CN105122077B - 用于生成数字磁共振信息信号的射频天线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统(110)的检查空间(116)的MR信息的射频(RF)天线设备(140)，其包括：至少一个RF线圈(142)，其具有用于接收模拟MR信息信号的至少一个连接端口(144)；以及至少一个模拟数字转换器(ADC)(150)，其连接到所述至少一个连接端口(144)，并且将所述模拟MR信息信号转换成数字MR信息信号，其中，所述至少一个ADC(150)是RF带通子采样sigma‑delta模拟数字转换器。本发明还提供一种包括这样的RF天线设备(140)的MR成像系统(110)。这提供RF线圈和部件到RF天线设备中的集成，这要求提供MR信息信号作为数字信号。数字MR信息信号能够容易地被进一步处理并传输，即使在存在强的磁场和RF场的情况下。Sigma‑delta调制器具有相对低的成本、高的健壮性，并且能够容易地交换功率消耗和动态范围，并且以高效的方式在感兴趣的信号带中以低功率实现高分辨率和高线性。该解决方案实现提高的集成水平，避免对昂贵的RF线缆的使用，并提高了整体信号采集和传播的健壮性。子采样意味着sigma‑delta模拟数字转换器具有低于模拟MR信息信号内的RF载波信号的尼奎斯特频率的采样频率。

Description

用于生成数字磁共振信息信号的射频天线设备
技术领域
本发明涉及磁共振(MR)成像领域。尤其地，本发明涉及一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的磁共振信息的射频(RF)天线设备，一种采用至少一个这样的RF天线设备的MR成像系统，一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的磁共振信息的方法，以及一种用于更新使磁共振(MR)成像系统升级的软件包。
背景技术
在磁共振(MR)成像系统中，主磁体用于生成强静磁场，所述强静磁场在感兴趣体积中是均质的。感兴趣体积对应于MR成像系统的检查空间，并且通常是具有直径约为50厘米的球形或椭圆体空间。
通常，两种类型的射频(RF)线圈用于激励感兴趣对象(通常是患者)内的核自旋并检测来自其的信号。鸟笼线圈和横向电磁(TEM)线圈被广泛用于非常高的RF带(VHF)中的MR成像，并且已经被引入到商业3T MR成像扫描器中。RF线圈能够用作发送线圈和接收线圈、用作仅发送线圈、或用作仅接收线圈。
RF线圈可以包括不同的线圈元件，所述不同的线圈元件具有用于提供单个通道信息的至少一个馈送端口。当用作接收线圈时，每个连接端口提供模拟RF信号(也称作模拟MR信息信号)，该信号必须在MR成像系统内被处理。模拟MR信息信号被处理并被重建以最终获得MR图像，如下面详细描述的。
在图1中示出了在现有技术的MR成像系统中使用的用于处理MR信息信号的部件的划分。MR成像系统1包括四个功能块，四个功能块为采集块2、数字化块3、处理块4以及重建块5。如在图1中能够看到的，这些块2、3、4、5被提供在不同的位置中。采集块2被提供为靠近感兴趣对象，在所述采集块中，采集到磁共振信号。数字化块3被定位在检查室内并将模拟MR信息信号转换成数字MR信息信号。检查室通常被构建为包围采集块2，即检查室还包含MR成像系统1的要求的磁体和线圈。然而，数字化块3被定位在检查室内远离采集块2。采集块2和数字化块3通常借助于同轴线缆6连接以发送模拟MR信息信号。处理块4和重建块5被定位在与检查室分开的技术室中。数字化块3借助于数字线缆7连接到处理块4，所述处理块还借助于数字线缆7连接到重建块5上。数字线缆7被提供为例如光缆。
