CN100592100C - 磁共振检测器及方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于产生关于对象的信息的磁共振(MR)系统及方法。MR系统包括至少一个配置成感测屏蔽环境(12)内的多个信号的MR检测器(18)和配置用于将模拟信号数字化以产生数字信号的数字化电路(24)。MR检测器、数字化电路设在屏蔽环境内。系统还包括配置用于将所述多个数字信号发送到多个电子器件(34)的第一发送元件(21)。
Description
技术领域
本发明一般涉及成像和光谱学系统,并且更具体地涉及磁共振系统及方法。
背景技术
高磁场磁系统诸如磁共振(MR)系统通常设在屏蔽环境内部。屏蔽环境是磁共振系统的磁孔所处的地方。通常,磁共振检测器用来检测承载关于成像对象的信息的电磁信号。随后,电磁信号经过放大,并被传输到设在屏蔽环境外部的操作员控制台,以作进一步处理。
在MRI系统中,将若干MR检测器用作感测元件,并用于感测和发送电磁信号。MR检测器可包括接收线圈如射频线圈、表面线圈以及表面线圈阵列。为提高图像质量或扩展视场或提高成像速度,MRI系统有时包括若干MR检测器。
增加MR系统中MR检测器的数量所带来的一个问题是,导电电缆的相应增加。导电电缆用于将模拟RF信号从MR检测器运送到设在成像容积和磁孔外部的电子电路。导电电缆还用于将控制信号和电能从磁孔外部的系统电子电路运送到MR检测器。电能可用于给安装在MR检测器上或其附近的前置放大器供电。
导电电缆可能体积庞大、坚硬,并难于机械地操纵。此外,它们也可产生射频环路,这可潜在地导致在成像对象内部引发灼烧。而且,导电电缆和用于导电电缆上的导电屏蔽易于获取瞬时或干扰信号,并会将它们耦合到MR检测器阵列中,导致图像失真(artifact)以及图像质量劣化。
在增加MR检测器数量时所带来的另一问题是,安装MR检测器和导电电缆所需要的空间的相应增加。而且,这种系统的实现会使得系统成本整体增加。
因此,需要将磁孔中的接收线圈之间的信号高保真地传输到磁孔外部的电子电路。
发明内容
简单地说,根据本发明的一个方面,提供了一种用于产生表示关于对象的信息的信号的MR系统。该MR系统包括至少一个配置成感测屏蔽环境内产生的多个模拟信号的MR检测器。该MR系统还包括配置用于将模拟信号数字化以产生数字信号的数字化电路(下文至少一个数字化电路)。MR检测器和数字化电路完全设在屏蔽环境内。MR系统还包括第一传输元件,其配置用于将多个数字信号传输到多个电子器件。在该MR系统中,利用包括至少一根光纤的第二传输元件将多个数字信号传输到屏蔽环境外部的处理器,并且该处理器配置成接收并处理数字信号以产生关于对象的信息。
在另一实施例中,提供了一种用于利用磁共振系统产生关于对象的信息的方法。该方法包括感测屏蔽环境内产生的多个模拟信号,并将这些模拟信号数字化以产生数字信号。数字化完全发生在屏蔽环境内。本方法还包括利用第一传输元件将数字信号传输到设在屏蔽环境内部的多个电子器件以及利用第二传输元件将数字信号传输到设在屏蔽环境外部的处理器,其中第二传输元件包括至少一根光纤。
在备选实施例中,提供了一种配置用于磁共振(MR)系统的接收器系统。接收器系统包括在屏蔽环境内、适用于感测屏蔽环境内产生的多个模拟信号并还适用于完全在屏蔽环境内将多个模拟信号转换成数字信号的MR接收器线圈电路和耦合到接收器线圈电路并配置用于将多个数字信号转换成相应的多个光信号的光转换器。
附图说明
当参照附图阅读了以下详细说明之后,将会更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优点,全部附图中类似的字符表示类似的部件,附图中:
图1是说明根据本发明的一个方面实现的磁共振成像系统的一个实施例的框图;
图2和图3是说明采用直接转换系统实现的数字化电路的实施例的框图;
图4是说明采用外差接收器电路实现的数字化电路的实施例的框图;
图5是说明根据本发明的一个方面实现的集成接收器系统的实施例的框图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一些方面可以使用的高磁场磁共振(MRI)系统10的示范性实施例的框图。可用于分析物质特性的其它磁共振系统诸如磁共振光谱学系统也从本技术中获益。以下讨论的MRI系统仅是这一种实现的示例,并不用于在药征或解剖学方面进行限制。
如这里所用的,术语“高磁场”指由MRI系统产生的磁场,它大于大约0.5特斯拉。对于本发明的实施例而言,高磁场的理想值为0.5特斯拉到7特斯拉。MRI系统例如可以是从GE医疗系统公司(GEMedical Systems,Inc.)可得的GE-Signa MR扫描仪,它适于执行本发明的方法,不过也可采用其它系统。以下将更详细地说明每个组件。
