CN106164693B - 用于磁共振成像系统的无线时钟同步系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于磁共振(MR)系统的同步系统(100，200，400A，400B，600)。所述同步系统包括：主磁体(104，404，692)，其具有主膛(113，413)以及相对的第一端部和第二端部(114)；系统控制器(110，610)，其被配置为根据系统时钟来生成时钟同步信号；第一发射天线和第二发射天线(132，432，TX1，TX2)，其处于主磁体的相对的端部并且被配置为向主磁体的主膛内发射时钟同步信号；以及射频(RF)部分(120，660)，其包括至少一个接收天线(136，RX1)和同步器(122)，所述至少一个接收天线位于主磁体的主膛内，并且被配置为通过所述第一发射天线和所述第二发射天线发射时钟同步信号，并且所述同步器被耦合至所述至少一个接收天线并且被配置为根据接收到的时钟同步信号来对所述RF部分的时钟进行同步。

Description

用于磁共振成像系统的无线时钟同步系统及其操作方法

技术领域

本系统涉及用于磁共振(MR)成像(MRI)系统和磁共振谱学(MRS)系统的时钟同步系统，更具体而言，涉及用于采用无线型射频(RF)线圈的MRI系统和MRS系统的时钟同步系统及其操作方法。

背景技术

MRI是一种采用质子的频率和相位编码进行图像重建的成像技术。最近，无线型MRI射频(RF)线圈(也可以称为无线型或单接收型RF线圈)已经变得可用。这些无线型RF线圈可以包括多个换能器(例如，换能器阵列)以采集MR信号，并且对采集到的MR信号进行采样和数字化，以形成可以包括重建的图像信息的数字化信号。相应地，无线型RF线圈可以包括图像处理部分，从而对采集到的MR信号数字化，以形成图像信息。之后将这一数字化信号发送至系统控制器以供进一步处理，和/或输出到系统显示器上。无线型RF线圈的优点在于它们能够无线地发射数字化信息，并且因此不需要诸如RF电缆的电缆，所述电缆可能引入信号噪声，而且可能导致不希望出现的发热及辐射发射。但是，无线型RF线圈难以适当地与系统时钟同步，并且如果同步错误，那么可能出现由伪影引起的不合乎要求的图像劣化等。相应地，无线型RF线圈通常采用线缆或光缆来实现与系统时钟的精确同步。

关于无线时钟同步系统，无线同步信号的抵达时间的小的变化将转化为无线型RF线圈的恢复时钟信号内的相位噪声。这些小的抵达时间变化可能是由无线型RF线圈的无线接收器、患者和/或患者台的移动导致的并且可能导致图像劣化。

发明内容

文中描述的(一个或多个)系统、(一个或多个)装置、(一个或多个)方法、(一个或多个)布置、(一个或多个)用户接口、(一个或多个)计算机程序、过程等(下文中将每者均称为系统，除非上下文另行指出)解决了现有技术系统中的问题，并且/或者提供了额外的解决方案。

根据本系统的实施例，公开了一种同步设备，其包括以下中的一个或多个：主磁体，其具有主膛以及相对的第一端部和第二端部并且被配置为在主膛的扫描体积内生成充分均匀的磁场；系统控制器，其被配置为根据系统时钟来生成时钟同步信号；第一发射天线和第二发射天线，所述第一发射天线位于邻近所述主磁体的所述第一端部处并且所述第二发射天线位于邻近所述主磁体的所述第二端部相邻的位置，所述第一发射天线和所述第二发射天线被配置为将所述时钟同步信号发射到所述主磁体的所述主膛内；以及射频(RF)部分，其包括至少一个接收天线和同步器，所述至少一个接收天线位于所述主磁体的所述主膛内并且被配置为接收通过所述第一发射天线和所述第二发射天线发射的所述时钟同步信号，并且所述同步器被耦合至所述至少一个接收天线并且被配置为根据接收到的时钟同步信号来对所述RF部分的时钟进行同步。

还设想所述第一发射天线和所述第二发射天线可以被配置为从主膛的各自的相对的第一端部和第二端部同步地向主膛内发射时钟同步信号。此外，还可以相对于所述主膛对所述第一发射天线和所述第二发射天线进行配置，使得所发射的时钟同步信号在主磁体的主膛的至少一部分内形成驻波信号图样。例如，所述第一发射天线和所述第二发射天线可以位于主磁体的对应相对开口处，从而向主磁体的主膛内注入所述同步信号。还设想使所述至少一个接收天线可以位于所述第一发射天线与所述第二发射天线之间并且处于所述驻波信号图样内。此外，可以设想使第一和第二天线相互耦合，以形成具有共振体积的驻波共振器，在所述共振体积内所发射的时钟同步信号将形成驻波信号图样。还设想使所述至少一个接收天线可以位于所述共振体积内，从而位于所述驻波信号图样内。

根据本系统的实施例，公开了一种用于将磁共振(MR)系统的射频(RF)部分与MR系统的系统时钟无线同步的方法，所述MR系统具有至少一个控制器和主磁体，所述主磁体具有相对的第一端部和第二端部以及位于所述相对的第一端部与第二端部之间的主膛，所述方法是由所述至少一个控制器执行的，并且可以包括下述动作中的一项或多项：根据所述系统时钟来生成时钟同步信号；从位于邻近所述主磁体的所述第一端部处的第一发射天线以及位于邻近所述主磁体的所述第二端部处的第二发射天线向主磁体的主膛内发射时钟同步信号；使用位于所述主磁体的所述主膛内的至少一个接收天线接收从所述第一发射天线和所述第二发射天线发射的所述时钟同步信号；并且(通过所述RF部分的同步部分)根据接收到的时钟同步信号来对所述RF部分的内部时钟进行同步。

