CN105717469B - 级联式信号选择和集中和/或用抽取和通道预选减少数据 - Google Patents

级联式信号选择和集中和/或用抽取和通道预选减少数据 Download PDF

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Abstract

本发明涉及级联式信号选择和集中及/或用抽取和通道预选减少数据。本发明涉及一种磁共振断层成像系统，具有多个MRT插头，用于连接多个局部线圈中的相应的一个局部线圈的天线元件，其中，通过至少一个模拟的开关矩阵，分别连接到比所有的MRT插头少的MRT插头的天线元件，能够与分别具有多个接收信号处理元件的多个接收信号处理元件块中的一个接收信号处理元件块的接收信号处理元件模拟地连接，并且其中，在接收信号处理元件块的输出端和磁共振断层成像系统的评估装置之间设置数字通道选择单元，其在输入侧能够与天线元件相连，其中，在数字通道选择单元的输出端存在比数字通道选择单元的输入端上少的天线元件的信号。

Description

级联式信号选择和集中和/或用抽取和通道预选减少数据
技术领域
本发明涉及一种磁共振断层成像系统。
背景技术
通过磁共振断层成像来对对象或患者进行检查的磁共振设备(MRT)例如从DE 10314 215 B4中已知。
发明内容
本发明的任务是，对磁共振断层成像系统进行优化。
附图说明
本发明的可能实施方式的其他特征和优点从以下借助附图对实施例的描述中得到。
附图中：
图1示意性简化地以俯视图示例性地示出了患者卧榻，具有分别在头端和在脚端的用于分别将局部线圈连接到插头的多个MRT插头和在头端的三个局部线圈，
图2示意性简化地以横截面示例性地示出了具有分别在头端和在脚端的用于分别将局部线圈连接到插头的多个MRT插头的患者卧榻，以及通过患者卧榻的台和患者卧榻的腿及进一步在评估单元的方向上的对接站的连接，
图3A、图3B、图3C和图3D示意性简化地并排示例性地示出了用于数字通道选择的特别是数字通道选择单元的空间布置的四个变型方案，所述数字通道选择在用于仅对几个局部线圈和/或MRT插头的几个或所有天线元件的信号进行选择的模拟通道选择之后，四个变型方案是，数字通道选择单元在台、腿、MRT孔中和在屏蔽空间的外部的技术空间中，
图4示意性简化地以俯视图示例性地示出了从MRT插头至患者卧榻的对接站的信号路径，
图5示意性简化地以俯视图示例性地示出了在仅一个数字通道选择单元布置在患者台台面或患者台腿中在脚端的情况下，从在头端和在脚端的(用于局部线圈/天线元件的)MRT插头、经由患者卧榻的对接站、直至评估单元的信号的信号路径，
图6示意性简化地以俯视图示例性地示出了在两个模拟选择单元布置在头端和脚端在患者台台面或患者台腿中的情况下，从在头端和在脚端的(用于局部线圈/天线元件的)MRT插头、经由患者卧榻的对接站、直至评估单元的信号的信号路径，
图7示意性简化地以俯视图示例性地示出了在例如数字通道选择单元布置在MRT孔处的情况下，从在头端和在脚端的(用于局部线圈/天线元件的)MRT插头、经由患者卧榻的对接站、直至评估单元的信号的信号路径，
图8示意性简化地以俯视图示例性地示出了在例如数字通道选择单元布置在技术空间中的情况下，从在头端和在脚端的(用于局部线圈/天线元件的)MRT插头、经由患者卧榻的对接站、直至评估单元的信号的信号路径，
图9A和图9B示意性简化地示出了分别具有多个接收信号处理元件的接收信号处理元件块的一些细节的两个示例，在此分别具有模拟数字转换器和在此的电光转换器，左边具有而右边没有模拟评估单元，
图10示出了具有光电转换器和电光转换器以及选出和选择装置的数字通道选择单元，其在输入侧与天线元件相连，并且从中按照选择信号选择比所有天线元件少的信号，
图11示出了与图10中类似的选出和选择装置，其还具有用于数据减少的信号压缩单元，
图12示意性示例性地示出了MRT系统。
具体实施方式
图12作为概览图示出了(位于屏蔽的空间或法拉第笼F中的)成像磁共振设备MRT101，具有空心圆柱体102，该空心圆柱体具有在此是管形的空间103，患者卧榻104与例如检查对象(例如患者)105的身体一起(带有或没有局部线圈装置106)可以沿箭头z的方向驶入该管形的空间103中，以便通过成像方法产生患者105的照片。在患者105上在此布置了局部线圈装置106，利用所述局部线圈装置在MRT的局部区域(也称为视野或FoV)中可以产生在FoV中的身体105的子区域的照片。局部线圈装置106的信号可以由例如可以经由同轴缆线或通过无线电(167)等连接到局部线圈装置106的MRT 101的评估装置(168,115,117,119,120,121等)进行处理(例如转换为图像、存储或显示)。
