CN101454684A - Mri系统中涉及通道估计的超宽带无线电传输 - Google Patents

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Abstract

将至少一个射频线圈(28，30)布置在检查区(14)内，所述射频线圈(28，30)以无线方式从相关联的无线收发机(60，64；62，66)接收扩频的校准信号，并向所述相关联的无线收发机(60，64；62，66)发射以扩频的数据(导频数据)信号形式的多通道数据。通道估计器(104，106)基于在所述无线收发机(60，64；62，66)与相关联的线圈(28，30)之间的所述校准信号，估计取决于频率的信号强度特性。信号强度调整器(108，110)对数据信号强度进行取决于频率的调整，以便基于依据所接收的校准信号而估计的信号特性，补偿所发射的数据信号，以产生取决于频率的经补偿的数据信号(例如预均衡)。

Description

MRI系统中涉及通道估计的超宽带无线电传输
技术领域
本申请涉及磁共振领域。其尤其可以与使用无线多个发射/接收(例如SENSE)线圈的磁共振成像一起使用，并具体参考该具体应用来加以说明。然而，会意识到以下还可以结合其它类型的磁共振系统，磁共振波谱分析系统等来使用。
背景技术
在SENSE磁共振成像技术中，使用多个线圈元件来同时采集公共成像层面或体积的磁共振成像数据。为了用SENSE技术迅速采集成像数据，每一个线圈元件都采样k-空间的不同部分。将欠采样的成像数据重构为相应的层面或体积的折叠图像。基于线圈的灵敏度特性来展开折叠图像，以产生层面或体积的展开图像。例如在Pruessmann等人的Magnetic Resonance inMedicine 42，pp.952-962(1999)和Hajnal等人的美国专利No.6,380,741中说明了SENSE成像技术。
传统上，每一个线圈都经由连接电缆中的有线线路连接到MRI系统的接收和/或发射通道。由于让电缆从每一个线圈开始、通过MR系统的检查空间并到达接收和/或发射通道是麻烦且不利的，因此已经做出了各种尝试来提供往来于线圈的无线通信。在这种系统中，通常借助于正交频分多路复用(OFDM)来使检测到的MR信号和/或控制信号往来于线圈进行传输，正交频分多路复用使用了超宽带(UWB)无线电传输标准协议。
无线MR系统的一个缺点是频选衰落。由于检查空间的孔和在MR系统的扫描器周围的RF笼状结构是高反射性的，因此就出现了信号的增大的反射、衍射和散射。从周围物中的不同点而来的反射抵消了在特定位置上所发射的RF信号，而在其它频率上，所述反射与所发射的RF信号相加。所述抵消频率和增加频率不是固定的。另外，为了避免干扰磁共振信号，无线收发机必须以高数据速率或频率进行收发，例如超过500MHz。这就产生了具有幅度凹槽(局部抵消)和尖峰(相加的)的频谱。
通常，将模数转换器(ADC)的增益设定为捕获额定的或更强的信号。因为典型ADC仅具有有限数量的位，因此在凹槽中的信号强度就降低到低于“平常的”量化噪声，从而就不能区分并处理被衰落的信号。结果，OFDM方案仅对于使用具有大量位的模数转换器的系统有效。
另一个问题是基于OFDM的系统的接收机需要以很大程度的准确性进行同步。通常，使用在每一个所发射的数据分组的开头处的前同步码来使接收机与发射机同步。标准前同步码的长度是24个符号。在同步时间期间，系统不发射和接收数据，例如扫描器空闲，因此，MRI系统的总处理能力受损。
本申请提供了新的和改进的方法和设备，其克服了上述及其它的问题。
发明内容