还设想发射时钟同步信号的动作还可以包括分别采用第一发射天线和第二发射天线从主膛的相对的第一端部和第二端部同步地向主膛内发射所述时钟同步信号的动作。此外，发射时钟同步信号的动作还可以包括通过第一发射天线和第二发射天线发射的所发射时钟同步信号在主磁体的主膛内形成驻波图样的动作。还设想接收时钟同步信号的动作还可以包括接收在主磁体的主膛内形成的发射时钟同步的驻波图样的动作。所述方法还可以包括将第一和第二天线耦合到一起以形成驻波共振器，从而在发射时钟同步信号时在主磁体的主膛内生成驻波信号图样。此外，发射时钟同步信号的动作还可以包括在同步信号内包含引导音(pilot tone)的动作，其中，所述引导音在主磁体的主膛内相对地没有相位噪声。

根据本系统的又一些实施例，公开了一种存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序被配置为将磁共振(MR)系统的射频(RF)部分与MR系统的系统时钟无线同步，所述MR系统包括至少一个控制器和主磁体，所述主磁体具有相对的第一端部和第二端部以及位于所述相对的第一端部和第二端部之间的主膛，所述计算机程序可以包括被配置为执行以下项的程序部分：根据所述系统时钟来生成时钟同步信号；使用位于邻近所述主磁体的所述第一端部处的第一发射天线以及位于邻近所述主磁体的所述第二端部处的第二发射天线向所述主磁体的所述主膛内发射所述时钟同步信号；使用位于所述主磁体的所述主膛内的至少一个接收天线接收来自所述第一发射天线和所述第二发射天线的所述时钟同步信号；并且/或者根据接收到的时钟同步信号来对所述RF部分的内部时钟进行同步。

还设想所述程序部分可以被进一步配置为在发射时钟同步信号时分别使用第一发射天线和第二发射天线来从主膛的相对的第一端部和第二端部同步地向主膛内发射所述时钟同步信号。此外，所述计算机程序还可以被配置为通过第一发射天线和第二发射天线发射的所发射时钟同步信号在主磁体的主膛内形成驻波图样。还设想所述计算机程序可以配置为在同步信号内包含引导音，其中，所述引导音在主磁体的主膛内相对地没有相位噪声。还设想所述计算机程序可以被配置为向第一发射天线和第二发射天线提供具有相等的幅度和相位的时钟同步信号，从而在发射所述时钟同步信号时在主膛内形成驻波图样。此外，设想所述计算机程序被配置为将第一和第二天线耦合到一起以形成驻波共振器，由此在发射所述时钟同步信号时在主磁体的主膛内形成驻波信号图样。

附图说明

将在下文的示范性实施例中参考附图更加详细地解释本发明，在附图中，部分地通过相同或相似的附图标记表示等同或相似的元件，各个示范性实施例的特征是可结合的。在附图中：

图1示出了根据本系统的实施例的MR系统的部分的局部剖面侧视图；

图2示出了根据本系统的实施例的MR系统的部分的局部剖面横截面图；

图3示出了根据本系统的实施例的MR系统的部分的端视图；

图4A示出了根据本系统的实施例的无线时钟同步系统的部分的示意性方框图；

图4B示出了根据本系统的实施例的无线时钟同步系统的部分的示意性方框图；

图4C示出了根据本系统的实施例的图4B的单共振器的透视图；

图4D示出了根据本系统的实施例的图4B的单共振器的辐射图样的图解；

图4E示出了根据本系统的实施例的另一信号发射器的正面透视图；

图4F示出了根据本系统的实施例的图4E的单共振器的辐射图样的图解；

图5示出了说明根据本系统的实施例执行的无线时钟同步过程的功能流程图；

图6示出了根据本系统的实施例的系统600的部分；

图7A示出了根据本系统的实施例的亥姆霍兹型同步信号发射器的正面透视图；

图7B示出了根据本系统的实施例的无源驱动的亥姆霍兹型同步信号发射器的正面透视图；

图7C示出了根据本系统的实施例的亥姆霍兹型同步信号发射器的正面透视图；

图8A示出了根据本系统的实施例的针对发射处于第一波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的图解；

图8B示出了根据本系统的实施例的针对发射处于第二波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的图解；

图8C示出了根据本系统的实施例的针对发射处于第三波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的图解；

图8D示出了根据本系统的实施例的针对发射处于第四波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的图解；

图8E示出了根据本系统的实施例的针对发射处于第五波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的图解；并且

图8F示出了根据本系统的实施例的针对发射处于第六波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的图解。

具体实施方式

以下是对说明性实施例的描述，其在结合以下附图考虑时，将展示上述特征和优点以及其他特征和优点。在以下描述中，为了解释而非限制，阐述了说明性细节，例如架构、接口、技术、元件属性等。不过，对于本领域的普通技术人员而言，显然脱离这些细节的其他实施例仍然被理解为在所附权利要求的范围之内。此外，为了清晰起见，省略公知设备、电路、工具、技术和方法的详细描述，以免使本系统的描述模糊。应当明确理解，附图被包括以用于说明目的，并不代表本系统的全部范围。在附图中，不同附图中类似的附图标记可以表示类似元件。术语和/或其衍生词应当被理解为意在表示在根据权利要求所记载的以及根据本系统的一个或多个实施例的系统当中可能需要适当地存在所列举的元素中的一个或多个(例如，只存在一个所列举的元素，可以存在所列举的元素中的两个，等等，直至可以存在全部的列举元素)。