为了利用磁共振设备MRT 101借助磁共振成像检查身体105(检查对象或患者)，将在时间和空间特征上最精确地互相调谐的不同的磁场入射到身体105上。在此处具有隧道形开口103的测量室中的强磁体(通常是低温磁体107)产生静态强主磁场B0，其例如为0.2特斯拉至3特斯拉或更高。待检查的身体105被置于患者卧榻104上驶入到主磁场B0的观察区域FoV(也称为“视野”或“field of view”)中的大约均匀的区域中。身体105的原子核的核自旋的激励经由磁高频激励脉冲B1(x,y,z,t)进行，该磁高频激励脉冲经由此处作为(例如多部分的＝108a,108b,108c)身体线圈108非常简单地示出的高频天线(和/或必要时的局部线圈装置)入射。高频激励脉冲例如由脉冲产生单元109产生，该脉冲产生单元由脉冲序列控制单元110控制。在通过高频放大器111放大之后其被传输到高频天线108。此处示出的高频系统仅是示意性表示的。也可以在磁共振设备101中采用多于一个的脉冲产生单元109、多于一个的高频放大器111和多个高频天线108a,b,c。
此外磁共振设备101还具有梯度线圈112x,112y,112z，利用所述梯度线圈在测量时入射用于选择性层激励和用于对测量信号进行位置编码的梯度磁场BG(x,y,z,t)。梯度线圈112x,112y,112z由梯度线圈控制单元114(和必要时通过放大器Vx,Vy,Vz)控制，所述梯度线圈控制单元同样与脉冲产生单元109一样与脉冲序列控制单元110相连。
由(检查对象中的原子核的)激励的核自旋发出的信号由身体线圈108和/或至少一个局部线圈装置106接收，通过对应的高频前置放大器116放大并且由接收单元和/或处理单元117进一步处理和数字化。记录的测量数据被数字化并且作为复数值存储在k空间矩阵中。从存储有值的k空间矩阵中借助多维傅里叶变换可以重建所属的MR图像。
对于既可以以发送模式也可以以接收模式运行的线圈，例如身体线圈108或局部线圈106，通过在前连接的发送-接收-转接器118调节正确的信号传输。
图像处理单元119从测量数据中产生图像，该图像通过操作控制台120被显示给用户和/或被存储在存储单元121中。中央计算单元122对各个设备组件进行控制。
图1-12示出了特别是用于级联式模拟和数字信号选择和信号集中及通过抽取和通道预选减少数字接收数据的按照本发明的构造的细节。
在MR断层成像中，目前通常利用所谓的局部线圈(环(Loop))106-1,106-2,106-3拍摄具有高的信噪比的图像。在此，激励的核在局部线圈106的天线元件(线圈)中感应出电压，该电压然后利用低噪声前置放大器(LNA，low-noise preamplifier)放大并且最后通过缆线连接在MR频率下被传输到接收电子电路。为了即使在高分辨的图像中也改善信噪比，采用所谓的高场设备(Hochfeldanlage)。其基本场强目前例如处于3特斯拉或更高。因为在一个MR接收系统上可以连接比存在的接收信号处理元件(也称为接收器)多的局部线圈的天线元件(环)，所以在接收天线和接收信号处理元件之间嵌入至少内部公知的开关矩阵(在西门子称为RCCS＝“Receive Coil Channel Selector(接收线圈通道选择器)”)。其将目前激活的接收通道路由到现有的接收信号处理元件。由此可以连接比存在的接收信号处理元件多的天线元件，因为在全身覆盖的情况下仅需读出位于磁体的FoV(视野)或均匀体积中的局部线圈。
以下将单个天线元件也称为线圈元件。例如也可以将天线称为“线圈”，该天线例如可以由一个或多个天线元件构成(阵列线圈)。局部线圈例如包括天线元件、前置放大器、其它电子电路和缆线、壳体和具有插头的通常(至少)一个缆线，局部线圈通过所述插头连接到系统。“系统”或磁共振断层成像系统101也理解为MR设备。
在至少内部公知的目前的产品中存在模拟的开关矩阵(RCCS)，其可以将每个任意的输入通道切换到每个任意的接收信号处理元件(RX)。开关矩阵例如可以构造为交叉分配器(Crossbar Switch，纵横开关)。但是目前的解决方案在具有非常高的通道数量(例如128个)的系统的情况下导致问题。如果例如想要使得能够自由地切换192×128(192auf128)个通道，则由此可能设计极大的开关矩阵。此外在高频情况下随着开关的数量而增加的导线的电容负担可能导致技术问题。通过并行运行多个同样的RCCS组件，实现目前至少内部公知的128通道系统。
