CN101023368B - 具有动态范围控制的磁共振接收线圈 - Google Patents

Abstract

一种射频接收线圈(50)包括被调谐到磁共振频率以检测磁共振信号的天线(52，52’)。作为单独结构设置在天线(52，52’)上或与该天线设置在一起的电子装置(54)包括将磁共振信号以由增益控制信号控制的增益压缩以产生压缩磁共振信号的压缩电路(102，114，202，214，230，330，430，530)。电子装置(54)基于压缩磁共振信号产生磁共振信号的减小的动态范围表示。将磁共振信号的该减小的动态范围表示传送离开接收线圈。

Description

具有动态范围控制的磁共振接收线圈

技术领域

本发明尤其适用于磁共振成像扫描器的接收线圈，并且将尤其参考该应用进行描述。然而，本发明可应用于一般射频接收系统。

背景技术

对于一些磁共振成像数据采集方法，例如那些其中读出矢量对应穿过k空间中心的轨迹的方法，现有模数转换器的动态范围不足以在引入不可忽视水平的数字化量子化噪声或其它有害噪声或失真的情况下，数字化在噪声底限和峰值信号水平之间的整个范围。

对于一些磁共振成像扫描器，在接收线圈和模数转换器之间的传输路径或媒介不具有足够的动态范围。在具有有限功率的无线接收线圈中，使用有限可用线圈上功率来驱动设置在线圈上的模数转换器的效果不能令人满意。因此，在这种接收线圈中，模数转换器可以远离线圈定位，例如定位在射频接收器中，并且模拟磁共振信号通过光纤、无线红外传输等传送离开线圈。这种传输路径可具有有限的动态范围，这对信噪比产生负影响。

下面的内容预见了克服前述限制和其它缺点的改进的装置和方法。

发明内容

根据一个方面，本发明公开了一种用于磁共振成像扫描器的射频接收线圈。该线圈包括被调谐到磁共振频率以检测磁共振信号的天线。作为整体结构设置在天线上或与该天线设置在一起的电子装置包括压缩电路，该压缩电路以由增益控制信号控制的增益压缩磁共振信号以产生压缩的磁共振信号。该电子装置基于该压缩的磁共振信号产生磁共振信号的减小的动态范围表示。将磁共振信号的该减小的动态范围表示传送离开接收线圈。

根据另一方面，公开了一种磁共振成像扫描器。主磁体在成像体积中产生主磁场。磁场梯度线圈在成像体积内有选择地将所选磁场梯度叠加在主磁场上。射频发射器有选择地将射频激励以磁共振频率注入到成像体积中。射频接收线圈接收由注入的射频激励在成像体积中产生的磁共振信号。射频接收器接收传送离开接收线圈的磁共振信号的减小的动态范围表示。接收线圈包括天线和作为整体结构设置在天线上或与设置该天线在一起的电子装置。该电子装置包括压缩电路，该压缩电路以由增益控制信号控制的增益压缩磁共振信号以产生压缩的磁共振信号。该电子装置基于该压缩的磁共振信号产生磁共振信号的减小的动态范围表示。

根据又一方面，公开了一种用于磁共振成像扫描器的射频接收线圈。将天线调谐到磁共振频率以检测磁共振信号。电子装置作为整体结构设置在天线上或与天线设置在一起。该电子装置包括：多个放大器，每个放大器对于天线具有增益不同的输出；数字化电路，其至少将所选的最高放大器输出数字化，该放大器输出不会使数字化电路过载；以及编码电路，其将数字化输出与所选放大器增益的指示结合，以产生传送离开接收线圈的磁共振信号的减小的动态范围表示。

根据又一方面，提供一种用于磁共振成像扫描器的射频接收方法。使用被调谐到磁共振频率的天线检测磁共振信号。使用作为整体结构设置在天线上或与该天线设置在一起的电子装置处理所检测到的磁共振信号。该处理包括：以由增益控制信号控制的增益，压缩磁共振信号以产生压缩的磁共振信号；基于压缩的磁共振信号产生磁共振信号的减小的动态范围表示；以及将磁共振信号的减小的动态范围表示传送离开接收线圈。