图1示出了根据本系统的实施例的MR系统100(下文为清楚起见称为系统100)的部分的局部剖面侧视图。系统100可以包括控制器110、存储器、显示器、主体102、主磁体104、梯度线圈106和RF部分120中的一个或多个。可以提供患者支撑体140，以支撑诸如患者101(例如，病人等)的要被扫描的感兴趣对象(OOI)，并且/或者将诸如患者101的OOI相对于主体102放置到预期位置和/或取向上。根据本系统的实施例，可以通过控制器110部分或者完全地控制所述放置。

主体102可以包括位于相对端114之间的至少一个腔108以及主膛112。可以使主膛112位于主体102的相对的开口115之间，并且可以将主膛112配置为通过开口115之一接收诸如患者101的OOI。可以将至少一个腔108配置为接收主磁体104、梯度线圈106以及RF部分120的至少一部分中的一个或多个。如果希望的话，主体102还可以包括冷却机构(例如，低温冷却系统等)，其被配置为冷却系统100的诸如主磁体104的部分。

控制器110可以控制系统100的总体运行，并且可以包括一个或多个逻辑器件，例如，处理器(例如，微处理器)等。控制器110可以包括主磁体控制器、梯度控制器、RF控制器、系统时钟同步器111(下文为清楚起见称为同步器)和重建器中的一个或多个。根据本系统的实施例，主磁体控制器可以控制主磁体104的运行。梯度控制器可以控制梯度线圈106的运行。RF控制器可以控制RF部分120的运行。系统时钟同步器111可以操作以对系统的一个或多个时钟进行同步，例如，系统时钟和RF部分120的时钟(例如，RF部分120的内部时钟)。重建器可以从所述RF部分获得数字化信息(例如，图像信息、摄谱信息等)以做进一步处理。

控制器110可以确定扫描序列、扫描参数等或者否则可以从用户和/或存储器获得扫描序列、扫描参数等，并在扫描过程中对其加以应用。例如，控制器110可以相应地从存储器和控制获得扫描序列，例如，主磁体104、梯度线圈106和/或RF部分120。控制器110可以包括至少一个控制器，例如，系统控制器，并且可以被形成为与主体102集成或与之分离。例如，在一些实施例中，控制器110可以相对于主体102处于远程位置，并且可以通过任何适当的方法，例如，通过有线和/或无线通信方法与存储器、显示器、主磁体104、梯度线圈106、RF部分120和重建器中的一个或多个通信。此外，控制器110可以通过一个或多个网络(例如，广域网(WAN)、局域网(LAN)、互联网、专有通信总线、控制器区域网(CAN)、电话网络等)与上述元件中的一个或多个通信。

主磁体104可以具有膛113，并且可以被配置为在主膛112内生成主磁场(例如，B0场)。在主膛112的扫描体积116内，主磁场可以是基本均匀的。主磁体104可以包括一个或多个主磁体，每个主磁体被配置为生成主磁场的至少部分。主磁体104可以是环形(例如，圆圈形)磁体。不过，在又一其他实施例中，主磁体可以包括任何适当的一个或多个磁体，例如，环形或圆圈形磁体、平面磁体、分裂式磁体、开放式磁体、半圆形磁体(例如，C形磁体等)。主磁体104或其部分可以由任何适当的材料，例如，超导材料形成，并且可以在控制器110的控制下工作。

梯度线圈106可以包括一个或多个梯度线圈(例如，x梯度线圈、y梯度线圈和z梯度线圈)，所述梯度线圈可以在控制器110的控制下沿一个或多个对应轴生成一个或多个梯度场。同步器111可用于生成并输出同步信号(例如，系统时钟同步信号)，以供位于主体102的相对端114处或附近的至少一个诸如发射天线132(例如，同步发射天线)的发射天线进行发射，从而使所述同步信号从相反方向传播到主膛112内。所述同步信号可以由根据本系统的实施例工作的同步器111形成或生成，并且所述同步信号可以与系统时钟对应。更具体而言，根据一些实施例，可以将所述同步信号表示为V_p(t)·sin(ω_c·t)，其中，V_p是作为时间(t)的函数的引导信号幅度，ω_c是载波信号的角频率。同步信号可以包括引导信号(包括引导音)V_p(t)，其被调制到载波信号上并且经由无线信道发射至RF部分120。因而，可以使引导信号与载波信号混合，并通过发射天线132发射。载波信号可以包括诸如引导音的信息。所述同步信号可以从主体102的相对端114开始在主膛112内传播，并且可以被至少一个接收天线136接收，文中将对此予以进一步讨论。还可以设想，在一些实施例中，发射天线132可以位于主体102的相对端114处，并且可以至少部分地处于主体102的主膛112之外。在又一其他实施例中，可以设想，发射天线132可以位于主体102的主膛112内并且与主体的相对的端部114间隔一定距离。