图2详细示出了采集块2和数字化块3以及中间多路复用块8。在现有技术的MR成像系统1中的采集块2被实施为集成的RF天线设备并包括两个RF线圈12，其每个具有连接端口14，在所述连接端口处提供模拟MR信息信号。应注意，在现有技术的MR成像系统1中的模拟MR信息信号包括两个单独的信号。采集块2还包括用于放大来自两个RF线圈12的模拟MR信息信号的两个低噪声放大器16。经放大的MR信息信号以模拟方式经由同轴线缆6被传播到中间多路复用块8。多路复用块8被定位在检查室中靠近采集块2，以促进并减少同轴线缆6的布线。多路复用块8执行对经放大的模拟MR信息信号的两个单独的信号的模拟多路复用，并提供模拟多路复用MR信息信号。模拟多路复用MR信息信号从多路复用块8经由同轴线缆6被转移到数字化块3。数字化块3被定位为远离检查室内的如上所述的采集块2。数字化块3包括接收放大器21、离散带通滤波器22以及模拟数字转换器(ADC)24，所述模拟数字转换器被提供为转换器IC。模拟多路复用MR信息信号利用带通滤波器22被滤波并且在RF频率利用ADC 24被直接转换，所述ADC是宽带ADC。在现有技术的实施方式中，使用市售的ADC。然而，由于RF信号的相对高的载波频率(其通常约为100MHz)以及要求的ADC分辨率，以子采样模式使用ADC，其中，ADC 24的采样频率低于MR信息信号的尼奎斯特频率的两倍。为了实施充分的动态范围，以并联配置使用两个ADC 24以用于粗糙转换和精细转换。这样的MR成像系统1和RF天线设备例如从WO 2006/048816 A1已知。
该实施方式留有进一步改进的可能性。首先，将高频模拟MR信息信号传播到电子处理单元由于在MR成像系统中使用的强磁场和/或RF场而需要具有良好屏蔽的RF线缆，这使布线复杂。通常，不得不使用共模电流的线缆陷阱，这进一步增加该实施方式的成本并减小整个系统的可靠性。另外，需要尖锐模拟带通滤波器，这在提供滤波器时需要大量努力。此外，电子设备(尤其是两个宽带ADC)具有大量功率消耗。另外，存在对模拟信号匹配和均衡的高要求，以便确保信号处理的线性动态范围。另外还有，由于不同块的电子设备的大的形状因子，由它们占据大的体积或区域。仅能够以相对低的水平来提供对所述块的实施。
随着MR成像(MRI)的新的且新兴的应用，通常需要增加的数量的信道，这额外地增加了成本和MR成像系统的复杂性，尤其是增加了多路复用块和数字化块的模拟布线和电子设备的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于接收来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的磁共振信息的改进的(RF)天线设备，一种采用至少一个这样的RF天线设备的改进的MR成像系统，一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的磁共振信息的方法，以及一种用于使磁共振(MR)成像系统升级的软件包，其提供改进的信号处理并克服上述缺点中的至少一些。
在本发明的一个方面中，所述目的通过一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的MR信息的射频(RF)天线设备来实现，所述RF天线设备包括：至少一个RF线圈，其具有用于接收模拟MR信息信号的至少一个连接端口；以及至少一个模拟数字转换器(ADC)，其连接到所述至少一个连接端口，并且将所述模拟MR信息信号转换成数字MR信息信号，其中，所述至少一个ADC是RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器。
得到的RF天线设备提供对所述至少一个RF线圈和将所述MR信息信号提供为数字信号需要的部件的集成，即，所述RF天线设备集成地包括采集块和数字化块。所述数字MR信息信号能够容易地被进一步处理。此外，例如通过使用误差检测和/或误差校正单元，能够容易地实现对所述数字MR信息信号的可靠传输，即使在存在强的磁场和RF场的情况下。优选地，数字信号线缆，更优选光纤信号线缆用于传输所述数字MR信息信号，其比用于传输所述模拟MR信息信号的模拟同轴线缆更易于处理。光纤信号线缆克服了共模电流的陷阱的问题。在RF天线设备内部，连接端口和ADC能够被定位为彼此靠近，由此要求短的模拟连接，使得减少对所述模拟MR信息信号的篡改。对RF信号的混合能够在数字域中进行，并且不要求I/Q校正。优选地，所述RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器具有固定的可编程采样频率。仅仅使用一个频率的解决方案显著地减少了耦合和干扰问题，并且简化了系统实施方式和RF天线设备到MR成像系统中的集成。当使采样频率可编程时，所述RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器能够以不同频率使用，在所述不同频率发送并接收RF信号。
