圈检测接口。

[0090] 模-数转换器本地时钟发生器236由本地时钟控制，即，由电压控制振荡器和锁相环路(VCO和PLL)控制。因此，对于向多重模-数转换器226提供多个频率而言，模-数转换器本地时钟发生器236是必需的，这是在多个磁场下为多个核子执行MRI所必需的，从而提供高度灵活的接收器216而无需改变接收器的硬件。由远程时段引擎246对ADC本地时钟发生器236进行控制。远程时段引擎246还控制解调的采样。通常，时段引擎246随着时间的过去发送命令，以便对连接到接收器216的部件状态进行遥控。

[0091] 单元238用于添加调谐和RF信号并将所述信号提供到数字-模拟转换器240，以向单元220输入所得的模拟信号。这是用于接收器单元216测试的反馈回路。连接到基于元件的合并单元250的控制单元242用于控制(D)调谐驱动和天线元件200的状态。 [0092] 例如，对于识别连接到串行连接的多个接收器的多个线圈而言，基于元件的合并单元250的非易失性存储器244是重要的。在必需要通过实现动态网络配置来实现即插即用功能的情况下这也是重要的，所述动态网络配置检测借助接口252连接到基于元件的合并单元250的热插拔数字接口。在询问网络节点其出厂安装的信息(哪个线圈、哪些元件连接到每个接收器等)之后，将节点配置为网络的一部分。配置过程的中心在于，在工厂中为每个接收器单元216赋予唯一编号，由配置状态的软件将该编号映射到唯一地址。因此，这种唯一的ID是无线提取必需的。

[0093] 接收器216还包括连接到时段引擎246的子线圈检测单元254。为了能够灵活地向随后连接到接收器216的一个主线圈增加多个子线圈204，这种子线圈检测单元254是必要的。

[0094] 接收器216中还包括尖峰信号检测单元234，所述尖峰信号检测单元也连接到时段引擎246。

[0095] 必需要指出，接收器单元216、线圈元件调节器202和天线单元200可以包括在一个共同的整体单元中。因此，为了在磁体腔中有效而连续地具有一项数字电子功能，绝对必需要屏蔽例如接收器216的电子线路，使其免受来自高功率发射脉冲的杂散发射的影响，这种杂散发射甚至能够破坏电子线路，更不用说会使它们混乱了，这是因为强发射脉冲能够在甚至很小的导线中诱发大电流。非常小的信号将导致乱真的噪声，并将因此显著地提高固有MR噪声基底。还必需要确保接收器电子线路导致的磁场失真极低。这需要开发利用完全封闭的包括电子部件的盒子有效屏蔽接收器的技术，以及对盒子设计的优化，以便防止由开关梯度线圈导致的涡电流的形成。

[0096] 图3示出了根据本发明的线圈组件-主机-RF接口结构的方框图。线圈组300主要包括RF线圈302和适于放大线圈302接收的MR信号的放大器 304。将放大的信号发送到RF接口结构306。

[0097] RF接口结构306包括接收器308、两个连接器310和312，所述连接器形成用于从接收器308向RF链从属子系统314传输数字数据的接口。也包括在RF接口结构306中的RF链从属子系统314包括路由器316、RF扫描控制单元318和基于系统的合并单元320。 [0098] 路由器316用于复用连接到RF链从属子系统314的多个网络链路。例如，多个接收器308可以连接到一个RF链从属子系统314。路由器316还用于物理层转换的目的。RF扫描控制单元318控制例如天线302的调谐或去调谐状态，对于安全而言这尤其重要。如上所述，在利用大功率RF脉冲激励被研究自旋系统期间接收线圈302处于调谐状态的情况下，可能破坏接收器部分308的整个电子线路。因此，安全控制是绝对需要的。 [0099] RF链从属子系统314连接到主机控制和数据采集系统324。主机控制和数据采集324自身连接到数据处理系统326，所述数据处理系统用于重构由线圈组300和接收器308采集的MR图像数据。

[0100] 图3中还示出了系统时钟322。在本实施例中，系统时钟322连接到主机控制和数据采集系统324和RF接口结构306。因此，经由网络的数字链路分布系统时钟。经由起始信号实现主机控制和数据采集系统324和RF接口结构306的同步。利用MR测量来测量接收器之间的相位差异并在后续扫描中校正所测到的差异，从而使像接收器308的远程数字接收器同步。网络负责从远程数字接收器308向重构系统326传输MR数据包。此外，网络从主机控制和数据采集系统324向数字接收器308分布控制和状态命令。

[0101] 主机控制和数据采集系统324还控制线圈组300的(去)调谐驱动器，还监测其正常工作。在接收器308中进行模-数转换，经由网络连接器310和312，利用光纤或无线方案以数字方式进行线圈组300和主机控制和数据采集系统324之间的所有通信。由于远程数字接收器308还包含解调数据减少和编码，因此还通过网络运行控制和状态功能，以便除了必需的(去)调谐控制和安全监测联锁还控制这些功能。

[0102] 图4示出了方框图，绘示了磁共振成像接收链的构成块。如已在图3中所示的，磁共振成像接收链的构成块包括多个天线元件400、连接到每个天线元件的线圈元件调节器单元402、包括对来自天线400的所接收信号进行模-数转换的模块的数字接收器，以及基于元件的合并单元408。数字接收器404和基于元件的合并单元408包括在接收器单元422中。每个接收器单元422具有n个接收器和m个输入光纤接口和单光纤输出。利用基于元件的合并单元408，接收器单元422将所有从每个输入光纤接口进入的MR数据与本地采集的数据合并，并将其转发到下游的下一接收器单元442或经由数字接口410转发到控制和数据采集系统418中的基于系统的合并单元412。在此将下游定义为从接收器朝向主机控制和数据采集系统418的方向。

[0103] 从图4可以看出，由于接收器单元422的设计原因，多个接收器单元422可以串行连接，并可以将任意数量的接收器连接到单个输出光纤链路。

[0104] 主机控制和数据采集系统包括控制器416和路由器414。基于系统的合并单元412还负责读取传感器信息，该信息表示具有接口模块410的数字连接器是否连接到主机控制和数据采集系统418。

[0105] 必需要指出，适配于接口410之间以将接收器单元422连接到主机控制和数据采集系统418的网络链路424可以形成为无线、光学或有线通信链路。然而，为了实现图4的磁共振成像接收链的构成块的无线设计，必需要使用合并和广播方面两种重要通信原理。在无线设计中，原则上，发射机始终向所有接收器广播任何信息，每个接收器提取出(寻址)其感兴趣的信息。假设冲突处理准备就绪，所有无线方案还将数据合并到无线介质。通过提供每个被寻址接收器的唯一标识符的符号来支持发现所有接收器可用的配置相位。 [0106] 参考图4，主机控制和数据采集系统418中包括的控制器416借助于独立的处理器板控制所有的实时方面。利用路由器414，也可以将主机控制和数据采集系统418连接到多个适于重构所采集的MR图像数据的数据处理系统420。

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核磁共振成像射频接收器

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