RF线圈部分120可以包括多个RF发射线圈，其被配置为在控制器110的控制下发射RF激励脉冲(例如，感生的)和/或接收MR信号(例如，回波信息)。例如，在一些实施例中，RF部分120可以包括由发射和/或接收线圈构成的换能器阵列。RF部分120可以位于主体102的主膛112内，并且可以位于预期位置和/或取向上，例如，处于患者支撑体下面，以获得主膛112内的预期扫描体积的图像。RF部分120可以在控制器110的控制下工作。RF部分120还可以包括同步器122，其可以包括至少一个接收天线136(例如，同步信号接收天线)、信号放大器、信号过滤器和锁相环(PLL)电路中的一个或多个，它们当中的一个或多个可以相互通信。可以将所述至少一个接收天线136配置为接收同步信号并将接收到的同步信号提供给放大器。根据本系统的实施例，放大器可以对接收到的同步信号放大(例如，对引导音放大)，并将放大后的同步信号提供给信号滤波器以供过滤。如果希望，所述至少一个接收天线136可以位于预期位置上并且可以相对于同步器122处于远程位置。之后，信号滤波器可以将经滤波的信号提供给一个或多个PLL电路，所述一个或多个PLL电路可以锁定到(例如)恢复的引导音上，从而对RF时钟信号的相位进行调整。相应地，可以由接收到的同步信号对引导音进行恢复，并采用其调整RF时钟信号的相位。相应地，可以采用接收到的同步信号来将RF线圈部分120的时钟与系统时钟同步。

RF部分120可以具有两个或更多工作状态，例如，调谐状态和失谐状态。在调谐状态下，失谐开关部分可用于对一个或多个接收环进行调谐，使得其能够采集MR信号(为清楚起见下文称为回波信息)。而后，不管(调谐或失谐)状态，单接收RF部分120均可以对回波信息进行局部采样，并对采样的回波信息数字化，以形成对应的数字数据(例如，k空间数据)。之后，可以对所述数字数据进行重建，以形成包括图像信息、摄谱信息、位置信息(例如，用于MR引导介入过程)等的重建MR信息。之后采用任何适当的无线通信方法将所述数字数据和/或重建MR信息从所述RF部分120无线发射至控制器110，以供进一步处理。通过采用无线通信方法发射所述数字化数据，可以避免采用诸如RF电缆的电流导体。

图2示出了根据本系统的实施例的MR系统200的部分的局部剖面横截面图。MR系统200与MR系统100类似，因而可以采用类似的附图标记。但是，并不采用(中央解耦的)同步发射天线132发射同步信号，而是采用至少一条导电引线235(例如，中央引线)来将同步发射天线相互耦合，从而形成限定共振体积233的单个(驻波)共振器232。在发射同步信号时，单共振器232对同步信号予以发射，从而使其在单共振器232的共振体积233内形成具有低相位变化的驻波型发射信号(如下文参考公式5所述)。之后，所述至少一个接收天线136可以接收所述同步信号并将接收到的同步信号提供给同步器122，以供进一步处理，从而使RF部分120的时钟与系统时钟同步。

在一些实施例中，可以使受到系统控制器控制的至少一个开关(例如，诸如晶体管类型开关的开启或关闭电子开关)串联地耦合至所述至少一条引线235的每条，从而使同步发射天线132根据需要有源地和/或有选择地(例如，在控制器的控制下)相互耦合或去耦。

在又一其他实施例中，可以设想可以提供多个发射和/或接收天线，从而对所述同步信号进行发射和/或接收。可以提供控制器，从而根据系统和/或用户设置来匹配和/或选择要使用的天线组。例如，控制器可以将同步发射天线与在MR扫描过程中采用的RF线圈的类型和/或位置匹配。因而，根据本系统的实施例，所述系统可以包括开关，从而对可以分别用于发射和/或接收同步信号的发射和/或接收天线的耦合和/或去耦加以控制。

由于用于在主膛内发射同步信号的发射方法的原因，接收到的同步信号以及由其恢复的信息(例如，引导音)相对而言没有相位噪声。相应地，由所述RF部分重建的图像可以免除因恢复同步信号的相位噪声导致的噪声的影响。因而，单共振器232可以形成具有共振体积的单驻波共振器，从其发射的同步信号在所述共振体积内将形成驻波图样。可以采用相互耦合从而形成了单共振器(例如，单共振器232)的第一发射天线和第二发射天线(例如，132)来形成单共振器232。之后，可以将至少一个同步接收天线136置于共振体积内，并由其接收同步信号。因而，可以认为所述至少一个同步接收天线136位于单共振器232内。

图3示出了根据本系统的实施例的MR系统100的部分的端视图。同步发射天线132中的每个在主膛112内位于主体102的对应端部114处或与靠近其。此外，同步发射天线132的每者可以形成界定了一个中央开口333的环，通过所述开口患者101能够被推入到主体102的主膛112内和/或从其中移出。MR系统200的端视图是相似的。但是，同步发射天线132相互耦合，以形成单共振器。

图4A示出了根据本系统的实施例的无线时钟同步系统400的部分的示意性方框图。无线时钟同步系统400A可以与图1的系统100类似，其可以包括主磁体(MRI磁体)404，该主磁体具有相对的开口413以及位于所述相对开口413之间的主膛412。第一和第二同步信号发射器TX1和TX2分别位于相邻开口413处或邻近其。同步接收天线RX1在主膛412内位于同步信号发射器TX1和TX2之间。所述第一和第二同步信号发射器TX1和TX2可以将无线同步信号从腔膛412的相对两端传播到MRI腔膛内，如下文联系图8A到图8F所讨论的。