Sigma-delta调制器具有相对低的成本、高的健壮性，并且能够容易地交换功率消耗和动态范围。优选地，所述sigma-delta调制器包括负反馈系统，所述负反馈系统处理误差信号而非信号本身，放松对ADC的大部分构建块的要求。因此，能够以低功率实现高分辨率和高线性。通常，带通sigma-delta模拟数字转换器是高效的，因为其仅在感兴趣的信号带中提供高分辨率。随着RF天线设备中的部件的集成水平的提高，还能够减少所占据的区域和/或空间。另外，这样的实施方式实现较大的通道计数，其否则将要求太多的空间和太高的复杂性。总之，对带通sigma-delta ADC的应用简化了总体接收器系统的复杂性，因为如混合器和调谐器的关键功能块被实现在数字域中，在所述数字域中它们更容易被实现。因此，能够实现性能改进。
所述RF线圈能够是适于接收MR信息的任何种类的线圈。所述RF线圈是纯接收线圈，或者发送和接收线圈。然而，在该文件的上下文中，仅仅线圈的接收功能是相关的并且被讨论。
子采样意指所述至少一个sigma-delta模拟数字转换器具有低于所述模拟MR信息信号内的最高频率分量的尼奎斯特频率的两倍的采样频率。这违反了尼奎斯特-香农采样定理的要求，其要求至少是所述MR信息信号的最高频率分量的两倍的采样率。然而，由于模拟MR接收到的信号中的调制信号是相对窄带的信号，其被混叠为低于采样频率的混叠频率，优选低于采样频率的一半，所述调制信号当应用子采样时能够可靠地被数字化。
根据优选实施例，所述RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器包括加法器、环路带通滤波器、量化器单元以及模拟数字转换器单元，其中，所述量化器单元接收由所述环路带通滤波器滤波的模拟输入信号的模拟滤波信号并将所述模拟滤波信号转换成数字输出信号，所述数字输出信号由所述RF天线设备提供为所述数字MR信息信号，所述数字模拟转换器单元接收所述量化器单元的所述数字输出信号并将所述数字输出信号转换成模拟反馈信号，并且所述加法器被提供在所述环路带通滤波器的输入路径处以将所述模拟MR信息信号和所述模拟反馈信号组合为所述输入信号。所述sigma-delta模拟数字转换器的该实施方式允许高效的环路带通滤波和高效的模拟数字转换。在连续时间sigma-delta模拟数字转换的情况下，所述环路带通滤波器还用作固有的反混叠滤波器，其放松在所述sigma-delta模拟数字转换器前面的滤波器的滤波器要求，或者甚至消除前面的滤波器的需求。所述模拟反馈信号是负的，使得所述加法器从所述模拟MR信息信号减去所述模拟反馈信号的绝对值。
根据优选实施例，所述量化器单元和所述数字模拟转换器单元被提供为N位转换器单元，其中，N是≥1的整数。这意味着整数M大于或等于1。对多位转换器的使用使得能够实现在动态范围和线性方面的高性能。
根据优选实施例，所述量化器单元和所述数字模拟转换器单元被提供为1位转换器单元。对1位转换器单元的使用简化了所需的信号处理和硬件实施方式。1位转换器是非常有成本效益的。
根据优选实施例，所述环路带通滤波器是可调谐滤波器，所述可调谐滤波器能被调节到所述模拟MR信息信号的调制频率。因此，所述ADC能够容易地适于在其中必须处理具有不同的中心频率的调制信号的不同种类的MR测量中使用。优选地，通过修改滤波器系数来调谐滤波器，这能够容易地进行。通过调谐滤波器，能够修改带通滤波器的中心频率。这使得能够修改RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器到调制信号的不同的RF载波频率。该技术方案是灵活的且高效的，因为其在RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器中集成了滤波器调谐功能。
根据优选实施例，所述至少一个ADC被提供具有小于所述模拟MR信息信号的载波信号的尼奎斯特频率的两倍的采样频率。因此，所述采样频率小于所述载波信号的最高频率的两倍。使用该采样频率，在ADC内部对载波信号进行子采样。由于子采样，在ADC的数字化输出中，在低中心频率混叠调制信号。以这种方式，同时发生模拟数字转换和频率下降转换。在低采样频率进行连续的数字信号处理，这容易实施。通过选择子采样因子KSSF，能够调整混叠的调制信号的频率位置。因此，能够执行对关于完整的MRI前端(即，数据采集块)的操作需要的模式的可能子采样因子的选择。