一个优点在于改善了检测到的磁共振信号的信噪比。

另一优点在于改进了磁共振接收线圈的动态范围。

又一优点在于促进了无线磁共振接收线圈。

又一优点在于减少了磁共振信号的失真和互调。

本领域普通技术人员通过阅读下面的具体描述将清楚多个另外的优点和益处。

附图说明

本发明可以采用各种组件和组件布置，以及各种处理操作和处理操作安排的形式。附图仅为了示例优选实施例，并且不意味着限制本发明。

图1示意性示出了包括射频接收线圈的磁共振成像系统，该接收线圈结合了动态压缩。

图1A示意性示出了可与图1的磁共振成像系统一起使用的另一接收线圈。

图2、3、4、5A、6和7示意性示出了图1的射频接收线圈的电子装置的6个示例性实施例。

图5B示意性示出了线圈外信号处理电路的实施例，该处理电路适用于恢复由图5A的示例性电子装置产生的原始磁共振信号的数字表示。

图8示意性示出了一种布置，其中线圈电子装置包括压缩电路，并且控制压缩电路的反馈增益控制器被布置在线圈外。

具体实施方式

参考图1，磁共振成像扫描器10包括限定了基本圆柱形扫描器孔14的壳体12，有关的成像对象16被设置在该孔的内部。主磁场线圈20设置在壳体12内，并产生方向基本平行于扫描器孔14的圆柱轴的主磁场B₀。主磁场线圈20通常是设置在低温屏蔽24内的超导线圈，虽然也可以使用阻性主磁体。壳体12还容纳或支撑用于有选择地在孔14中产生磁场梯度的磁场梯度线圈30。壳体12还容纳或支撑用于有选择地激发磁共振的射频体线圈32。可选地，可使用头部线圈、表面线圈或其它局部线圈激发磁共振。壳体12通常包括限定扫描器孔14的装饰性内衬36。

主磁场线圈20产生主磁场B₀。磁共振成像控制器40操作磁场梯度控制器42以有选择地对磁场梯度线圈30供电，并操作耦合射频线圈32的射频发射器以有选择地将射频激发脉冲注入到成像对象16中。通过有选择地操作磁场梯度线圈30和射频线圈32，磁共振产生并在成像对象16的至少一部分感兴趣区域中空间编码。通过经由梯度线圈30施加所选择的磁场梯度，所选择的k空间轨迹被横穿，例如笛卡尔轨迹、多个径向轨迹、螺旋轨迹等。

在成像数据采集期间，磁共振成像控制器40操作耦合到射频接收线圈50或耦合到类似局部线圈阵列的射频接收器46，以采集磁共振样本，这些样本被储存在磁共振数据存储器60中。射频接收线圈50被设置在孔14内，靠近或接触成像对象16。在一些实施例中，接收线圈50是由电池供电的。虽然示出了一个表面线圈50，在一些应用中可以以相位阵列或其它配置采用多个表面线圈。而且，接收线圈50可以由除了表面线圈之外的其它局部线圈实现。例如，接收线圈50可以是环绕头部的头部线圈、膝部线圈等。

接收线圈50包括共用基板或支撑51，在其上或其中设置射频接收天线52。天线52被调谐到由射频激励和所施加的B₀磁场的结合产生的磁共振的频率，并具有至少横跨磁共振频率编码带宽的带宽。因而，天线52检测所产生的磁共振信号。设置在共用基板或支撑51之上或之中的电子装置54提供所检测磁共振信号的动态压缩和其它可选的信号处理，例如可选的模数转换、可选的转换成红外、光学或其它传输介质等。在所示例的实施例中，电子装置54被设置在电子模块中。在一些实施例中，被压缩的线圈信号在线圈50上被数字化并以浮点或其它数字格式传送到接收器46，所述格式本质上结合了压缩。在其它实施例中，压缩的线圈信号连同有关压缩的信息一起被传送到接收器46，线圈输出信号在接收器46处用所传送的压缩信息解压。虽然未示出，接收线圈50可选地设置在包覆防水层的保护壳体或盖中，可以包括软垫、安全带等，或者为装饰、安全、病人舒适或其它考虑而配置。

在所示例的表面线圈中，共用支撑51是基本平坦的基板，天线52可以是例如在基板51上形成的铜或其它导电迹线。在一些实施例中，电子模块54可以设置在天线52的导体之一上或之中。在天线由环、辐条(rung)或其它非平面组件(例如头部线圈、膝部线圈等)限定的实施例中，电子模块适合直接设置在一个或多个天线组件上，或可以通过合适的附加支撑结构与其附连成为整体结构。

参考图1A，显示了诸如线圈50’的实例，该线圈可以代替图1的线圈50。线圈50’包括端帽鸟笼天线52’，其由8个平行辐条55、设置在平行辐条55一端的端部环56以及在平行辐条55的相对端设置的端帽57限定。电子模块54适合设置在鸟笼天线52’的组件55、56、57之一上，更具体地说在图1A所示的具体实施例中设置在端帽57上。

在一些实施例中，线圈信号是经由电缆或光缆58传输的模拟或数字电信号或光学信号。在电学的实施例中，电缆包括一个或多个用于将线圈输出电信号传送到接收器46的电导体。在线圈输出信号是模拟或数字光学信号的实施例中，光缆58包括一根或一束光纤。在线圈输出信号是模拟或数字的红外或其它广播电磁信号的实施例中，电缆或光缆58适当省略，信号由接收器46的红外探测器、天线或其它接收元件(图1中未示出)接收。