如本文所用到的,“适用于”、“配置”等指系统中的器件允许系统的元件协同操作以提供所述的效果;这些术语还指电子或光元件如模拟或数字计算机或专用器件(如专用集成电路(ASIC))、放大器等的操作能力,对这些元件编程以响应于给定输入信号提供输出,以及指机械器件用于以光或电方式将组件耦合到一起。
MR系统的操作通过操作员控制板32控制,该控制板包括处理器28和操作员接口30。控制板32包括使操作员能够经由操作员接口30控制图像的生成和显示的处理器28。处理器包括若干模块,它们通过底板彼此进行通信。这些模块包括图像处理器模块、CPU模块、脉冲发生器模块以及存储器模块,存储器模块在本领域中称为用于存储图像数据阵列的帧缓冲器。处理器通常连接到用于存储图像数据和程序的盘存储装置和带驱动(未显示)上,并且它通过高速串行链路与独立的系统控制电路(未显示)通信。
脉冲发生器模块通过串行链路连接到操作员控制板。本系统控制电路从操作员那里接收指示要执行扫描序列的命令。脉冲发生器模块操作系统组件以执行所需的扫描序列。它产生指示要产生的射频(RF)脉冲的时序、强度和形状,以及数据采集窗口的时序和长度的数据。脉冲发生器模块连接到一组梯度放大器(未显示),以指示在扫描期间要产生的梯度脉冲的时序和形状。
将由脉冲发生器模块产生的梯度波形应用到包括Gx、Gy和Gz放大器(未显示)的梯度放大器系统(未显示)。每个梯度放大器激励的孔(一般标记为15)中相应的梯度线圈以产生用于位置编码获取的信号的磁场梯度。梯度线圈孔15形成磁孔14和整体接收线圈18的部分,磁孔14包括极化磁体16。在所示的实施例中,接收线圈是射频线圈。成像容积20显示为磁孔14内用于接收对象34的区域,并包括病人孔(patient bore)。如本文所用的,MRI扫描仪的可用容积一般定义为容积20内的容积,它是病人孔内部相连的区域,在该病人孔中,主磁场、梯度场和RF场的均一性在用于成像的已知的、可接受的范围内。
发送器模块适于产生脉冲,并将这些脉冲提供给接收线圈26。在对象30中由受激核辐射产生的信号可由相同的接收线圈18感测,并提供给数字化电路24。
数字化电路24配置用于将模拟信号数字化以产生数字信号。在一个实施例中,数字信号随后经由第一传输元件21传输到电子器件34。在所示的实施例中,第一传输元件是光导管。
可以注意到,接收线圈、数字化电路设在屏蔽环境12内。在一个实施例中,数字化电路设在磁孔内。在所示实施例中,数字化电路设在成像容积20内。
由电子器件调节的数字信号随后经由第二传输元件26传送到操作员控制板中的存储器模块。第二传输元件的示例包括但不限于光导管、同轴电缆和无线网络。当扫描完成后,便已在存储器模块中获取了整个数据阵列。处理器(未显示)用于将数据傅立叶(Fourier)变换成图像数据阵列。响应于从操作员接收的命令,这些图像数据可由图像处理器作进一步处理,并且随后被显示。
在一个实施例中,数字信号作为串行输出传输。在另一个实施例中,数字化电路可包括多个数字化电路(未显示),它们配置用于产生多个数字信号。随后,数字信号并行传输到电子器件和/或处理器。在更具体的实施例中,数字化电路包括配置用于产生多个数字信号的多个数字化电路。该多个数字信号还组合起来以产生传送到电子器件和/或处理器的单个数字信号。
如图1所示,磁孔14、梯度线圈15、极化磁体16、接收线圈18和数字化电路设在屏蔽室12内。操作员控制板设在屏蔽室外部。利用第二传输元件将MR信号传输到操作员控制板。
如较早所述,数字化电路适用于范围从0.5特斯拉到18特斯拉的高磁场中。参照图2到图5更详细地说明可实现数字化电路的方式。
图2是根据本发明的一个方面实现的数字化电路的一个实施例的框图。数字化电路包括直接转换系统40。以下将更详细地说明该直接转换系统的每个部件。
直接转换系统接收来自低噪声放大器22的模拟信号。将模拟信号提供给可变增益块42,该块适于针对模拟信号引入希望的增益量。可以注意到,可变增益块可包括可变增益放大器(VGA)、衰减器及其任意组合。
这些信号随后提供给奈奎斯特(Nyquist)模数转换器(ADC)44。奈奎斯特ADC配置成通过利用奈奎斯特原理将模拟信号转换成相应的数字信号,奈奎斯特原理规定,ADC的采样速率至少为模拟信号的频率的两倍,以便允许完整地表示信号而没有混叠效应。
在图3所示的另一实施例中,直接转换系统40采用带通ADC 46来实现。在这种变换器中,采样速率通常低于模拟信号的频率的两倍。带通ADC将模拟信号转换成相应的数字信号并利用传输元件26传输。