根据优选实施例，所述至少一个ADC被提供具有比所述模拟MR信息信号的调制信号的尼奎斯特频率高至少两倍的采样频率。因此，所述采样频率足够高以使得能够根据尼奎斯特频率对调制信号进行可靠采样。能够选择较高的采样频率以使得能够进行较高程度的过采样。所述调制信号的频率越低，能够选择越低的采样频率。因此，能够以低计算努力来执行模拟数字转换以及进一步的数字信号处理。
根据优选实施例，所述至少一个ADC被提供为单个集成电路。实施为单个芯片提供了空间优点，因为其对于ADC仅需要小的面积和/或空间。这允许将ADC定位为靠近RF线圈元件。此外，该实施方式带来了减少RF布线的益处。因此，RF天线设备和对应MR成像系统对于区域和/或空间的整体要求相当低。优选地，利用在设计中使用的采样频率的固定选择来优化对ADC的信号处理。进一步优选地，所述单个芯片是专用集成电路(ASIC)。更优选地，所述单个集成电路还包括用于处理MR信息信号的元件。
根据优选实施例，所述单个集成电路包括数字抽取滤波器。所述数字抽取滤波器指的是所述MR信息信号的数字处理步骤。通常，所述抽取滤波器指的是数字处理块。进一步的集成改进了整个MR信号处理的效率。特别地，其实现对高集成的且高效的RF天线设备的提供并且仅需要小的区域和/或空间。
根据优选实施例，所述RF天线设备包括至少一个模拟输入滤波器，所述至少一个模拟输入滤波器被提供在所述至少一个模拟数字转换器与所述至少一个连接端口之间。所述输入滤波器允许所述模拟MR信息信号在其在ADC中的处理之前进行信号处理。利用额外的输入滤波器，能够降低RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器的环路滤波器的要求，使得能够改进或更容易地实现环路带通滤波器和完整的sigma-delta ADC的稳定性。另外，能够促进环路带通滤波器的设计。优选地，所述模拟输入滤波器是带通滤波器。
根据优选实施例，所述RF天线设备包括至少一个低噪放大器，所述至少一个低噪放大器被提供在所述至少一个模拟数字转换器与所述至少一个连接端口之间。所述低噪放大器(LNA)提供具有放大幅度的模拟MR信息信号以用于进一步处理并确保在输入端处的适当阻抗。
在本发明的另一方面中，所述目的通过一种磁共振(MR)成像系统来实现，所述磁共振(MR)成像系统包括：主磁体，其用于生成静磁场；磁梯度线圈系统，其用于生成叠加到所述静磁场的梯度磁场；检查空间，其被提供用于将感兴趣对象定位在所述检查空间内；至少一个如上所述的射频(RF)天线设备，其用于提供来自所述检查空间的磁共振信息；以及数字信号处理单元，其用于处理由所述至少一个RF天线设备提供的数字MR信息信号。
因此，所述RF天线设备已经提供了所述数字MR信息信号，其能够容易地被发送到所述数字信号处理单元能够被定位到其中的任何适当的位置。所述数字信号处理单元可以集成地包括处理块和重建块。所述处理块可以包括数字抽取滤波器，所述数字抽取滤波器指的是所述MR信息信号在过采样的ADC(例如，sigma-deltaADC)已经用于进行数字化时MR信息信号的数字处理步骤。
根据优选实施例，所述MR成像系统包括：用于控制所述RF天线设备的所述至少一个模拟数字转换器(ADC)的控制单元。所述控制单元优选是用于控制对所述MR成像设备的整体操作的控制单元，使得不必需为了控制ADC的目的而提供额外的控制单元。所述控制单元优选地设定ADC的操作参数，包括采样频率、带通频率以及其他滤波参数。所述控制单元优选地被提供在所述MR成像系统的技术室中。
在本发明的另一方面中，所述目的通过一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的磁共振信息的方法来实现，所述方法包括以下步骤：提供具有至少一个射频(RF)线圈的RF天线设备，所述至少一个RF线圈具有至少一个连接端口；在所述RF天线设备内的所述至少一个RF线圈的所述至少一个连接端口处接收模拟MR信息信号；在所述RF天线设备中执行所述模拟MR信息信号到数字MR信息信号的模拟数字转换，其中，执行模拟数字转换的步骤包括执行带通子采样sigma-delta模拟数字转换；并且从所述RF天线设备经由通信链路发送数字MR信息信号。