根据一个方面，公开了一种磁共振系统。将至少一个射频线圈布置在检查区内，所述射频线圈以无线方式从相关联的无线收发机接收扩频校准信号，并向所述相关联的无线收发机以扩频数据信号形式发射多通道数据。通道估计器基于在无线收发机与相关联的线圈之间的校准信号，估计取决于频率的信号强度特性。信号强度调整器对数据信号强度进行取决于频率的调整，以便基于依据所接收的校准信号而估计的信号特性，来补偿所发射的数据信号，以产生取决于频率的、经补偿的数据信号。
根据另一个方面，公开了一种磁共振成像方法。以无线方式接收在射频线圈与相关联的无线收发机之间的扩频校准信号。基于在无线收发机与线圈之间的校准信号，估计取决于频率的信号强度特性。基于所述估计，对扩频数据信号进行取决于频率的信号强度调整，所述扩频数据信号携带有在检查区中采集的数据，以产生取决于频率的、经补偿的数据信号。将所述经补偿的数据信号发射到相关联的无线收发机。
根据另一个方面，公开了一种磁共振系统。将至少一个频率线圈布置在检查区内，所述线圈以无线方式接收扩频校准信号，并向相关联的无线收发机发射扩频数据信号。通道估计器基于在无线收发机与相关联的线圈之间传输的校准信号，来估计信号特性。前同步设备基于信号的所估计的特性，调整每一个所发射的数据分组的前同步码大小。
一个优点是补偿了发射功率，从而减小或消除了频率衰落效应。
对于本领域技术人员在阅读并理解了以下详细说明后，会意识到本发明的更多优点。
附图说明
本发明可以具体化为不同部件和部件配置，以及不同步骤及步骤排列。附图仅是为了说明优选实施例的，不应解释为限制本发明。
图1是磁共振成像系统的图示说明。
图2是磁共振成像系统的前视图细节的图示说明。
图3是磁共振成像系统的细节部分的图示说明。
图4示意性地示出了包含前同步码的数据分组。
具体实施方式
参考图1，磁共振成像系统8包括扫描器10，其包含限定检查区14的外壳12，在检查区14中将患者或其它成像对象16布置在支撑台或床18上。布置在外壳12中的主磁体20在检查区14中产生主磁场B0。通常，主磁体20是由低温围带22所围绕的超导磁体；然而也可以使用电阻性或永久性的主磁体。磁场梯度线圈24布置在外壳12中或其上，以将所选择的磁场梯度叠加到检查区14内的主磁场上。尽管示出了孔型系统，但也可以设想开放式或其它类型的系统。
将RF线圈系统或装置26布置在检查区14附近。线圈系统26包括一个或多个多发射或接收RF线圈，例如灵敏度编码(SENSE)RF线圈，或布置在检查区14内的其它RF线圈。在示范实施例中，线圈系统26包括局部的第一和第二SENSE线圈，例如头部线圈28和表面线圈30，其每一个都包括多个独立的SENSE线圈元件32。线圈元件32的数量可以是4、8、16等。第一和第二SENSE线圈28、30每一个的线圈元件32都对磁共振信号具有不同的灵敏度，这就能够实现SENSE编码。可选的，外壳12还容纳或支撑全身线圈36，用于选择性地激发和/或检测磁共振。局部线圈28、30可以用于接收由可选全身线圈激发的磁共振，或可以由局部线圈28、30同时激发并接收磁共振。屏蔽体38将线圈28、30、36与其它元件相屏蔽。
磁共振成像控制器40操作耦合到梯度线圈24上的磁场梯度控制器42，以将所选磁场梯度叠加到检查区14中的主磁场，还操作耦合到一个或多个线圈28、30、36上的射频(RF)发射机或发射通道44，以将在磁共振频率附近的所选射频激发脉冲注入到检查区14中，用于进行成像。在多发射系统中，每一个线圈元件32都具有相应的发射机或发射通道44。
继续参考图1，并进一步参考图2和3，将至少第一通信位置或点46布置在检查区14附近。在示范性实施例中，将第一通信位置46布置在限定了检查区14的孔50的中间部48的大约10:30处，并由第一安装机构或装置54固定到孔圆筒52上。将第二通信位置或点56布置在孔50的中间部48的大约1:30处，并经由第二安装机构或装置58固定到孔圆筒52上。当然，可以设想在孔50中或孔50附近的其它位置。每一个位置46、56都包括一个或多个收发机。在示范性实施例中，每一个位置46、56包括两个收发机60、62；64、66，其每一个都包含接收机72和发射机74。例如，第一通信位置46的收发机60和第二通信位置56的收发机64以无线方式与第一线圈28通信，而第一通信位置46的收发机62和第二通信位置56的收发机66以无线方式与第二线圈30通信。收发机60、62、64、66都经由一个或多个发射/接收切换器76进行耦合，切换器76分别用于相应的射频发射通道44。