例如，图8A到8F示出了根据本系统的实施例的用于发射处于不同波长上的同步信号的两个发射器的作为波长的函数的输出波形的对应图解800A到800F。在图8A到8F的每者当中，将输出波形(例如，波形图)示为针对两个发射器的发射波长λ的函数，所述两个发射器具有等相激励，并且按照+/-0.5单位距离相互隔开，如虚线所示。对图800A到800F的输出波形进行比较，可以看出更长的波场将带来更好的相位均匀性。对于根据本系统的实施例工作的(一个或多个)其他同步信号发射器可以获得类似的值。此外，尽管示出了λ的整数值以达到对相对值之间的比较进行举例说明的目的，但是也设想其他λ值。

图4B示出了根据本系统的实施例的无线时钟同步系统400B的部分的示意性方框图。无线时钟同步系统400B可以与图2的系统200类似，其可以包括主磁体(MRI磁体)404，该主磁体具有相对的开口413以及位于所述相对开口413之间的主膛412。同步信号发射器TX1可以包括单共振器，其在诸如RX1的同步信号接收器所处的信号发射器共振体积433(例如，中央体积)内生成具有低的相位变化的驻波。更具体而言，同步信号发射器TX1可以包括第一发射天线和第二发射天线线圈432，它们采用位于主膛412内的至少一条导电引线435(例如，中央引线，为了清楚起见只示出了其中一些的局部剖面)相互耦合，以形成具有共振体积433的单(驻波)共振器，所发射的同步信号在所述共振体积内将形成驻波信号图样。因而，单共振器TX1可以形成鸟笼式共振器，该共振器可以跨越大的体积生成具有非常低的相位变化的驻波图样。可以将至少一个同步接收天线RX1置于共振体积内(因而置于驻波信号图样内)，并由其接收所发射的同步信号(其形成了驻波信号图样)。

图4C示出了根据本系统的实施例的图4B的单共振器TX1的透视图。如果希望，所述至少一条中央引线435的每者可以以放射状的形式相互间隔(例如)相等的距离。

图4D示出了根据本系统的实施例的图4B的单共振器TX1的辐射图的图解400D。图解400D被叠加到单共振器TX的图示上，从而对取向进行举例说明。

图4E示出了根据本系统的实施例的另一同步信号发射器TX1-E的正面透视图。同步信号发射器TX1-E可以包括单共振器，其在共振体积上生成具有低的相位变化的驻波。同步信号发射器TX1-E可以包括采用至少一条导电引线(例如，中央引线，为清楚起见只示出了其中一些的局部剖面)相互耦合的第一发射天线和第二发射天线线圈432E。可以通过每者耦合至天线线圈432E的输入引线437-1和437-2向隔开的天线线圈432E提供输入信号Vin。同步信号发射器TX1-E可以形成另一鸟笼式共振器，该共振器可以生成在大体积范围内具有非常低的相位变化的驻波图样。至少一个同步接收天线RX1可以被放置于共振体积内(并且因而置于驻波信号图样内)并且接收所发射的同步信号(例如，其形成了驻波信号图样)。

图4F示出了根据本系统的实施例的图4E的单共振器TX1-E的辐射图的图解400F。

参考图7A到图7C示出了各种亥姆霍兹型共振器式同步信号发射器(TX)。更具体而言，图7A示出了根据本系统的实施例的亥姆霍兹型同步信号发射器700A的正面透视图。同步信号发射器700A可以与图4E的同步信号发射器TX1-E类似，并且可以包括采用至少一条导电引线735A相互耦合的第一发射天线和第二发射天线线圈732以及输入引线737-1A和737-2A，输入引线737-1A和737-2A各自耦合至天线线圈732A中的相应的一个，并且被配置为接收输入信号Vin。发射天线线圈732可以包括相应的电容器C1A和C2A，它们可以为相应的线圈提供电容。此外，可以跨输入引线737-1A和737-2A耦合输入电容器C3，从而使输入引线737-1A和737-2A相互电容耦合。

图7B示出了根据本系统的实施例的无源驱动亥姆霍兹型同步信号发射器700的正面透视图。同步信号发射器700B可以包括第一发射天线和第二发射天线线圈732B，它们中的每者可以形成具有耦合至其上的相应电容器C1B、C2B的环形圈。可以将驱动天线751B耦合至可以接收驱动信号的输入引线737-1B和737-2B。可以将驱动天线751B耦合至第一发射天线和第二发射天线线圈732B，从而对第一发射天线和第二发射天线线圈732B进行无源(无线)驱动。

图7C示出了根据本系统的实施例的亥姆霍兹型同步信号发射器700的正面透视图。信号发射器700C大体上与信号发射器700B类似，其可以包括第一发射天线线圈732-1C和第二发射天线线圈732-2C。第一发射天线线圈732-1C可以包括电容器C1C，并且可以耦合至输入引线737-1C和737-2C，它们被配置为接收用于对第一发射天线线圈732-1C进行有源驱动的输入信号Vin。第二发射天线线圈732-2C可以形成具有耦合至其上的电容器C2B的环形圈，并且可以无线地耦合至第一发射天线线圈732-1C，从而受到第一发射天线线圈732-1C的无源驱动。

