CN101382587A - 用于从成像目标接收磁共振(mr)信号的系统和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于从成像目标接收磁共振(MR)信号的系统和设备,包括:被配置成检测该MR信号的接收线圈(302),和耦合到该接收线圈(302)的变频前置放大器(304)。该变频前置放大器(304)被配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率。该变频前置放大器(304)包括具有预定增益的放大器(308),被配置成滤掉至少一个预定频率的频率滤波器(310),和被配置成将该MR信号的频率变换为该中间频率的混频器(312)。
Description
技术领域
本发明一般涉及磁共振成像(MRI)系统,特别地涉及一种用于转换从成像目标(subject)接收的MR信号的频率的变频前置放大器。
背景技术
磁共振成像(MRI)是一种不需要使用X射线或其他电离辐射而能够生成人体内部的图像的医学成像程式(modality)。MRI使用强力磁体产生强大、均匀、静态的磁场(即“主磁场”)。当人体或人体的一部分被放置在该主磁场中时,与组织水(tissue water)中的氢核相关的核自旋被极化。这意味着与这些自旋相关联的磁矩变得优先沿着该主磁场方向对齐,从而导致沿着该轴(“z轴”,按照惯例)产生小的净组织磁化(net tissue magnetization)。MRI系统还包括被称为梯度线圈的组件,用于在被施加电流时产生更小幅度的空间变化磁场。典型地,梯度线圈被设计成产生沿着该z轴对齐并且幅度随着沿x、y或z轴之一的位置线性变化的磁场成分。该梯度线圈的效果是沿着单个轴使该磁场强度以及伴随地使核自旋共振频率形成小斜坡(ramp)。这些具有正交轴的梯度线圈被用于通过在人体的每个位置产生特征(signature)共振频率而“空间编码”该MR信号。射频(RF)线圈被用于在该氢核的共振频率或其附近产生RF脉冲能量。该RF线圈用于以受控方式向该核自旋系统增加能量。当该核自旋弛豫(relax)回到它们的静止能量状态时,它们以RF信号的形式释放能量。该RF信号被一个或多个RF接收线圈检测并且使用计算机和已知的重建算法变换为图像。
被RF接收线圈检测到的信号的幅度通常较小。RF接收线圈可以被连接到前置放大器,以便在进一步的信号处理之前放大该RF接收线圈检测到的信号。在具有多个RF接收线圈的MRI系统中,可以为每个RF接收线圈提供前置放大器。前置放大器减少了环-环耦合(loop toloop coupling)并且改善了系统的噪声指数。然而,前置放大器会从其输出接口辐射并形成振荡器。可以使用低损耗、高屏蔽的输出电缆和连接器来减小耦合和损耗,然而这种电缆和连接器的尺寸或成本不会是高效的,特别是在具有多个RF接收线圈的系统中。因此,需要一种减少或消除由前置放大器产生的振荡的系统和设备。
发明内容
根据一个实施例,一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR)信号的设备包括:配置成检测该MR信号的接收线圈,和耦合到该接收线圈并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率的变频前置放大器(frequency translating preamplifier)。
根据另一实施例,一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR)信号的系统包括:至少一个被配置成检测该MR信号的接收线圈,和耦合到该至少一个接收线圈并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率的至少一个变频前置放大器,以及耦合到该至少一个变频前置放大器并且被配置成处理该放大的MR信号的接收器。
根据另一实施例,一种用于磁共振成像(MRI)系统中的接收线圈的变频前置放大器包括:具有预定增益并且被配置成从该接收线圈接收至少一个磁共振(MR)信号和生成放大的MR信号的放大器,耦合到该放大器并且被配置成过滤至少一个预定频率的频率滤波器,以及耦合到该频率滤波器并且被配置成将该放大的MR信号的频率变换为中间频率的混频器。
附图说明
根据以下详细说明并结合附图,本发明将变得更容易理解,其中:
图1是根据一个实施例的示例性磁共振成像系统的示意性框图;
图2是根据一个实施例的MRI系统的接收路径的简化示意性框图;
图3是根据一个实施例的包括变频前置放大器细节的接收路径的简化示意性框图;