射频激发脉冲在成像对象16中激发磁共振信号，其由所选的磁场梯度进行空间编码。此外，成像控制器40操作射频接收机或接收通道78，其经由在第一和第二位置上的收发机以及发射/接收切换器76与线圈元件32相耦合，以解调由每一个线圈元件接收的、以无线方式接收的、空间编码的磁共振信号。将所接收的空间编码的磁共振数据存储在磁共振(MR)数据存储器80中。
重构处理器、算法、设备或其它装置82将所存储的磁共振数据重构为躺在检查区14内的成像对象16或其所选部分的重构图像。重构处理器82使用与数据采集中所使用的空间编码相一致的傅立叶变换重构技术或其它适合的重构技术，在所示SENSE实施例中是SENSE展开算法。将重构的图像存储在图像存储器84中，并可以显示在用户界面86上、经由局域网或互联网发送、由打印机打印、或其它用途。在所示实施例中，用户界面86还能够允许放射医师或其它用户与成像控制器40进行交换，以选择、修改或执行成像序列。在其它实施例中，提供了独立的用户界面，用于操作扫描器10以及用于显示或操作重构的图像。
所述的磁共振成像系统8是说明性实例。总的说来，基本上任何磁共振成像扫描器都可以包含多元件射频线圈。例如，扫描器可以是开放式磁体扫描器、垂直孔扫描器、低磁场扫描器、高磁场扫描器等。
继续参考图3，在校准模式中，相应第一(第二)线圈28(30)的第一(第二)接收机100(102)周期性地分析接收的宽带校准信号，并估计一个或多个这样的频率：在这些频率上，由于随着校准信号从许多相邻反射表面反射的频率选择性增加或抵消，造成了所接收信号的衰减或放大。例如，校准信号在超宽带的每一个频率上都是恒定幅度。通道估计器104(106)将在每一个频率上所接收的校准信号的幅度与预定阈值相比较，并确定信号最强处的频率，例如，确定强度高于阈值的信号以及该信号的强度比阈值高多少。例如，可以将阈值设定为对应于具有最低幅度的校准信号的频率成分。由于由第一(第二)接收机100(102)所接收的校准信号是低速率数据，因此通道估计器104(106)可以提供沿着当前信号路径的信号的准确特性。第一(第二)信号强度调整器、调整算法、设备或装置108(110)减小用于具有较强信号的频率的幅度量。例如，将较强信号频率的信号幅度或强度减小10dB。作为另一个实例，可以采用与相应的所接收信号强度成反比的形式减小在每一个频率上的幅度。作为另一个实施例，可以按照将所有频率都变为一共有强度的需要，来增大或减小幅度。因为发射距离较短，可以将该共有强度选择为相对较低。一旦减小了较强信号的信号强度，就可以将模数转换器112(114)的增益设定为使得已知的较弱信号与模数转换器的范围相匹配。相应第一(第二)线圈28(30)的第一(第二)发射机116(118)发射一系列信号，这些信号的每一个频率的幅度根据所确定的衰减而被调整或减小，以便由收发机60、64；62、66所接收的宽带信号对于每一个频率具有基本相同的幅度。以此方式，补偿了超宽带发射功率，以消除频选衰减。周期性地重复该校准，例如约每毫秒。尽管大约2.4GHz的载波频率是优选的，但任何高于500MHz的频率也是可接受的。低于500MHz的频率会干扰共振信号和用于激发和操作的RF信号，尤其是在较高磁场系统中。
以上说明了用超宽带通信信号将来自每一个线圈元件32的所接收的共振信号传送到孔上安装的收发机60、62、64、66。一旦在收发机上接收到信号，就可以采用有线方式，可选地采用红外方式、以宽带技术重新发射方式，将信号发送到在屏蔽室边缘等处的接收机。当然，可以设想在收发机侧进行模数转换。