图4是采用外差接收器系统50实现的数字化电路24的另一实施例的框图。外差接收器系统包括可变增益块52和缓冲器54。从低噪声放大器接收的模拟信号通过可变增益块传送,并被提供给混频器56。可变增益52提供了用于根据模拟信号的幅度调整增益的控制手段。
混频器56接收LARMAR频率模拟信号和本地振荡器频率信号,并产生相应的中频信号。混频器56包括采用所应用领域中众所周知的非磁组件实现的有源混频器。中频信号提供给滤波器57,在滤波器57可将不希望有的边带去除。滤波的信号提供给奈奎斯特ADC58。
奈奎斯特ADC 58以与参照图2中的奈奎斯特ADC 44所描述的类似方式操作。奈奎斯特ADC可采用具有非磁感应器的集总元件LC滤波器或陶瓷滤波器来实现。在一个实施例中,ADC的输出可具有串行数据输出。
如参照图1所述,在一个实施例中,数字化电路和接收器线圈是设在屏蔽室内的独立组件。在本发明更具体的实施例中,如图5所示,提供了适用于磁共振(MR)系统的集成接收器电路72。以下将更详细地说明每个组件。
集成接收器包括适用于感测多个模拟信号的接收器线圈74。接收器线圈可以是表面线圈、表面线圈阵列或射频线圈。集成接收器适用于范围从0.5特斯拉到18特斯拉的高磁场中。
数字化电路78耦合到接收器线圈,并配置用于将多个模拟信号转换成相应的多个数字信号。该数字化电路可以是模数转换器或模拟到光学转换器。数字化电路可采用图2到图5中所述技术中的任一种来实现。
在所示实施例中,集成接收器电路还包括低噪声放大器75。可变增益放大器76耦合在低噪声放大器75和数字化电路之间。可变增益放大器配置用于将多个模拟信号放大并将放大的信号提供给数字化电路。
虽然这里仅显示并说明了本发明的某些特征,但是对于本领域的那些技术人员而言,将会想到许多修改和变化。因此,应明白所附权利要求旨在覆盖落于本发明真实精神范围内的所有的这种修改和变化。
部件列表:
12 屏蔽室
14 磁孔
15 梯度线圈
16 极化磁体
18 接收线圈
21 第一传输元件
22 低噪声放大器
24 数字化电路
26 第二传输元件
28 处理器
30 操作员接口
32 操作员控制板
34 电子器件
40 直接转换系统
42 可变增益
44 奈奎斯特ADC
46 带通ADC
50 外差接收器系统
52 可变增益
56 混频器
57 滤波器
58 奈奎斯特ADC
72 集成接收器电路
75 低噪声放大器
76 可变增益放大器
78 数字化电路
Claims (8)
1.一种用于产生表示关于对象的信息的信号的磁共振(MR)系统,所述MR系统包括:
至少一个MR检测器(18),其配置成感测屏蔽环境(12)内产生的多个模拟信号;
数字化电路(24),其配置用于将所述多个模拟信号数字化以产生数字信号;其中所述MR检测器和所述数字化电路完全设在所述屏蔽环境内;
第一传输元件(21),其配置用于将所述数字信号传输到多个电子器件(34);
其中,利用包括至少一根光纤的第二传输元件将所述数字信号传输到所述屏蔽环境外部的处理器,并且所述处理器配置成接收并处理所述数字信号以产生所述关于所述对象的信息。
2.如权利要求1所述的MR系统,其中,所述数字化电路位于磁孔(14)内,其中所述磁孔在所述屏蔽环境内。
3.如权利要求1所述的MR系统,其中,所述数字化电路位于成像容积内,其中所述成像容积(20)在所述屏蔽环境内。
4.如权利要求1所述的MR系统,其中,所述数字化电路包括直接转换系统(40),并且所述直接转换系统包括奈奎斯特转换器(44)或带通转换器(46)。
5.如权利要求1所述的MR系统,其中,所述数字化电路包括外差接收器系统(50);其中,所述外差接收器系统包括奈奎斯特转换器(44)。
6.一种利用磁共振系统来产生关于对象的信息的方法,所述方法包括:
感测屏蔽环境内产生的多个模拟信号;
将所述多个模拟信号数字化以产生数字信号;其中所述数字化完全发生在所述屏蔽环境内;
利用第一传输元件将所述数字信号传输到设在所述屏蔽环境内部的多个电子器件;以及
利用第二传输元件将所述数字信号传输到设在所述屏蔽环境外部的处理器,其中所述第二传输元件包括至少一根光纤。
7.如权利要求6所述的方法,其中,数字化利用直接转换技术或利用外差接收器系统。
8.一种配置用于磁共振(MR)系统的接收器系统,所述接收器系统包括:
MR接收器线圈电路,其在屏蔽环境内、适用于感测所述屏蔽环境内产生的多个模拟信号并还适用于完全在所述屏蔽环境内将所述多个模拟信号转换成数字信号;和
光转换器,其耦合到所述接收器线圈电路并配置用于将所述数字信号转换成相应的多个光信号。
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