线圈输出信号在接收器46被接收，并被动态解压(如果该信号以压缩格式传送)，以恢复所检测的磁共振信号。接收器46解调信号，并可选地进行进一步的处理，以产生磁共振成像数据，该数据被储存在磁共振数据存储器60中。由重建处理器62使用基于傅立叶变换的重建算法、基于滤波反投影的重建算法或其它合适的图像重建算法，将所采集的磁共振成像数据重建为图像表示。由重建处理器62产生的一幅或多幅重建图像被储存在图像存储器64中，并且可以显示在用户界面66上，储存在非易失性存储器中，通过局域网或互联网传输、观看、储存、操作等。用户界面66还优选地使放射学专家、技师或其它磁共振成像扫描器10的操作者能够与磁共振成像控制器40通信，以选择、修改和执行磁共振成像序列。

所述的磁共振成像系统仅为说明性实例。所述的射频接收线圈或它们的等同物可以与基本任何类型的磁共振成像扫描器一起使用，包括但不限于水平孔扫描器、垂直孔扫描器、开放磁体扫描器等。而且，所述的射频接收线圈或它们的等同物可以被组合以限定用于平行成像、SENSE成像等的接收线圈阵列。

参考图2，描述了被指示为电子模块54₁的电子模块54的示例性实施例。放大器70、72、74的级联与接收线圈50的天线52连接，或与接收线圈50’的天线52’连接。虽然示出了3个放大器，但是可以使用更多或更少数量的放大器。每个放大器的输出减少或衰减选定倍数。例如，在一些实施例中，放大器70、72、74每个将信号衰减为原来的1/2，从而在所示实例中，放大器70的输出减少到1/2，放大器72的输出减少到1/4(包括由级联的放大器70引起的减少)，放大器74的输出减少到1/8(包括由级联的放大器70、72引起的减少)。在图2中，也可得到天线52或天线52’的未衰减输出，提供了包括未衰减的所检测磁共振信号在内的4个衰减级别。代替图2所示的级联衰减器，可以将具有不同衰减值的衰减器并联布置，每个衰减器从天线接收未衰减的所检测磁共振信号。此外，虽然所示放大器70、72、74将信号进行衰减(即增益＜1)，但是应当理解，在其它实施例中，放大器或放大器的一些部分可以具有放达增益，即增益＞1。

每个放大器70、72、74的输出以及来自天线52或天线52’的未衰减输出，被输入到多个模数转换器80、82、84、86的对应的一个。选择器90从具有最高输出值(但不过载或饱和)的模数转换器选择数字化的输出信号，作为接收线圈50的数字线圈输出92。放大器70、72、74的增益应当被选择成使得，接收衰减最多的输入的模数转换器8 6能够处理最期望的检测到的磁共振信号水平，而接收衰减最少(或放大最多)的输入(更具体地说是在图2中的示例性实施例中的未衰减输入)的模数转换器80能够处理最不期望的检测到的磁共振信号水平，而基本不降低噪声性能。

增益控制信号编码器94用增益控制信号将选择器90的数字线圈输出92进行编码，该增益控制信号指示正使用的是模数转换器80、82、84、86中的哪个，并因此指示在数字化之前所采用的衰减(即，增益≤1)。这个增益控制信号例如可以是，具有选自包括下述的组的值的两个附加的位：“00”表示转换器80；“01”表示转换器82；“10”表示转换器84；以及“11”表示转换器86。接收器46包括识别该编码并因此控制解压的互补解码器96。

在一个可预见的变化中，作为使用单独的模数转换器来数字化每个水平的替换方式，可以使用单个模数转换器。在这种变化中，每个放大器输出与取样和保持电路连接，且选择器90是高速判定电路，其确定并未过载的最高输出水平并通过多路复用器(multiplexor)将其连接到所述单个模数转换器以进行数字化。

参考图3，描述了指示为电子模块54₂的电子模块54的示例性实施例。前置放大器100具有增益g1。前置放大器100的输出作为可变增益放大器102的输入，该可变增益放大器在图3中包括级联的可变增益衰减器104和具有增益g2的放大器106。在一个合适的设置中，g2大于1，可变增益衰减器104具有增益g(衰减)，该增益g(衰减)在1/g2和1(其中增益＝1对应不衰减)之间连续或离散变化。可以使用其它可变增益放大器代替级联的组件104、106；例如，可以使用单个可变增益放大器组件。