相同的技术可以用于从收发机向局部线圈元件传送RF激发和操作信号。用于在对象中产生RF激发和操作脉冲的发射机和电源可以安装在局部线圈中。将校准信号从局部线圈发送到收发机，并且如上所述的调整换能器中超宽带发射机的衰减因子。
继续参考图3，每一个收发机60、62、64、66都可操作地耦合到第一和第二天线120、122。每一个收发机60、62、64、66的分集式切换器130选择到第一和第二天线之一的连接，以提供分集式接收和发送。例如，基于搜寻执行发射的相同天线的接收信号的质量，来做出分集式决策。在另一个实施例中，合并来自这两个天线的信号。
参考图4，在每一个发射数据分组152的开头(例如在数据部150之前)使用了前同步码148，来使接收机与发射机相同步。根据介质质量、发射参数和发射长度，来减小标准前同步码长度(24个符号)。基于对所接收信号的分析，前同步设备、算法、机构或装置160、162将前同步码的长度选择为例如12个符号，例如比前同步码标准24个符号减少12个符号。在另一个实施例中，前同步设备160、162将前同步码的长度选择为6个符号，例如比前同步码标准24个符号减少了18个符号。当然，可以设想前同步码的长度可以是6和12之间的任何符号数量。以此方式，通过将标准前同步码尺寸至少减小12个符号，可以几乎连续地执行传播，且不会损害系统的总处理能力。在一个实施例中，将较短的前同步码插入到数据流中，以便快速再同步。
参考优选实施例说明了本发明。在阅读并理解了前述详细说明后，其他人会想到修改和变化。其意图是本发明应解释为包括全部这种修改和变化，只要它们在所附权利要求或其等价物的范围内。

Claims (20)

1、一种磁共振系统(8)，包括：
至少一个射频线圈(28，30)，其布置在检查区(14)内，所述射频线圈(28，30)以无线方式从相关联的无线收发机(60，64；62，66)接收扩频的校准信号，并向所述相关联的无线收发机(60，64；62，66)以扩频的数据信号的形式发射多通道数据，所述射频线圈(28，30)包括：
通道估计器(104，106)，其基于在所述无线收发机(60，64；62，66)与所述相关联的线圈(28，30)之间的所述校准信号，估计取决于频率的信号强度特性，以及
信号强度调整器(108，110)，其对数据信号强度进行取决于频率的调整，以便基于依据所接收的校准信号而估计的信号特性，来补偿所发射的数据信号，从而产生取决于频率的经补偿的数据信号。
2、如权利要求1所述的系统，其中，所述通道估计器(104，106)被设计为：
将在所述扩频校准信号的多个频率的每一个上所接收的信号的强度与预定信号强度相比较；并且
基于所述比较，确定具有较强信号接收的频率和具有较弱信号接收的频率。
3、如权利要求2所述的系统，其中，所述信号强度调整器(104，106)被设计为：
减小确定为较强的数据信号的强度。
4、如权利要求3所述的系统，其中，所述射频线圈(28，30)还包括：
发射机(116，118)，其将所述经补偿的数据信号发射到所述无线收发机(60，62，64，66)。
5、如权利要求1所述的系统，还包括：
多个所述无线收发机(60，64；62，66)，其布置在围绕所述检查区(14)的至少第一和第二通信点(46，56)。
6、如权利要求5所述的系统，还包括：
同时布置在所述检查区(14)中的至少两个所述射频线圈(28，30)；以及
位于每个所述通信点(46，56)上的至少两个所述收发机(60，64；62，66)，以使得在每个所述通信点(46，56)上的所述收发机(60，64)中的第一个以无线方式将所述校准信号发射到第一线圈(28)，并从所述第一线圈(28)接收所述经补偿的信号数据，在每个通信点(46，56)上的所述收发机(62，66)中的第二个以无线方式将所述校准信号发射到第二线圈(30)，并从所述第二线圈(30)接收所述经补偿的数据信号。