在MR接收系统中天线元件(＝“元件”)必须分配到各个接收信号处理元件上。因为通常比能够同时处于磁体的视野(FoV)中多的天线位于患者上，所以有意义的是，运行比接收天线少的接收信号处理元件。但是，为此如下开关矩阵是有意义的，所述开关矩阵将可连接到患者台(PTAB,104)的天线元件灵活地路由到存在的接收信号处理元件。此外，PC插入卡的面板上的位置有限也是问题，从而在接收信号处理元件数量较大的情况下会需要多个PC插入卡，仅仅因为用于LWL接头的位置不足。
RCCS的整体切换功能目前在至少内部公知的解决方案中在模拟信号的层面上进行，其中稍后在信号处理链路中才进行数字化。即，待解决的问题可以是对事先已经数字化的信号进行处理的开关矩阵的结构上的实现和有意义的(成本低的)空间布置。
此外存在至少内部公知的解决方案，其已经在患者台中实现了切换功能(SwitchBox,Essenza)，然而也是在模拟的层面上。
PC插入卡的面板上位置有限的问题迄今为止通过使用多个卡来解决。
按照本发明的构造，天线元件的信号(数据)已经在患者台104的(至少)一个局部线圈106-1,106-2,106-3等中或在台面(也称为患者台台面或104-PT-TT)中被数字化(A/D)。那里存在多个空间分布(2-16)的数字化单元(A/D)，其然后将数字数据(优选光学地在E/O转换之后)传输到一个或两个中央组件(优选在患者台台面PT-TT的末端处的头侧KE和或脚侧FE或者在桌腿PT-TF中)。在那里可以在数据流进一步被发送到处理单元(图像计算机)之前进一步使大的数据流减少。在该一个至两个集中器组件中的可能的其他处理步骤例如可以是如下：
本发明的构造使得可以利用数字通道选择单元SC将多个数字的数据流聚集为一个数据流，以便通过传输介质(优选玻璃或塑料纤维)LWL传输至系统117,101(该解决方案之所以也是有意义的，是因为可以采用可覆盖的患者台，其然后必须构造为具有光学连接器。所述光学连接器优选构造为纤维-透镜-透镜-纤维组合并且由于光学组件和精度而是昂贵的。因此，目的是，使这些组件的数量保持小。)
在聚集时从具有X1和X2GBit/s的两个数据流例如形成一个新的具有X3＝X1+X2GBit/s的数据流。例如可以仅选择MR实验需要的并且由控制器选择的数据流进一步传输。由此实现可连接的通道相对于实际上待处理的通道的预选(数字开关矩阵)。可以通过选择实现减少。
本发明的构造例如涉及通过利用抽取滤波器，例如带通或低通抽取滤波器(例如附图标记：抽取)进行数据抽取来减少数据流。
可以通过滤波，通过在组件中或甚至在同一个逻辑运算中集中、抽取和选择的组合实现减少，如附带地示出的。
本发明的构造特别地也可以例如涉及以下方面中的一个或两个：
1.模拟的和数字的通道选择级的级联，用于逐步减少在局部线圈和图像计算机之间待传输的信号-在可覆盖的卧榻情况下可能已经在患者台中用于降低连接技术成本。
2.数字的信号集中单元的使用，其综合多个数字RX输出并且进行通道选择和可能的进一步数据率抽取(数据减少)。该思路着重于接收链路的成本优化。
对于图1-11的细节：
图1示意性简化地以俯视图示例性地示出了患者卧榻104的患者卧榻台面(＝患者台台面)104-PT-TT，具有分别在头端KE和在脚端FE的多个MRT插头1,2,5,6；3,4,7,8，用于分别将局部线圈106-1,106-2,106-3连接到MRT插头1,2,5,6；3,4,7,8，以及在患者卧榻台面104-PT-TT的头端的示例性的三个局部线圈106-1,106-2,106-3。
图2示意性简化地以横截面示例性地示出了患者卧榻104的患者卧榻台面104-PT-TT，具有分别在头端KE和在脚端FE的多个MRT插头1；3，用于分别将局部线圈连接到这些MRT插头，以及通过患者卧榻的患者卧榻台面104-PT-TT、患者卧榻的患者台台腿(＝患者卧榻腿)PT-TF和对接站DC及在图2中未示出的MRT101的评估装置117,110,120的进一步方向的信号路径(使用电导体EL和/或光导体LWL)。
图3A、图3B、图3C和图3D示意性和简化地并排示例性地示出了特别是信号路径和用于数字通道选择的数字通道选择单元(SC)的空间布置的四个变型方案图3A,图3B,图3C,图3D，所述数字通道选择在用于对(仅几个局部线圈(106-1,106-2,106-3,106-4)和/或MRT插头1,2,5,6；3,4,7,8的)几个或所有天线元件的信号进行选择的模拟通道选择SB1,SB2之后，即(图3A)在患者卧榻台面104-PT-TT中、(图3B)在患者台台腿PT-TF中、(图3C)在MRT孔103中和(图3D)在屏蔽空间F外部的技术空间中。
图4示意性简化地以俯视图示例性地示出了通过患者卧榻台面104-PT-TT和在患者台台腿PT-TF中的、从MRT插头1,2,3,4,5,6,7,8至患者卧榻104的对接站DS的信号路径X1,X2,X3,X4。