可变增益放大器102由数字功能模块110控制，该模块接收由模数转换器112产生的前置放大信号的数字化值。数字功能模块110输出控制可变增益衰减器104的增益的增益控制信号。可变增益放大器102的输出由模数转换器114数字化，以产生数字压缩磁共振信号。输出组合器116将由模数转换器114(优选为高分辨率转换器)输出的数字压缩磁共振信号与模数转换器112输出的数字值组合，以产生数字线圈输出118，其中模数转换器112优选是可选择具有粗糙分辨率的快速(例如闪速)转换器。在所示实施例中，可变增益衰减器104是可数字控制的。然而，具有模拟控制输入的衰减器可以与在功能模块110和衰减器之间插入的合适的数模转换器结合使用，或者与直接操作模拟前置放大器信号的模拟功能模块结合使用。

优选将前置放大器100的增益g1选择成使得，最期望的磁共振信号水平可以由模数转换器112数字化。优选将放大器106的增益g2选择成使得，天线和模数转换器114之间的最大增益乘积g1·g2将所检测的磁共振信号的噪声水平足够地升高，使得可以忽略模数转换器114的量子化噪声。这种最大增益设定g1·g2被用于最不期望的信号水平。由模数转换器112输出的数字值在功能模块110中被转换为量值并变换成用于衰减器104的合适的控制信号，使得在天线和模数转换器114之间的总增益g1·g2·g(衰减)不会使模数转换器114过载。这种变换可以包括用适当选择的衰减时间常数进行的峰值检测，该时间常数例如是磁共振频率的一个周期和在其上预期磁共振信号包络的明显水平变化(即大于1/(信号带宽))的时间间隔之间的时间常数。

通过模数转换器112的衰减器104的增益设定被一个或多个采样间隔延迟。如果采样率比信号带宽高得多，这种延迟没有问题。在一般磁共振成像中这种条件基本是满足的，其中例如可以以80M样本/秒进行采样，而信号带宽通常小于1.5MHz。可变增益衰减器104优选具有短稳定时间以避免进一步延迟。

功能模块110输出增益控制信号g(衰减)。选择g(衰减)相对来自模数转换器112的数字化前置信号水平输入的函数相关性，以适应被控制的特定可变增益放大器、前置放大信号的期望动态范围和模数转换器114的动态范围。在一些实施例中，选择所述函数相关性，使得在超出模数转换器112的选定输出水平时，模数转换器114在接近但低于其最大输入水平的状态下被驱动。在其它实施例中，衰减更早地增加，使得在模数转换器114的输入实现动态压缩传递函数。

在一个示例性实施例中，衰减器/放大器102的增益可在1-100之间变化，选择前置放大器100的增益g1以将天线52的最大输出信号水平升高到刚好低于模数转换器112、114的最大输入信号水平，且功能模块110在x＞u时产生可变增益g(衰减)＝u/x，在x≤u时产生g(衰减)＝1，其中x是模数转换器112的已变换输出(即，未压缩输入水平的一些度量)，而将阀值u设定为最大模数转换器输入水平的0.7％。这样，磁共振信号的动态范围可以压缩40dB。本领域普通技术人员可以容易地为特定信号水平、可用电子组件等选择其它参数。通过输出组合器116将来自功能模块110的增益控制信号与输出信号组合，以指导解码器96如何解压。

参考图4，描述了表示为电子模块54₃的电子模块54的示例性实施例。前置放大器200具有增益g1。前置放大器200的输出作为可变增益放大器202的输入，该可变增益放大器在图4中包括级联的可变增益衰减器204和具有增益g2的放大器206。在一种合适的设置中，g2大于1，并且可变增益衰减器204具有在1/g2和1(即未衰减)之间连续或离散变化的增益g(衰减)。可以采用其它可变增益放大器布局。可变增益放大器202由增益控制器控制，该增益控制器包括输出前置放大信号的对数值的对数放大器208、定标对数放大器输出的适当的定标电路(scaling circuit)210和将该对数定标值数字化的模数转换器212。模数转换器212的数字输出是控制可变增益衰减器204的增益的增益控制信号。在优选实施例中，衰减(反向增益)是控制信号的指数函数，或者等效地，其以dB为单位的衰减是控制信号的线性函数。在其它实施例中，在模数转换器212和衰减器204之间插入的附加数字处理(或者可选地，在转换器212之前插入的模拟处理)与衰减器204的控制传递函数组合，以产生优选的指数行为。可变增益放大器202的输出由模数转换器214数字化以产生数字压缩磁共振信号。输出组合器216将由模数转换器214输出的数字压缩磁共振信号与由模数转换器212输出的数字值组合，以产生数字线圈输出218。

对数放大器208和线性dB衰减器204是说明性实例。上部控制路径(在图4的实施例中的组件208、210、212)一般更能够实现基本任何非线性压缩传递函数，该函数导出输入信号大小的粗糙度量，该粗糙度量又可以用于实现可变增益放大器202的适当控制设定。上部控制路径的组件不需要具有高精度；而是，受控制的可变增益放大器202和模数转换器214的精度决定压缩信号的分辨率。