7、如权利要求5所述的系统，其中，每一个收发机(60，62，64，66)都包括：
相关联的第一和第二配对天线(120，122)，用于分集式接收/发射。
8、如权利要求1所述的系统，其中，所述校准信号和所述数据信号是超宽带(UWB)信号。
9、如权利要求1所述的系统，还包括：
前同步设备(160，162)，其基于所述估计的信号特性，调整所发射数据分组(152)的前同步码(148)的大小。
10、如权利要求9所述的系统，其中，所述前同步码的大小是6到12个符号中的一个。
11、一种磁共振成像方法，包括：
以无线方式接收在射频线圈(28，30)与相关联的无线收发机(60，64；62，66)之间的扩频的校准信号；
基于在所述无线收发机与所述线圈之间的所述校准信号，估计取决于频率的信号强度特性；
基于所述估计，对携带有在检查区中所采集的数据的、扩频的数据信号进行取决于频率的信号强度调整，以产生取决于频率的、经补偿的数据信号；并且
将所述经补偿的数据信号发射到所述相关联的无线收发机。
12、如权利要求11所述的方法，其中，所述估计步骤包括：
将在多个频率中的每一个上所接收的校准信号的强度与所选择的信号强度相比较；
基于所述比较，确定具有较强信号接收的频率和具有较弱信号接收的频率；并且
减小确定为较强的所述数据信号的频率的强度。
13、如权利要求12所述的方法，其中，所述发射步骤包括：
将不存在选择性频率衰落效应的所述经补偿的信号发射到所述无线收发机。
14、如权利要求11所述的方法，其中，所述校准信号和所述数据信号是超宽带(UWB)信号。
15、如权利要求14所述的方法，还包括：
将第一和第二收发机与围绕成像区的多个通信点中的每一个相关联；
将所述射频线圈(28，30)中的至少第一个和第二个布置在所述检查区中；
将所述校准信号以无线方式从至少一个第一收发机发射到所述第一线圈；
将所述校准信号以无线方式从至少一个第二收发机发射到所述第二线圈；
由至少一个第一收发机以无线方式从所述第一线圈接收所述经补偿的数据信号；并且
由至少一个第二收发机以无线方式从所述第二线圈接收所述经补偿的数据信号。
16、如权利要求15所述的方法，其中，每一个收发机都包括相关联的第一和第二配对天线(120，122)，并还包括：
在所述天线中进行选择，以进行分集式接收/发射。
17、如权利要求11所述的方法，还包括：
周期性地重新发射所述校准信号，并重新估计所述取决于频率的信号强度特性。
18、如权利要求11所述的方法，还包括：
在所述发射步骤之前，调整每一个所发射数据分组的前同步码大小；
将具有经调整的前同步码的所述经补偿的数据发射到所述相关联的无线收发机；并且
以所述经调整的前同步码来同步所述无线收发机的接收机(72)。
19、一种磁共振系统(8)，包括：
至少一个频率线圈(28，30)，其布置在检查区(14)内，所述线圈(28，30)以无线方式接收扩频的校准信号，并向相关联的无线收发机(60，64；62，66)发射扩频的数据信号，所述线圈(28，30)包括：
通道估计器(104，106)，其基于在所述无线收发机(60，64；62，66)与相关联的线圈(28，30)之间传输的所述校准信号，来估计信号特性，以及
前同步设备(160，162)，其基于所估计的信号特性，来调整每一个所发射数据分组(152)的前同步码(148)的大小。
20、如权利要求19所述的系统，还包括：
信号强度调整器(108，110)，其调整所发射的扩频数据的信号强度，以便基于依据所接收的数据校准信号而估计的信号特性，来补偿所发射数据信号。
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