图4是根据一个替代实施例的MRI系统的接收路径的简化示意性框图。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的示例性磁共振成像系统的示意性框图。MRI系统10的操作由操作员控制台12控制,该控制台12包括键盘或其他输入装置13、控制面板14和显示器16。该控制台12通过链接(link)18与计算机系统20通信,并且为操作员提供接口以指定(prescribe)MRI扫描、显示所得到的图像、对图像执行图像处理以及存档(archive)数据和图像。计算机系统20包括通过例如使用后面板20a提供的电连接和/或数据连接互相通信的多个模块。数据连接可以是直接有线链接(wired link),或者可以是光纤连接或无线通信连接等等。该计算机系统20的模块包括图像处理模块22、CPU模块24和可以包括帧缓冲器以存储图像数据阵列的存储模块26。在一个替代实施例中,该图像处理模块22可以被CPU模块24上的图像处理功能替代。计算机系统20被链接到存档介质装置、永久或备份存储设备或者网络。计算机系统20还可以通过链接34与另外的系统控制计算机32通信。输入装置13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、触摸球、触摸屏、光笔、声控或任何类似或等效的输入装置,并且可以用于交互式几何指令(interactive geometryprescription)。
系统控制计算机32包括通过电连接和/或数据连接32a互相通信的一组模块。数据连接32a可以是直接有线链接,或者可以是光纤连接或无线通信连接等等。在一个替代实施例中,该计算机系统20和系统控制计算机32的模块可以在相同的计算机系统或多个计算机系统上实现。该系统控制计算机32的模块包括CPU模块36和通过通信链接40连接到操作员控制台12的脉冲生成模块38。替代地,该脉冲生成模块38可以被集成到扫描仪设备中(例如磁体组件52)。系统控制计算机32通过链接40从操作员接收命令以指示将要执行的扫描序列。脉冲生成模块38通过发送描述将要产生的RF脉冲和脉冲序列的时序(timing)、强度和形状以及数据采集窗口的时序和长度的指令、命令和/或请求(例如射频(RF)波形),操作该系统部件发出(play out)(即执行)预期的脉冲序列。该脉冲生成模块38连接到梯度放大器系统42,并且产生被称为梯度波形的数据以用于控制将要在扫描期间使用的梯度脉冲的时序和形状。该脉冲生成模块38还可以从生理采集控制器44接收病人数据,该生理采集控制器44从连接到病人的多个不同传感器接收信号,例如来自附着到病人身上的电极的ECG信号。该脉冲生成模块38连接到扫描房间接口电路46,该扫描房间接口电路46从与病人和磁体系统条件(condition)相关联的各个传感器接收信号。病人定位系统48还可以通过该扫描房间接口电路46接收命令以将病人放置台移动到预期的位置以进行扫描。
由脉冲生成模块38产生的梯度波形被施加到包括Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系统42。每个梯度放大器激发通常标记为50的梯度线圈组件中的对应的物理梯度线圈,以产生用于空间编码所采集的信号的磁场梯度脉冲。梯度线圈组件50形成磁体组件52的一部分,该磁体组件52包括极化磁体54,并且可以包括整体RF线圈56,表面或平行成像线圈76或者两者都有。该RF线圈组件的线圈56、76可以被配置成用于发送和接收或者仅用于发送或仅用于接收。病人或成像目标70可以被定位在磁体组件52的圆柱形病人成像空间(imaging volume)72。系统控制计算机32中的收发模块(transceiver module)58产生脉冲,该脉冲被RF放大器60放大并且通过发送/接收开关62耦合到RF线圈56、76。所得到的病人的受激核发送的信号可以通过同一RF线圈56感测(sense),并且通过发送/接收开关62耦合到前置放大器64。替代地,可以通过另外的接收线圈例如平行线圈或表面线圈76感测由该受激核发射的信号。该放大的MR信号在收发器58的接收部分被解调、滤波以及数字化。发送/接收开关62被来自脉冲生成模块38的信号控制以在发射模式期间将RF放大器60电连接到RF线圈56,并在接收模式期间将前置放大器64电连接到RF线圈56。该发送/接收开关62还可以使得在发射或接收模式期间能够使用另外的RF线圈(例如平行或表面线圈76)。
由RF线圈56感测的MR信号被收发模块58数字化并且传送到系统控制计算机32中的存储模块66。典型地,对应于MR信号的数据帧被临时存储在存储模块66中直到它们后来被变换以生成图像。阵列处理器68使用一种已知的变换方法,通常为傅里叶变换,根据该MR信号生成图像。这些图像通过链接34传输到计算机系统20并在计算机系统20被存储到存储器中。响应于从操作员控制台12接收的命令,该图像数据被存档在长期(long-term)存储器中,或者被图像处理器22进一步处理并传送到操作员控制台12并在显示器16上显示。