如果将模数转换器212的数字输出表示为n，将模数转换器214的数字输出表示为m，并且对数放大器208的输出加上210中的定标得到基数B的对数值，那么前置放大器200输出的前置放大信号适合由浮点值m×Bⁿ表示，其中m是尾数，B是基数，n是指数。这种用于数字线圈输出218的浮点数字格式便于接下来由射频接收器46进行的浮点数字处理。例如，如果衰减器204具有15阶-3dB衰减，那么合适的定标例如是B＝

(即，3dB)。在适当选择放大器200、206的增益的情况下，模数转换器214的输入的峰值信号水平可以保持在3dB带，对于大于40dB的动态范围，稍低于其最大额定值。在由输出组合器216、接收器46或其它组件进行的数字处理中，浮点格式可以容易地改变为更方便的形式，例如二进制基数(B＝2)或十进制基数(B＝10)格式。上部信号链209、210、212的目的是得出信号包络水平的对数(即，dB定标的)度量。因此，对数放大器208可以是峰值检测与适当衰减时间常数一起使用的解调或整流变化中的一个。由于模数转换器212的输出随后通常变化较慢，增益控制器组件208、210、212通常可以是粗精度的、较低频率的组件，仅快至足以跟随磁共振信号的包络变化。一个合适的对数放大器是可从Analog Devices获得的解调对数放大器AD8309。而且，模数转换器212可以是分辨率相对粗糙的转换器。例如，与具有15阶的-3dB/阶的示例性衰减器结合，四位转换器是足够的。数字化的精度由可变增益放大器202和模数转换器214决定。可变增益放大器202的增益应当是其控制信号的精确函数，输出尾数的模数转换器214应当是高分辨率、高频转换器。

应当理解，数字线圈输出218可以以两个可替换但是基本等效的方式看待。一个观点是，数字线圈输出218是由浮点值m×Bⁿ表示的未压缩磁共振信号输出。另一个观点是，数字线圈输出218是由尾数m表示的、结合由指数n表示的压缩信息传送的压缩磁共振信号输出。前一观点中，具有解码器96的射频接收器46直接处理未压缩的浮点值。后一观点中，射频接收器46根据公式：未压缩值＝m×Bⁿ、基于压缩信息n将压缩值m解压，并以合适的内部格式储存未压缩值。

在图2、3和4中分别示出的示例性电子模块54₁、54₂和54₃分别提供了数字线圈输出92、118、218。这些电子模块54₁、54₂和54₃可以在无线或有线接收线圈中使用。然而，模数转换器消耗大量的电能。因此，包括模数转换器的电子组件54₁、54₂和54₃不利于应用在具有由板上电池、储能电容器等提供的有限电能的无线线圈中。在电子模块54的一些其它实施例中，线圈输出是动态压缩的模拟输出。在这些实施例中，压缩信息必须传递到解码器96和射频接收器46，要么作为叠加在压缩磁共振信号上的信号，要么作为单独的线圈输出。

参考图5A，描述了指示为电子模块54₄的电子模块54的示例性实施例。使用压控放大器230将由天线52或天线52’检测的磁共振信号动态压缩，该压控放大器230由包括探测器234和可选的定标电路236的增益控制器232控制。压控放大器230是可控的放大器/衰减器。在一些优选实施例中，压控放大器230具有指数控制传递函数，对于以dB为单位的增益/衰减相对压控信号，该函数是线性的。一个合适的压控放大器是可从Analog Devices获得的dB下线性(linear-in-dB)压控放大器AD8367。与dB下线性压控放大器结合使用的合适的探测器是解调对数放大器，该放大器从输入输出对数度量或数值。一个合适的探测器是可从Analog Devices获得的解调对数放大器AD8309。定标电路236从探测器234的输出信号产生用于压控放大器230的增益控制信号。定标电路236产生减小的增益(即，增加的衰减)，同时所检测磁共振信号水平增加。

通过将增益控制信号叠加在由压控放大器230输出的压缩检测磁共振信号上，将增益控制信号提供到射频接收器46和解码器96。在图5A所示的实施例中，这通过如下方式执行：将由定标电路236产生的增益控制信号输入压控振荡器240，以产生频率调制增益控制信号，该信号由加法器电路242叠加到压缩磁共振信号上以产生模拟线圈输出信号246。叠加的频率调制增益控制信号应当可以通过例如将频率调制增益控制信号在频率空间中与磁共振信号分隔开，从压缩磁共振信号分离。叠加频率调制增益控制信号应当也在射频接收器46的带宽内。将含有压缩磁共振信号成分和频率调制增益控制信号成分的合成模拟信号246以适当方式传送到接收器46。例如，该信号可以通过电缆58电传输，或通过无线传输路径传输。