图5示意性简化地以俯视图示例性地对于数字通道选择单元(SC)布置在患者卧榻台面104-PT-TT或患者台台腿PT-TF中在脚端FE的情况示出了：
从在头端KE和在脚端FE的(用于局部线圈的)MRT插头，分别经由用于模拟通道选择的模拟通道选择单元SB1,SB2、用于数字通道选择的数字通道选择单元(SC)、患者卧榻的对接站，直至MRT 101的评估单元117的信号的光(光导体LWL)和电(电导体EL)信号路径，(其中在信号路径中设置了用于将电信号转换为光信号的电光转换器(E/O)和用于将光信号转换为电信号的光电转换器(O/E))。
图6示意性简化地以俯视图示例性地对于布置在患者卧榻台面104-PT-TT或患者台台腿PT-TF中的数字通道选择单元(SC)，示出了从在头端KE和在脚端FE的(用于局部线圈的)MRT插头，分别经由用于模拟通道选择的模拟通道选择单元SB1,SB2、用于数字通道选择的数字通道选择单元(SC)、患者卧榻的对接站DC，直至MRT 101的评估单元117的信号的光(光导体LWL)和/或电(电导体EL)信号路径，(其中同样在信号路径中设置了用于将电信号转换为光信号的电光转换器(E/O)和用于将光信号转换为电信号的电光转换器(E/O))。
与图5不同，在图6中由在头端的模拟通道选择单元SB1选择的信号不像在图5中那样传输到用于(在模拟选择)之后的数字通道选择的数字通道选择单元(SC)，而是直接传输到对接站。
在图7中，信号从在头端KE和在脚端FE的(用于局部线圈/天线元件的)MRT插头，分别传输至模拟通道选择单元SB1,SB2，并且传输至例如布置在孔103处的数字通道选择单元(SC)(并且从例如布置在孔103处的数字通道选择单元(SC)进一步传输至患者卧榻的对接站、直至评估单元117)。
在图8中，例如布置在(FOV外部的)技术空间中的数字通道选择单元(SC)，设置在从在头端和在脚端的(用于局部线圈/天线元件的)MRT插头至评估单元117的信号的信号路径中。
图9A和图9B示意性简化地示出了用于从M1个模拟信号减少到M2(M2<M1)个模拟信号的通道减少的接收信号处理元件块(诸如RX18,RX24,RX32,RX1,RX2,RX3)的一些细节的两个示例，在此具有电光转换器(E/O)，分别具有在此分别带有模拟数字转换器(ADC)的多个接收信号处理元件(RX-CH)，以及在接收信号处理元件块(诸如RX18,RX24,RX32,RX1,RX2,RX3)中左边没有而右边具有模拟评估单元(开关盒(SwitchBox))。
图10示出了具有光电转换器(O/E)、电光转换器(E/O)以及选出和选择装置(数据处理)的数字通道选择单元SC，其(SC)在输入侧可与天线元件(At1-1..At1-3,At2-1..At2-3,At3-1..At3-3)相连，并且从中按照选择信号(通道选择)选择比所有天线元件(At1-1..At1-3,At2-1..At2-3,At3-1..At3-3)少的信号，在输出侧(X4)在评估单元(117)的方向上输出。
图11示出了与图10中类似的选出和选择装置(数据处理)，其还具有用于通过例如压缩或重新编码或高通/低通滤波器来减少数据的信号压缩单元(抽取)。

Claims (18)

1.一种磁共振断层成像系统，
具有多个MRT插头，用于连接多个局部线圈中的相应的一个局部线圈的天线元件，
其中，通过至少一个模拟的开关矩阵，分别连接到比所有的MRT插头少的MRT插头的天线元件，能够与分别具有多个接收信号处理元件的多个接收信号处理元件块中的一个接收信号处理元件块的接收信号处理元件模拟地连接，
并且其中，在接收信号处理元件块的输出端和磁共振断层成像系统的评估装置之间设置数字通道选择单元，其在输入侧能够与天线元件相连，
其中，在数字通道选择单元的输出端存在比数字通道选择单元的输入端上少的天线元件的信号。
2.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，设置比MRT插头少的接收信号处理元件块。
3.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，接收信号处理元件块的输出端经由一个或多个电光转换器和经由至少一个数字通道选择单元连接到至少一个或刚好一个光导体，
信号压缩单元能够在有或没有其他中间连接的元件的情况下与磁共振断层成像系统的评估装置相连。
4.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，能够与局部线圈的天线元件相连的模拟数字转换器布置在该局部线圈中。