图2是根据一个实施例的用于MRI系统的接收路径的简化示意性框图。接收路径200与上述图1的MRI系统或任何类似或等效的用于获得MR图像的系统兼容。接收路径200包括RF接收线圈202、变频前置放大器204和收发器206。为了清楚起见,在图2中省略了其他各个部件例如发送/接收开关等。RF接收线圈202可以是例如整体RF线圈、表面线圈、头线圈、线圈阵列中的线圈等等,并且被配置成检测响应于施加到成像目标上的RF脉冲和磁场而从成像目标发射的信号。RF接收线圈202被耦合到变频前置放大器204并且与其进行信号传输。接收线圈202检测到的信号被提供到变频前置放大器204,变频前置放大器204被配置成放大该信号并将该放大信号的频率变换为中间频率,这将在下面参照图3更详细说明。该中间频率是与所采集信号的频率不同的频率。因此,该变频前置放大器204的输出将不会以该MR频率辐射,并且不会产生振荡。
在一个实施例中,该中间频率是比所采集的MR信号频率更低的频率。在另一实施例中,该中间频率是比所采集的MR信号频率更高的频率。变频前置放大器204通过接口或连接器205耦合到收发器206并与之进行信号传输。该放大的信号被从变频前置放大器204发送到例如收发器206的接收部分以进行进一步处理(例如解调、滤波、数字化、进一步放大等等)。在该中间频率低于所采集的MR信号频率的实施例中,接口或连接器205是低频兼容接口或连接器,包括但不限于双扭线电缆(twisted pair cable)。在该中间频率高于所采集的MR信号频率的实施例中,接口或连接器205是高频兼容接口或连接器,包括但不限于同轴电缆。
如上所述,变频前置放大器204被用于放大接收线圈202所接收的信号并将该放大信号的频率变换为中间频率。图3是根据一个实施例的包括变频前置放大器细节的接收路径的简化示意性框图。除了其他部件,接收路径300包括RF接收线圈部件302、变频前置放大器304、接口或连接器316和收发器306。为了清楚起见,图3中省略了其他各个部件例如发送/接收开关。如上参照图2所述,RF接收线圈302例如可以是整体RF线圈、表面线圈、头线圈、线圈阵列中的线圈等等。变频前置放大器304包括放大器308、频率滤波器310和混频器(mixer)312。具有预定频率的本地振荡器(local oscillator,LO)信号314被提供到混频器310。
接收线圈部件302所采集或感测的信号被发送到变频前置放大器304。该信号被放大器308使用预定的增益放大。在一个实施例中,放大器308是低噪声、高增益放大器。然后该放大的信号被提供到频率滤波器310,以滤掉不需要频率上的信号和允许预定(一个或多个)频率或频带上的信号通过。然后使用混频器312基于通用本地振荡器信号314的频率,将该放大的MR信号的频率变换为中间频率(IF)。该中间频率是与该采集的信号频率不同的频率。因此,该变频前置放大器304的输出将不会在该MR频率上辐射并且不会发生振荡。在一个实施例中,该中间频率是低于该MR信号频率的频率。在这一实施例中,如图3所示,混频器312(以及变频前置放大器304)的输出通过低频兼容接口或连接器316提供到收发器306,该接口或连接器316包括但不限于双扭线电缆。低频兼容接口可以是较低复杂性和较廉价的接口。该变频前置放大器304的配置可以允许使用不限制位置的高增益放大器(或前置放大器),从而能够获得更高的信噪比(SNR)。如上参照图2所述,在一个替代实施例中,该中间频率是高于该MR信号频率的频率,接口或连接器205(图2所示)是高频兼容接口。
在一个替代实施例中,接收路径300可以包括多个或者阵列的RF接收线圈。图4是根据一个替代实施例的用于MRI系统的接收路径的简化示意性框图。接收路径400与上述图1的MRI系统或任何相似或等效的用于获得MR图像的系统兼容。接收路径400包括RF接收线圈阵列402,其中每个线圈部件单独检测MR信号。RF接收线圈阵列可以包括但不限于,整体阵列以及分体(partial body)阵列例如头线圈阵列、心脏(cardiac)线圈阵列和脊柱(spine)线圈阵列。线圈部件阵列402被用于采集成像目标中的视场(field-of-view,FOV)的MR数据,包括四个单独的线圈部件410、411、412和413。来自每个线圈部件410、411、412和413的MR信号被分别发送到对应的变频前置放大器420、421、422和423。变频前置放大器420、421、422和423每个被配置成放大对应的接收线圈410、411、412和413接收的信号以及将该放大的信号的频率变换为中间频率。该放大的MR信号被分别发送到接收器440的对应接收通道(或数据采集通道)430、431、432和433以进行进一步处理(例如解调、滤波、数字化、进一步放大等等)。该接收器440和接收通道430、431、432和433例如可以是收发器的部件。