根据优选实施例，所述方法包括以下额外的步骤：在数字信号处理单元中接收来自所述RF天线设备的所述数字MR信息信号，所述数字信号处理单元被提供为远离所述RF天线设备；并且在所述数字信号处理单元中处理所述数字MR信息信号。因此，MR信息从RF天线设备被发送到数字域中的数字信号处理单元，这能够以高健壮性和低成本来实现，尤其在存在磁场和/或RF场的情况下。所述信号处理单元包括处理块和重建块，所述处理块和所述重建块能够单独地或一起被提供。优选地，所述处理块和所述重建块共同被提供在MR成像系统的技术室中。备选地，所述处理块和所述重建块共同被提供在检查室中，RF天线设备也被定位在检查室中。RF天线设备还优选地与所述处理块和所述重建块分离。在备选实施例中，所述处理块被定位在检查室中，而所述重建块被定位在技术室中。上述处理块包括数字抽取滤波器，所述数字抽取滤波器指的是以带通子采样SDMADC编码的MR信息信号的数字处理步骤。
在本发明的再一方面中，所述目的通过一种用于使磁共振(MR)成像系统升级的软件包来实现，其中，所述软件包包含用于根据上述方法来控制MR成像系统的指令。特别地，所述软件包的指令运行在MR成像系统的控制单元中。
附图说明
本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例变得显而易见并将参考下文描述的实施例得到阐述。然而，这样的实施例不一定表示本发明的全部范围，并且因此引用权利要求并且在本文中用于解释本发明的范围。
在附图中：
图1是当前在现有技术中已知的MR成像系统中使用的用于信号处理的功能块的划分的示意图；
图2是根据图1的采集块、数字化块和中间块的示意图；
图3是根据本发明的磁共振(MR)成像系统的实施例的一部分的示意图；
图4是根据本发明的RF天线设备的示意图；
图5是根据本发明的包括子采样带通SDM ADC的图4的RF天线设备的电子部件的详细示意图；
图6是根据本发明的对模拟MR信息信号到数字MR信息信号的信号处理的图示；
图7是根据本发明的MR成像系统的数字信号处理单元的示意图；以及
图8包含示出与现有技术的实施方式相比较的不同的实施例的信号处理部件的位置的表。
附图标记
1 MR成像系统
2 采集块、射频(RF)天线设备
3 数字化块
4 处理块
5 重建块
6 同轴线缆
7 数字线缆
8 多路复用块
12 RF线圈
14 连接端口
16 低噪声放大器
21 接收放大器
22 带通滤波器
24 模拟数字转换器(ADC)
110 磁共振(MR)成像系统
112 磁共振(MR)扫描器
114 主磁体
116 RF检查空间
118 中心轴
120 感兴趣对象
122 磁梯度线圈系统
124 RF屏
126 MR成像系统控制单元
128 监视器单元
130 MR图像重建单元
132 控制线
134 RF发送器单元
136 RF切换单元
138 控制线
140 射频(RF)天线设备
142 RF线圈
144 连接端口
146 低噪声放大器
148 带通滤波器
150 模拟数字转换器(ADC)、sigma-delta模拟数字转换器
152 加法器
154 环路带通滤波器
156 量化器单元
158 数字模拟转换器单元
160 数字信号处理单元
162 抽取滤波器
164 合并单元
具体实施方式
图3示出了包括MR扫描器112的磁共振(MR)成像系统110的实施例的一部分的示意图。MR成像系统110包括主磁体114，所述主磁体被提供用于生成静磁场。主磁体114具有中心孔，所述中心孔提供围绕中心轴118的用于感兴趣对象120(通常是患者)被定位在其内的检查空间116。在该实施例中，主磁体114的中心孔以及因此的静磁场具有与中心轴118一致的水平方向。在备选实施例中，主磁体114的取向能够是不同的，例如以提供具有垂直取向的静磁场。此外，MR成像系统110包括磁梯度线圈系统122，所述磁梯度线圈系统用于生成叠加到静磁场上的梯度磁场。磁梯度线圈系统122同中心地被布置在主磁体114的孔内。
此外，MR成像系统110包括射频(RF)天线设备140，所述射频(RF)天线设备被设计为具有管状体的整体线圈。RF天线设备140被提供用于在RF发送阶段期间将RF磁场应用到检查空间116以激励感兴趣对象120的核并且在RF接收阶段期间接收来自所激励的核的MR信息。在操作MR成像系统110的状态下，RF发送阶段和RF接收阶段以连续的方式进行。RF天线设备140同中心地被布置在主磁体114的孔内。圆柱形金属RF屏124同中心地被布置在磁梯度线圈系统122与RF天线设备140之间。