5.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，能够与至少一个局部线圈的天线元件相连的模拟数字转换器布置在患者台中。
6.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，接收信号处理元件块分别具有一个或多个刚好整体连接在电光转换器之前的分别用于天线元件中的一个的信号的模拟数字转换器，
其中，在模拟数字转换器的输出端上的信号分别具有不同的光频率，以便其共同通过共同的光导体传输。
7.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，在信号压缩单元之前连接多个光电转换器，在该多个光电转换器上经由电光转换器和至少一个光导体分别连接接收信号处理元件块中的一个的输出端中的一个。
8.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，信号压缩单元具有：能够通过选择信号控制的通道选择装置，和刚好一个或刚好两个连接在通道选择装置之后的电光转换器。
9.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，通道选择装置具有连接在其能够通过选择信号控制的通道选择装置之后的信号压缩单元。
10.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，在患者台的头端设置多个MRT插头，用于分别连接多个局部线圈中的一个局部线圈的天线元件，
其中，通过第一开关矩阵，连接到少于所有MRT插头的局部线圈的天线元件，能够切换到分别具有多个接收信号处理元件的多个接收信号处理元件块中的一个接收信号处理元件块的接收信号处理元件，该多个接收信号处理元件至少具有数字模拟转换器，
以及在患者台的脚端设置多个MRT插头，用于分别连接多个局部线圈中的一个局部线圈的天线元件，
其中，通过第二开关矩阵，连接到少于所有MRT插头的局部线圈的天线元件，能够切换到分别具有多个接收信号处理元件的多个接收信号处理元件块中的一个接收信号处理元件块的接收信号处理元件，该多个接收信号处理元件至少具有数字模拟转换器。
11.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，一部分或所有MRT插头是安装在患者台上的MRT插头。
12.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，安装在患者台的头端的MRT插头和安装在患者台的脚端的MRT插头分别通过光导体能够切换到同一个患者台MRT对接连接器。
13.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，在患者台和磁共振断层成像系统之间的患者台MRT对接连接器之前，连接电光转换器，并且在后连接至少一个光导体。
14.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，患者台和磁共振断层成像系统之间的患者台MRT对接连接器，布置在患者台的台下面的腿中。
15.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，安装在患者台的头端的MRT插头和安装在患者台的脚端的MRT插头，分别通过光导体能够切换到同一个电光转换器。
16.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，安装在患者台的头端的MRT插头和安装在患者台的脚端的MRT插头，分别通过一个连接能够切换到同一个信号压缩单元，其连接到电光转换器，该电光转换器连接到患者台MRT对接连接器。
17.根据权利要求1所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，一个或多个接收信号处理元件块的输出端在患者台的头端分别经由电光转换器和光导体连接到刚好一个信号压缩单元，
一个或多个接收信号处理元件块的输出端在患者台的脚端分别经由电光转换器和光导体也连接到所述信号压缩单元，
所述信号压缩单元能够与磁共振断层成像系统的评估装置相连。
18.根据上述权利要求中任一项所述的磁共振断层成像系统，其特征在于，信号压缩单元布置在患者台的患者台台面中，或在患者台的患者台腿中，或在孔的壳体中，或在磁共振断层成像系统的屏蔽的法拉第笼外部。
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