参考图5B，所传送的模拟线圈信号246必须被适当解释。在一种方法中，线圈外信号处理电路250接收模拟线圈信号246。模数转换器252将模拟线圈信号246数字化以产生含有压缩磁共振信号和增益控制信号成分的数字化压缩线圈信号。该数字化压缩线圈信号由诸如FFT滤波的适当数字滤波256处理，以将数字压缩磁共振信号成分260和数字增益控制信号成分262分开。频率编码的增益控制信号由解调器264解调。相应的增益由增益恢复电路266基于压控放大器230的已知增益传递函数268计算。数字除法器270将数字压缩信号幅度值260除以由增益恢复电路266输出的恢复数字增益，以产生数字形式的原始磁共振信号272。应当理解，信号处理电路250可以由例如ASIC形式的专用电路实现，或者可以通过由在计算机、微处理器、微控制器等上执行的软件执行的数字处理实现。

参考图6，描述了表示为电子模块54₅的电子模块54的示例性实施例。电子模块54₅使用在线圈内电子产生的导频音300指示和传递动态压缩。用压控放大器330压缩由天线52或天线52’检测的磁共振信号，该压控放大器330由增益控制器332和适当的定标电路336控制，该增益控制器332包括检测磁共振信号幅度或强度的探测器336，该适当的定标电路336从探测器334的输出信号产生用于压控放大器330的增益控制信号。定标电路336产生减小的增益(即，增加的衰减)，而磁共振信号水平是增加的。在将天线信号输入到压控放大器330之前，加法器302将导频音300加入到该天线信号。因此，所加入的导频音也由压控放大器330根据由增益控制器332产生的增益控制信号放大或衰减。因而，模拟线圈输出信号346包括压缩的模拟磁共振信号和压缩的导频音成分。

模拟线圈输出信号346被适当地转换成数字磁共振信号表示。例如，可以使用图5B的线圈外电子电路250，其中数字增益控制信号成分262对应压缩的导频音成分。在校准到最大导频音水平后(当不存在磁共振信号且压控放大器330以全增益运转时可达到)，恢复的导频音水平直接对应于压控放大器330的增益。导频音300的频率优选处于天线信号路径的带宽内、但在磁共振信号频带外，在这种情况下，数字滤波器256可以采用FFT或其它数字滤波以基于频率将导频音从磁共振信号分离。

虽然在图6中导频音300被电子注入到线圈54₅内，但在其它可预见的实施例中，导频音在信号路径中被较早注入。例如，可以通过将单独的导频音天线放置在磁孔14内，将导频音结合到由天线接收的信号中。在这种实施例中，导频音由接收线圈检测，从而包含在输入到增益控制器的接收信号中；因此，在这些实施例中，增益控制器应当在遮蔽导频音的探测器334之前包括带阻滤波器。

参考图7，描述了表示为电子模块54₆的电子模块54的示例性实施例。使用由反馈增益控制器432控制的压控放大器430将由天线52或天线52’检测的磁共振信号压缩。增益控制器432包括检测压控放大器430的输出的探测器434，和将由探测器434检测的值与参考值438比较的反馈控制器或误差积分器436。误差积分器436输出的是增益控制信号。使用反馈控制，将压控放大器430的输出保持在参考值438附近。

在图5A的布置中，输入到增益控制器232的是从天线得到的未压缩磁共振信号，压控放大器230具有指数控制传递函数，探测器234从输入产生对数度量或数值。

相反，在图7的布置中，输入到增益控制器432的是压控放大器430的输出。也就是说，反馈增益控制器432接收压缩信号作为输入，该压缩信号被反馈到增益控制器432。反馈增益控制器432不需要非线性对数水平探测器。这降低了硬件的复杂度；事实上，在一些实施例中，压控放大器430、探测器434和误差积分器436被实现为单个集成电路，例如可从Analog Devices获得的AD8367集成电路。

由误差积分器436输出的增益控制信号同样由压控振荡器440频率调制，经频率调制的增益控制信号由加法器电路442叠加到压缩磁共振信号上，并且可选地由光学换能器444调制，以产生模拟光学线圈输出信号446。在图7的实施例中，这种光学输出通过替换图1的电缆58的光纤或光纤束58’传送到射频接收器46。设置在射频接收器46中或与该接收器设置在一起的光电探测器452将光信号转换回电信号，该电信号适合由图5B的线圈外电子电路转换成数字磁共振信号表示。

分别在图5A和7所示的示例性电子模块54₄、54₆中，增益控制信号被频率调制和叠加在压缩磁共振信号上。在其它可预见的实施例中，例如使用压控振荡器和到射频接收器的无线发射，将增益控制信号作为单独的信号传送到射频接收器46，该压控振荡器在UHF或微波范围中具有高频率偏移。在又一其它可预见的实施例中，用任何其它合适的现有方法编码、调制增益控制信号并将其传送到接收器46。