此外，MR成像系统110包括：MR图像重建单元130，其被提供用于根据采集到的MR信息信号来重建MR图像；以及MR成像系统控制单元126，其具有被提供用于控制MR扫描器112的功能的监视器单元128。控制线132被安装在MR成像系统控制单元126与RF发送器单元134之间，RF发送器单元134被提供用于在RF发送阶段期间经由RF切换单元136将MR射频的RF功率馈送给RF天线设备140。RF切换单元136转而还受MR成像系统控制单元126控制，并且为了该目的另一控制线138被安装在MR成像系统控制单元126与RF切换单元136之间。在RF接收阶段期间，RF切换单元136将MR信号从RF天线设备140引导到MR图像重建单元130，如下面详细描述的。
在图4中详细示出RF天线设备140。在该实施例中，RF天线设备140包括具有单个连接端口144的单个RF线圈142，在所述连接端口处提供来自RF线圈142的模拟MR信息信号。RF天线设备140还包括低噪声放大器146，所述低噪声放大器用于放大模拟MR信息信号。经放大的MR信息信号被传播到带通滤波器148和模拟数字转换器(ADC)150，所述ADC被提供为单个ASIC实施方式。在该实施例中，ADC 150是RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器。
如能够从图5看到的，sigma-delta模拟数字转换器150包括以反馈配置布置的加法器152、环路带通滤波器154、量化器单元156以及数字模拟转换器单元158。在该实施例中，量化器单元156和数字模拟转换器单元158被提供为1位转换器单元。
量化器单元156接收由环路带通滤波器154滤波的模拟输入信号的模拟滤波信号。量化器单元156将该滤波信号转换成数字输出信号，所述数字输出信号由RF天线设备140提供为数字MR信息信号。数字模拟转换器单元158接收量化器单元156的数字输出信号并将所述数字输出信号转换成模拟反馈信号。加法器152被提供在环路带通滤波器154的输入路径处并从模拟MR信息信号减去模拟反馈信息号以生成用作环路带通滤波器154的输入信号的差信号。在加法器152处对模拟反馈信号的减去确保针对模拟MR信息信号的负反馈。
RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150使用一个采样频率fs，即，量化器单元156和数字模拟转换器单元158具有相同的采样频率fs。环路带通滤波器154是可调谐滤波器，其能被调节到模拟MR信息信号的调制频率。环路带通滤波器154优选地通过修改其滤波器系数而被调谐，这得到对环路带通滤波器154的中心频率的修改。对RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150的模拟数字转换将在稍后参考图6进行描述。
MR成像系统110还包括数字信号处理单元160，如能够在图7中看到的，所述数字信号处理单元用于处理由RF天线设备140提供的数字MR信息信号。RF天线设备140和数字信号处理单元160经由(图中未明确示出的)数据线缆连接。因此，数字信号处理单元160接收来自RF天线设备140的数字MR信息信号以用于进一步处理。数字信号处理单元160包括抽取滤波器162和用于合并来自不同的RF天线设备140的信号的合并单元164。在该实施例中，数字信号处理单元160是MR图像重建单元130的集成部件。
该实施例的MR成像系统110的部件的放置如表8中的中心线所示。因此，数据采集、模拟处理、数字化和数据精简集成地被实施在RF天线设备140中，即RF天线设备140包括直到带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150的所有部件。使用数字信号处理单元160的数据传输和重建在检查室和/或技术室中执行。
在图8的表的底线中示出的备选实施例中，数据传输功能也部分地被集成到RF天线设备140中。此外，在备选实施例中，信号处理单元160的抽取滤波器162是包括ADC 150的ASIC的集成部分。