因而，本系统的实施例可以提供用于使无线型RF线圈与系统时钟同步的无线型的时钟同步系统和方法，例如，其能够补偿无线时钟同步信号的小的抵达时间变化，例如，所述变化可以是由无线型RF线圈的无线接收器、患者支撑体和/或患者的移动导致的。通过这种方式，本系统可以降低或者完全避免所恢复的时钟同步信号内的相位噪声，例如，可以将所恢复的时钟同步信号用于所述RF部分的时钟信号与系统时钟的同步。例如，这些抵达时间变化可能归因于在使用过程中无线接收器、患者和/或患者支撑体发生了移动。此外，MRS和MRI系统产生的振动和/或力可能加剧这些移动。根据本系统的实施例，所述无线型时钟同步系统可以采用多个发射器和/或接收器，从而分别使用多种发射/接收方法来发射和接收无线时钟同步信号。可以根据本系统的实施例执行这些方法。此外，根据本系统的实施例，所恢复的时钟同步信号可以使数字化重建MR信号的均方根(RMS)相位误差最小化或者下降，以降低图像伪像并增强图像清晰度。例如，根据本系统的实施例，如果希望图像原始数据内的时钟诱发的均方根(RMS)相位误差保持在1度以下，那么在64MHz上，RMS时间抖动应当保持在44皮秒(ps)以下，在128MHz上，RMS时间抖动应当保持在22ps以下。

在又一其他实施例中，可以设想同步信号发射天线(例如，132)可以包括两个以上发射天线。在又一其他实施例中，可以设想提供单个同步信号发射器来发射同步信号，并且/或者可以将多个接收天线置于磁体的膛内，以接收所发射的同步信号。

图5示出了说明根据本系统的实施例执行的无线时钟同步过程500的功能流程图。可以采用一个或多个通过网络通信的计算机执行过程500，该过程可以从一个或多个处于存储器(相对于彼此处于本地和/或远程位置)获取信息和/或向其存储器信息。过程500可以包括下述动作中的一个或多个。在一些实施例中，可以采用根据本系统的实施例工作的MR系统(例如，MRI或MRS系统)执行过程500的动作。此外，如果希望的话，可以组合这些动作中的一个或多个，并且/或者将其拆分成子动作。此外，可以根据设置跳过这些动作中的一个或多个。在运行当中，所述过程可以开始于动作501，并进行至动作503。

在动作503期间，所述过程可以根据MR系统的系统时钟生成同步信号。因而，所述同步信号可以是系统时钟同步信号。在完成动作503之后，过程可以继续至动作505。

在动作505期间，所述过程可以采用至少一个天线，例如采用共振器(例如，图4B的TX1、图2的232)和/或发射天线(图4A的TX1和TX2以及图1的132)将所述同步信号发射到MR系统的主膛内。可以采用本系统的方法发射所发射的同步信号，从而在MR系统的主膛的至少一部分内形成驻波图样，如文中所讨论的。所述同步信号可以包括具有引导音的载波信号。相应地，发射所述同步信号的天线可通过发射具有引导音的载波信号来完成此。在完成动作505之后，过程可以继续至动作507。

在动作507期间，该过程可以采用至少一个同步信号接收天线，例如，位于主膛内和/或驻波图样内的接收天线(例如，136、RX1)，来接收所发射的同步信号。之后，可以将接收到的同步信号提供给RF线圈部分的同步器，以供进一步处理。在完成动作505之后，过程可以继续至动作509。

在动作509期间，该过程可以由接收到的同步信号恢复所述同步信号或其部分。例如，该过程可以由接收到的同步信号的载波信号恢复引导音。例如，可以根据本系统的实施例对接收到的同步信号的载波信号加以处理，以检索载波信号内包含的引导音。之后，可以对所述载波信号的引导音(引导信号)进行放大、滤波。在完成动作509之后，过程可以继续至动作511。

在动作511中期间，该过程可以跟进所恢复的同步信号来将RF部分的时钟与系统时钟同步。例如，可以使用所恢复的引导音使来将系统的RF线圈的同步电路的PLL电路同步，从而将所述RF部分的时钟与系统时钟同步。

就接收到的同步信号而言，可以将这一信号看作是恢复信号r，并且可以相对于时间将其表示为r(t)。因而，恢复信号r(t)的相位噪声Φr(t)是接收到的包括引导音的引导信号p的相位噪声Φp(t)与PLL生成的相位噪声的组合。因此，感兴趣的是将接收到的引导信号的相位噪声Φp(t)最小化。

假设在MR系统的无线时钟同步系统当中，提供单个发射天线，从而在MR系统的主膛内发射传播型同步信号(与具有驻波型同步信号的本系统形成了对比，所述驻波型同步信号是由两个隔开的天线或者限定共振体积的共振器型天线发射的)。通过具有传播常数k的传播波将这一同步信号发射距离L(在发射天线(例如，TX)和接收天线之间测得的)。而后，通过接收天线接收这一同步信号，并且可以将其表达为时间的函数，如下文的公式1所示。

V_p(t)·[sin(ω_c·t-k·(L+ΔL))+n(t)],…Eq.(1)

其中，V_p(t)是作为时间t的函数的引导音的峰值幅度，ω_c是载波信号的角频率，n(t)表示加法信道噪声，ΔL是电学距离(例如，发射天线和接收天线之间)的变度。可以通过提高信号电平来降低由该信道增加的噪声n(t)的影响，但是其不会对抵达时间变化Δt带来任何影响。

在这样的配置当中，相位误差ΔΦ、抵达时间Δt和电学距离变度ΔL之间的关系可以如下面的公式2中所示

ΔΦ＝ω_c·Δt＝k·ΔL.…Eq.(2)