参考图8，描述了表示为电子模块54₇的电子模块54的示例性实施例。在由前置放大器528前置放大后，使用由被设置在线圈外的反馈增益控制器532控制的压控放大器530将由天线52或天线52’检测的磁共振信号压缩。该压缩的模拟线圈信号通过低动态范围(例如，80dB动态范围)的无线传输路径或传输缆线540传送到线圈外电路，该线圈外电路包括例如放大器542，其后是模数转换器544。数字化信号被输入到反馈增益控制器532。由反馈增益控制器532产生的增益控制信号通过可以是有线或无线的控制信号传输路径550传送回线圈电子模块54₆，并用于控制压控放大器530。增益控制信号也由数字磁共振信号恢复电路552使用以解释由模数转换器544输出的数字化信号。例如，恢复电路552适合根据压控放大器530的已知增益传递函数，确定对应于增益控制信号的增益，并通过将转换器544输出的数字化压缩信号幅度值除以该增益，来恢复原始信号幅度。

图8的布置有利地放置了复杂模数转换器和其它高功耗线圈外电路，同时通过低动态范围无线传输路径或传输缆线540传输压缩线圈输出。典型地，最低动态范围路径部分是从线圈到线圈外电子电路的部分。然而，图8的概念可以被归纳成：(i)将信号压缩和相应的压缩控制电路分离，(ii)将信号压缩电路放置在动态范围有限的传输路径或组件的上游，(iii)将压缩控制电路放置在动态范围有限的传输路径或组件的下游，以及(iv)将增益控制信号从压缩控制电路到信号压缩电路反馈到上游。

已经参考优选实施例描述了本发明。显然，通过阅读和理解前面的具体描述，他人可以作出修改或变化。这意味着应当将本发明理解为包括落入后附权利要求或其等同物的所有修改和变化。

Claims (25)

1.一种用于磁共振成像扫描器的射频接收线圈，该接收线圈包括：

调谐到磁共振频率以检测磁共振信号的天线(52，52’)；以及

作为单独结构设置在天线(52，52’)上或与其设置在一起的电子装置(54)，该电子装置包括：

压缩电路(102、202、230、330、430、530)，其以由增益控制信号控制的增益压缩磁共振信号，以产生压缩的磁共振信号，

该电子装置基于该压缩的磁共振信号产生磁共振信号的减小的动态范围表示，磁共振信号的该减小的动态范围表示被传送离开接收线圈。

2.根据权利要求1的接收线圈，其中该电子装置(54)还包括：

基于磁共振信号输出增益控制信号的增益控制器(110、112、208、210、212、232、332、432)。

3.根据权利要求2的接收线圈，其中电子装置还包括：

编码增益控制信号的编码器(240，440)；以及

信号组合器(242、442)，其将编码的增益控制信号叠加到压缩的磁共振信号上，以产生被传送离开接收线圈的磁共振信号的所述减小的动态范围表示。

4.根据权利要求3的接收线圈，其中增益控制信号是增益控制电压，并且编码器包括：

将增益控制电压编码成频率调制的增益控制信号的压控振荡器。

5.根据权利要求2的接收线圈，其中该电子装置(54)还包括：

导频音发生器(300)，其以可与磁共振信号区分的频率产生导频音；以及

信号组合器(302)，其在导频音输入到压缩电路(330)之前将导频音叠加在磁共振信号上，所叠加的导频音与磁共振信号一起由压缩电路压缩。

6.根据权利要求2的接收线圈，其中增益控制器(110、112、208、210、212、232、332)接收磁共振信号作为输入并基于磁共振信号输出增益控制信号。

7.根据权利要求2的接收线圈，其中增益控制器(432)接收压缩的磁共振信号作为输入，该增益控制器包括：

反馈控制器(436)，其调节增益控制信号以将压缩的磁共振信号保持在参考值(438)附近。

8.根据权利要求2的接收线圈，其中该电子装置还包括：

模数转换器(114，214)，其将压缩的磁共振信号数字化以产生数字化压缩磁共振信号；以及

组合电路(116，216)，其将数字化压缩磁共振信号与增益控制信号数字地组合，以产生磁共振信号的所述减小的动态范围表示，该表示作为磁共振信号的数字化表示传送离开接收线圈。