相比之下，图8的顶线指的是根据现有技术的MR成像系统的部件的放置，其中，在RF天线设备中仅执行数据采集。在现有技术中，在检查室中远离RF天线设备执行模拟信号处理。在技术室中执行数字化，以及还执行数据传输和图像重建。
在该实施例中，MR成像系统110的控制单元126控制RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150。MR成像系统110的控制单元126取决于MR成像系统110的期望操作模式来设定ADC 150的操作参数，包括采样频率、带通频率和其他滤波参数。该操作使用双向通信。
现在将参考图6来详细描述从RF线圈142到数字信号处理单元160的信号处理。
RF线圈142在其连接端口144处提供模拟MR信息信号。在低噪声放大器146中的放大并且在带通滤波器148中的滤波之后，模拟MR信息信号被传递到RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150。被提供到RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150的输入信号的谱图像在图6的上部图中被示出。如从图中能够看到的，该信号包含具有中心频率f0的调制信号，其是在中心频率f0附近的窄带信号。因此，与其中心频率f0相比，调制信号具有小的频率范围。
带通子采样sigma-delta模拟数字转换器150在小于模拟MR信息信号的载波信号的尼奎斯特频率的两倍的前述采样频率fs操作，以数字化在图6的上部图中示出的输入信号。这指的是子采样。特别地，采样频率fs低于调制信号的尼奎斯特频率。由于子采样，数字化的调制信号被混叠为多个混叠频率，如能够从图6的下部图看到的，所述多个混叠频率包括低于采样频率fs的两个混叠频率。能够通过fa＝+/-f0-KSSF*fs来计算混叠频率，其中，KSSF是表示子采样因子的整数，即，采样频率fs与中心频率f0之间的关系。相关性是在[0,fs/2]之间的间隔内的混叠频率fa，其将还被称为fa。因此，混叠的调制信号具有低的中心频率，其是混叠频率fa。如还能够在图6的下部图中看到的，采样频率fs比具有中心频率为混叠频率fa的混叠的调制信号的最高频率高超过两倍。当在图6的下部图中示出的信号被数字化时，在采样频率fs利用高分辨率来可靠地使混叠频率fa数字化。
通过选择子采样因子KSSF，混叠的调制信号的频率位置能够适于MR成像系统110的操作的不同模式。这些设置能够通过MR成像系统控制单元126来完成。在该实施例中，MR成像系统控制单元126还用于设定环路带通滤波器154的滤波器系数以提供稳定的滤波器。
尽管在附图和前述描述中已经详细说明并描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的并非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践所主张的本发明的过程中，能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统(110)的检查空间(116)的MR信息的射频(RF)天线设备(140)，包括：
至少一个RF线圈(142)，其具有用于接收模拟MR信息信号的至少一个连接端口(144)，以及
至少一个模拟数字转换器(ADC)(150)，其连接到所述至少一个连接端口(144)，并且将所述模拟MR信息信号转换成数字MR信息信号，
其中，所述至少一个ADC(150)是RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器，其被提供具有小于所述模拟MR信息信号的载波信号的尼奎斯特频率的两倍的采样频率(fs)。
2.根据权利要求1所述的RF天线设备(140)，其中，
所述RF带通子采样sigma-delta模拟数字转换器(150)包括加法器(152)、环路带通滤波器(154)、量化器单元(156)以及数字模拟转换器单元(158)，
其中，
所述量化器单元(156)接收由所述环路带通滤波器(154)滤波的模拟输入信号的模拟滤波信号并将所述模拟滤波信号转换成数字输出信号，所述数字输出信号由所述RF天线设备(140)提供为所述数字MR信息信号，