因此，电学距离的变化ΔL(例如，归因于发射天线和接收天线之间的距离的变化，其导致了对应的电学距离变化ΔL)将导致抵达时间变化Δt，其将被体验为接收到的同步信号内的相位噪声ΔΦ。

但是，可以假定将接收天线(例如，接收线圈和/或换能器)等距离置于两个发射具有相等幅度和相位的同步信号的发射器之间，可以将接收到的同步信号表示为如下文的公式3所示的时间的函数。

之后，将下面的公式4所示的三角恒等式带入到公式3内，由此可以将接收到的同步信号表示为下面的公式5所示的时间的函数。

参考公式5，可以看出小的位置变化不会生成任何相位噪声。这一结果的原因在于没有使用公式1阐述的传播同步信号，而是使用具有驻波图样的驻波同步信号发射所述同步信号，所述驻波图样具有低的相位变化。

相应地，本系统的实施例可以包括时钟同步电路，其可用于通过采用多个发射器接收器和/或接收器分别发射和/或接收具有低和相位变化的时钟同步信号而降低所恢复(例如，接收)的无线同步信号内的相位误差。相应地，可以采用根据本系统的实施例运作的多种发射和/或接收方法在预期体积内，例如，在单共振器的共振体积内或者在若干同步发射天线内发射具有低相位变化的同步信号，从而实现具有降低的相位噪声的无线时钟同步。

图6示出了根据本系统的实施例的系统600的部分。例如，本系统的部分可以包括处理器610(例如，控制器)，其操作耦合至存储器620、诸如显示器630的呈现设备、传感器640、RF部分660、磁线圈692以及用户输入设备670。存储器620可以是任何类型的用于存储应用数据以及与所描述的操作有关的数据的设备。由处理器610接收所述应用数据以及其他数据，从而将处理器610配置(例如，编程)为执行根据本系统的运行操作。这样配置的处理器610变成了尤其适于根据本系统的实施例工作的专用机器。

所述运行操作可以包括通过(例如)控制任选的支持致动器、磁线圈692和/或RF部分660对MRI系统加以配置。如果希望，所述支持致动器可以控制患者的物理位置(例如，通过x、y、z轴表示)。可以通过处理器610控制RF部分660，以控制诸如RF发射线圈和RF接收线圈的RF换能器以及RF状态，例如调谐/失谐状态及同步状态。磁线圈692可以包括主磁线圈、梯度线圈(例如，x、y、z梯度线圈)，并且可以被控制以发射具有预期方向和/或强度的主磁场和/或梯度场。控制器可以控制一个或多个电源，从而向电磁线圈692供电，由此在预期时间上发射预期磁场。RF部分660可以被控制为在失谐状态下在患者使用处发射RF脉冲，并且/或者在调谐状态下接收来自患者的回波信息。重建器可以对接收到的信号，例如，(MR)回波信息进行处理，并(例如，采用本系统的实施例的一种或多种重建技术)将其转换为可以包括图像信息(例如，静态或视频图像(例如，视频信息))、数据和/或图表的内容，所述内容可以被呈现到(例如)本系统的用户接口(UI)上，例如，呈现到显示器630、扬声器等上。此外，可以将所述内容存储到该系统的存储器内，例如，存储到存储器620内，以供后续使用。因而，运行操作可以包括请求、提供和/或呈现内容，例如，由回波信息获得的重建图像信息。处理器610可以将诸如图像信息的内容呈现到系统的UI(例如，系统的显示器)上。同步部分可以使RF部分660的时钟与系统时钟同步。

用户输入设备670可用于与处理器610交互，包括实现UI内的交互，如文中所描述的。显然，处理器610、存储器620、显示器630和/或用户输入设备670可以完全或部分地作为计算机系统或其他设备的部分。

本系统的方法尤其适于通过计算机软件程序执行，这样的程序含有对应于本系统描述和/或设想的各个步骤或动作中的一个或多个的模块。当然可以将这样的程序实施于计算机可读介质当中，例如，所述计算机可读介质为集成芯片、外围设备或存储器，例如，耦合至处理器610的存储器620或其他存储器。

存储器620内含有的程序和/或程序部分可以将处理器610配置为实施文中公开的方法、运行操作和功能。可以使所述存储器(例如)在客户端和/或服务器之间分布，或者所述存储器可以是本地存储器；在提供额外处理器的情况下处理器610也可以是分布式的，或者其可以是单个的。可以将存储器实施为电、磁或光存储器，或者是这些或其他类型的存储设备的任何组合。此外，应当对“存储器”一词给出足够宽泛的解释，使之包含任何能够从可受处理器610访问的可寻址空间当中的地址读出或者写入到该地址的信息。就这一定义而言，可通过网络访问的信息仍然处于该存储器内，例如，因为处理器610可以从所述网络检索该信息，以实施根据本系统的运行。

处理器610可操作用于响应于来自用户输入设备670的输入信号以及响应于网络的其他设备而提供控制信号和/或执行操作，以及运行存储在存储器620内的指令。处理器610可以包括微处理器、专用集成电路或(一个或多个)通用集成电路、逻辑器件等。此外，处理器610可以是用于根据本系统运行的专用处理器，或者可以是通用处理器，其中，多种功能中的仅一种用于根据本系统操作。处理器610可以采用程序部分、多个程序段运行，或者可以是利用专用或通用集成电路的硬件设备。本系统的实施例可以提供利用无线同步时钟采集和重建图像的成像方法。适当的应用可以包括诸如磁共振成像(MRI)系统的成像系统。