9.根据权利要求8的接收线圈，其中

增益控制器(208、210、212)包括将磁共振信号对数放大的对数放大器(208)；以及

组合电路(216)，其产生为浮点数字值的磁共振信号的数字化表示，该数字值具有对应于对数放大器输出的指数和对应于数字化压缩磁共振信号的尾数。

10.根据权利要求2的接收线圈，其中传送离开接收线圈的磁共振信号的所述减小的动态范围表示至少包括：

(i)压缩的磁共振信号，和

(ii)增益控制信号，

该压缩的磁共振信号和增益控制信号通过不同的传输路径传送离开接收线圈。

11.根据权利要求1的接收线圈，其中增益控制信号由所述电子装置(54)经由输入控制信号传输路径(550)从设置在该线圈外的相关反馈增益控制器(532)接收。

12.根据权利要求1的接收线圈，还包括：

基本平面的基板(51)，天线(52)和电子装置(54)设置在该基板上，天线由设置在该基板上的导电迹线形成。

13.根据权利要求1的接收线圈，其中天线(52’)支撑电子装置(54)。

14.一种磁共振成像扫描器，包括：

主磁体(20)，其在成像体积中产生主磁场；

磁场梯度线圈(30)，其在成像体积内有选择地将选定磁场梯度叠加在主磁场上；

射频发射器(32，44)，其有选择地将射频激励以磁共振频率注入到成像体积中；

如权利要求1所述的射频接收线圈(50)，用于接收由所注入的射频激励在成像体积中产生的磁共振信号；以及

射频接收器(46)，其接收传送离开该接收线圈的磁共振信号的减小的动态范围表示。

15.根据权利要求14的磁共振成像扫描器，其中传送离开接收线圈的磁共振信号的减小的动态范围表示包括作为可分离成分的增益控制信号和压缩磁共振信号，该射频接收器(46)包括：

提取电路(250)，用于将增益控制信号成分和压缩磁共振信号成分从磁共振信号的该减小的动态范围表示中提取出。

16.根据权利要求14的磁共振成像扫描器，还包括

与射频接收线圈(50)分离的反馈增益控制器(532)，该反馈增益控制器(532)基于传送离开接收线圈的磁共振信号的减小的动态范围表示产生增益控制信号，该增益控制信号从该分离的反馈增益控制器(532)传送到射频接收线圈(50)。

17.一种用于磁共振成像扫描器的射频接收线圈，该接收线圈包括：

调谐到磁共振频率以检测磁共振信号的天线(52，52’)；以及

作为单独结构设置在天线(52，52’)上或与其设置在一起的电子装置(54)，该电子装置包括：

多个放大器(70、72、74)，每个放大器相对天线(52，52’)具有增益不同的输出，

数字化电路(80，82，84，86，90)，其至少将不会使该数字化电路过载的所选最高放大器输出数字化，以及

编码电路(94)，其将该数字化输出与所选放大器增益的表示相结合，以产生传送离开接收线圈的磁共振信号的减小的动态范围表示。

18.根据权利要求17的接收线圈，其中数字化电路包括：

多个模数转换器(80，82，84，86)，用于将该多个放大器(70，72，74)的输出数字化；以及

选择电路(90)，用于将不过载的该多个模数转换器(80，82，84，86)的最大输出选为该数字化电路的数字化输出。

19.根据权利要求17所述的接收线圈，其中该多个放大器(70，72，74)布置成选自下述的布局：

(i)放大器的并联布置，每个放大器具有不同的增益并接收与磁共振信号对应的相同输入信号，以及

(ii)具有相同或不同增益的放大器的级联，其中一些放大器的输出作为其它放大器的输入，磁共振信号被输入到该放大器级联。

20.一种用于磁共振成像扫描器的射频接收方法，该方法包括：

使用被调谐到磁共振频率的天线(52，52’)检测磁共振信号；以及

使用作为单独结构设置在天线(52，52’)上或与该天线设置在一起的电子装置(54)处理所检测的磁共振信号，该处理包括：

以由增益控制信号控制的增益压缩磁共振信号，以产生压缩磁共振信号，

基于该压缩磁共振信号产生磁共振信号的减小的动态范围表示，以及

将磁共振信号的该减小的动态范围表示传送离开接收线圈。

21.根据权利要求20的方法，其中产生磁共振信号的该减小的动态范围表示包括：

将压缩磁共振信号与增益的表示结合，以产生该减小的动态范围表示。

22.根据权利要求20的方法，其中产生磁共振信号的该减小的动态范围表示包括：

对增益控制信号进行频率调制；以及

将经频率调制的增益控制信号叠加在压缩磁共振信号上。

23.根据权利要求20的方法，其中产生磁共振信号的该减小的动态范围表示包括：

在压缩前将导频音与磁共振信号结合。

24.根据权利要求20的方法，其中产生磁共振信号的该减小的动态范围表示包括：

将压缩的磁共振信号数字化以产生数字化压缩磁共振信号；

将增益控制信号数字化以产生数字化增益控制信号；以及

将数字化压缩磁共振信号和数字化增益控制信号结合，以产生磁共振信号的该减小的动态范围表示作为磁共振信号的数字表示。

25.根据权利要求24的方法，其中数字化压缩磁共振信号和数字化增益控制信号的结合定义了磁共振信号的浮点数字表示。

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