本说明书使用示例公开了本发明,包括最佳模式,并且使得本领域技术人员能够作出和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可以包括本领域技术人员可以作出的其他示例。这些其他示例如果具有与权利要求的字面语言没有区别的结构部件,或者如果包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等效结构部件,那么它们将在权利要求的范围内。任何过程或方法步骤的顺序和序列都可以根据替代的实施例而变化或重新排序。
可以对本发明作出许多其他改变和修改而不脱离本发明的精神。根据所附的权利要求将会清楚这些和其他改变的范围。
部件列表:
图1:
10:MRI系统
12:操作员控制台
13:输入装置
14:控制面板
16:显示器
18:链接
20:计算机系统
20a:后面板
22:图像处理模块
24:CPU模块
26:存储模块
32:系统控制计算机
32a:数据连接
34:链接
36:CPU模块
38:脉冲生成模块
40:通信链接
42:梯度放大器系统
44:生理采集控制器
46:扫描房间接口电路
48:病人定位系统
50:梯度线圈组件
52:磁体组件
54:磁体
56:RF线圈
58:收发模块
60:RF放大器
62:发送/接收开关
64:前置放大器
66:存储模块
68:阵列处理器
70:病人或成像目标
72:圆柱形病人成像空间
76:表面或平行成像线圈
图2:
200:接收路径
202:RF接收线圈
204:变频前置放大器
205:接口或连接器
206:收发器
图3:
300:接收路径
302:RF接收线圈部件
304:变频前置放大器
306:收发器
308:放大器
310:频率滤波器
312:混频器
314:本地振荡器信号
316:连接器接口
图4:
400:接收路径
402:RF接收线圈阵列
410:线圈部件
411:线圈部件
412:线圈部件
413:线圈部件
420:变频前置放大器
421:变频前置放大器
422:变频前置放大器
423:变频前置放大器
430:接收通道
431:接收通道
432:接收通道
433:接收通道
440:接收器
Claims (10)
1.一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR)信号的设备,该设备包括:
配置成检测该MR信号的接收线圈(202,302);和
耦合到该接收线圈(202,302)并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率的变频前置放大器(204,304)。
2.如权利要求1所述的设备,其中该中间频率与该MR信号的频率不同。
3.如权利要求1所述的设备,其中该变频前置放大器(304)包括:
具有预定增益的放大器(308);
耦合到该放大器(308)并被配置成过滤至少一个预定频率的频率滤波器(310);和
耦合到该频率滤波器(310)并被配置成将该MR信号的频率变换为该中间频率的混频器(312)。
4.如权利要求3所述的设备,其中该混频器(312)被配置成基于本地振荡器信号(314)频率将该MR信号的频率变换为该中间频率。
5.一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR)信号的系统,该系统包括:
至少一个被配置成检测该MR信号的接收线圈(202,302);
耦合到该至少一个接收线圈(202,302)并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率的至少一个变频前置放大器(204,304),和
耦合到该至少一个变频前置放大器并且被配置成处理该放大的MR信号的接收器(206,306)。
6.如权利要求5所述的系统,其中该至少一个接收线圈(202,302)被包含在接收线圈的阵列(402)中。
7.如权利要求5所述的系统,还包括将该接收器(206,306)耦合到该至少一个变频前置放大器(204,304)的连接器(205,316)。
8.如权利要求5所述的系统,其中该至少一个变频前置放大器(304)包括:
具有预定增益的放大器(308);
耦合到该放大器(308)并被配置成过滤至少一个预定频率的频率滤波器(310);和
耦合到该频率滤波器(310)并被配置成将该MR信号的频率变换为该中间频率的混频器(312)。
9.一种用于磁共振成像(MRI)系统中的接收线圈(302)的变频前置放大器(304),该变频前置放大器(304)包括:
具有预定增益并且被配置成从该接收线圈(302)接收至少一个磁共振(MR)信号和生成放大的MR信号的放大器(308);
耦合到该放大器(308)并且被配置成过滤至少一个预定频率的频率滤波器(310);以及
耦合到该频率滤波器(310)并且被配置成将该放大的MR信号的频率变换为中间频率的混频器(312)。
10.如权利要求9所述的变频前置放大器,其中该混频器(312)被配置成基于本地振荡器信号(314)频率而将该放大的MR信号的频率变换为该中间频率。
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