所述数字模拟转换器单元(158)接收所述量化器单元(156)的所述数字输出信号并将所述数字输出信号转换成模拟反馈信号，并且
所述加法器(152)被提供在所述环路带通滤波器(154)的输入路径处以将所述模拟MR信息信号和所述模拟反馈信号组合为所述输入信号。
3.根据权利要求2所述的RF天线设备(140)，其中，
所述量化器单元(156)和所述数字模拟转换器单元(158)被提供为N位转换器单元(156、158)，其中，N是>1的整数。
4.根据权利要求2或3所述的RF天线设备(140)，其中，
所述环路带通滤波器(154)是可调谐滤波器，所述可调谐滤波器能被调节到所述模拟MR信息信号的调制频率。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的RF天线设备(140)，其中，
所述至少一个ADC(150)被提供具有比所述模拟MR信息信号中的调制信号的尼奎斯特频率高至少两倍的采样频率(fs)。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的RF天线设备(140)，其中，
所述至少一个ADC(150)被提供为单个集成电路。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的RF天线设备(140)，其中，
所述RF天线设备(140)包括至少一个模拟输入滤波器(148)，所述至少一个模拟输入滤波器被提供在所述至少一个ADC(150)与所述至少一个连接端口(144)之间。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的RF天线设备(140)，其中，
所述RF天线设备(140)包括至少一个低噪声放大器(146)，所述至少一个低噪声放大器被提供在所述至少一个ADC(150)与所述至少一个连接端口(144)之间。
9.一种磁共振(MR)成像系统(110)，包括：
主磁体(114)，其用于生成静磁场，
磁梯度线圈系统(122)，其用于生成叠加到所述静磁场的梯度磁场，
检查空间(116)，其用于将感兴趣对象(120)定位于在所述检查空间内，
至少一个如权利要求1-8中的任一项所述的射频(RF)天线设备(140)，其用于提供来自所述检查空间(116)的磁共振信息，以及
数字信号处理单元(160)，其用于处理由所述至少一个RF天线设备(140)提供的数字MR信息信号。
10.根据权利要求9所述的MR成像系统(110)，包括：
控制单元(126)，其用于控制所述RF天线设备(140)的至少一个模拟数字转换器(ADC)(150)。
11.一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统(110)的检查空间(116)的磁共振信息的方法，包括：
提供具有至少一个射频(RF)线圈(142)的RF天线设备(140)，所述至少一个射频(RF)线圈具有至少一个连接端口(144)，
在所述RF天线设备(140)内的所述至少一个RF线圈(142)的所述至少一个连接端口(144)处接收模拟MR信息信号，
在所述RF天线设备(140)中执行所述模拟MR信息信号到数字MR信息信号的模拟数字转换，其中，执行模拟数字转换的步骤包括执行带通子采样sigma-delta模拟数字转换，其中采样频率(fs)小于所述模拟MR信息信号的载波信号的尼奎斯特频率的两倍，并且
经由通信链路来发送来自所述RF天线设备(140)的所述数字MR信息信号。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下额外的步骤：
在数字信号处理单元(160)中接收来自所述RF天线设备(140)的所述数字MR信息信号，所述数字信号处理单元被提供为远离所述RF天线设备(140)，并且
在所述数字信号处理单元(160)中处理所述数字MR信息信号。
13.一种存储有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序被配置用于使磁共振(MR)成像系统(110)升级，其中，所述计算机程序包含用于根据如权利要求11或12所述的方法来控制所述MR成像系统(110)的指令。
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