根据本系统的实施例，可以在RF部分本本地执行功率生成、与接收到的系统时钟信号的RF时钟同步以及信号处理。因而，由此将不需要用于DC电源和RF传输的电流电缆，从而降低否则可能由这些电缆导致的干扰。

相应地，本系统的实施例可以克服现有技术系统的缺陷，并且/或者提供用于无线型RF线圈的无线时钟同步系统，其能够降低或者彻底消除接收到的无线同步信号内的相位误差。

尽管已经参考具体的示范性实施例对本发明给出了图示和描述，但是本领域技术人员应当理解本发明不限于此，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对其做出各种形式和细节方面的变化，包括对各种特征和实施例的结合。例如，尽管关于MRI系统的无线RF部分描述了本系统，但是可以在其他希望取得高度稳定的同步时钟的无线应用中适当地应用本系统。本领域的普通技术人员容易想到本系统的其他变化，由以下权利要求所涵盖。

最后，以上讨论旨在仅对本系统进行说明并且不应被理解为将所附权利要求局限于任何特定实施例或任何一组实施例。因而，尽管已经参考示范性实施例描述了本系统，但是还应当理解，在不背离下述权利要求中阐述的本系统的更加宽泛的意指精神和范围的情况下本领域技术人员可以设想各种修改和替代实施例。因此，应当按照举例说明的方式考虑说明书和附图，而不应认为其限定了权利要求的范围。

在解释权利要求的过程中，应当理解：

a)“包括”一词不排除有给定权利要求中列出的那些之外的其他元件或动作；

b)元件前的“一”一词不排除存在多个这样的元件；

c)权利要求中的任何附图标记都不限制其范围；

d)几个“单元”可以通过相同的项目或者硬件或软件实现的结构或功能表示；

e)所公开的元件中的任何一个均可以由硬件部分(例如，包括分立的和集成的电子电路)、软件部分(例如，计算机编程)及其任意组合构成；

f)硬件部分可以由模拟和数字部分中的一者或两者构成；

g)可以将任何所公开的设备或其部分结合到一起，或者进一步划分成更多的部分，除非另行明确说明；

h)不旨在要求操作或步骤具有任何特定的顺序，除非具体指出；并且

i)“多个”元件的表述包括两个或更多所主张的元件，其不暗示任何元件的任何具体数量范围；也就是说，多个元件可以少到只有两个元件，也可以包括无限多个元件。

Claims (18)

1.一种同步装置(100，200，400A，400B，600)，包括：

纵向延伸的主磁体(104，404，692)，所述主磁体具有主膛(113，413)以及定位于所述主磁体的相对的纵向端部的相对的第一端部和第二端部(114)，所述主磁体被配置为在主膛的扫描体积内生成充分均匀的磁场；

系统控制器(110，610)，其被配置为根据系统时钟来生成时钟同步信号；

第一发射天线和第二发射天线(132，432，TX1，TX2)，所述第一发射天线位于邻近所述主磁体的所述第一端部处并且所述第二发射天线位于邻近所述主磁体的所述第二端部处，所述第一发射天线和所述第二发射天线各自圆周地围绕所述主膛的纵向轴延伸并且被配置为将所述时钟同步信号发射到所述主磁体的所述主膛内；以及

射频(RF)部分(120，660)，其包括至少一个无线接收天线(136，RX1)和同步器(122)，

其中，所述至少一个无线接收天线位于所述主磁体的所述主膛内并且被配置为接收由所述第一发射天线和所述第二发射天线发射的所述时钟同步信号，

其中，所述同步器被耦合到所述至少一个无线接收天线并且被配置为根据接收到的时钟同步信号来对所述射频部分的时钟进行同步，并且

其中，所述第一发射天线和所述第二发射天线被配置为从所述主磁体的各自的相对的所述第一端部和所述第二端部同步地向所述主膛内发射所述时钟同步信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述时钟同步信号包括具有V_p(t)·sin(ω_c·t)的形式的被调制到载波信号上的引导信号，其中，V_p是所述引导信号的作为时间(t)的函数的幅度，并且ω_c是所述载波信号的角频率。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，第一发射天线和第二发射天线相对于所述主膛被配置为使得所发射的时钟同步信号在所述主磁体的所述主膛的至少一部分内形成驻波信号图样。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个无线接收天线位于所述第一发射天线与所述第二发射天线之间从而仅接收由定位于所述主磁体的相对的纵向端部处的所述第一发射天线和所述第二发射天线从各自的相对的方向发射的所述时钟同步信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一发射天线和所述第二发射天线被彼此耦合以形成具有共振体积的驻波共振器，在所述共振体积内，所发射的时钟同步信号形成驻波信号图样。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述至少一个无线接收天线位于所述第一发射天线与所述第二发射天线之间的所述共振体积(233，433)内从而仅接收由定位于所述主磁体的相对的纵向端部处的所述第一发射天线和所述第二发射天线从各自的相对的方向发射的所述时钟同步信号，从而位于所述驻波信号图样内。

7.一种用于将磁共振(MR)系统(100，200，400A，400B，600)的射频(RF)部分(120，660)无线地同步到所述磁共振系统的系统时钟的方法(500)，所述磁共振系统具有至少一个控制器(110，610)和主磁体(104，404，692)，所述主磁体纵向地延伸并且具有定位于所述主磁体的相对的纵向端部的相对的第一端部和第二端部(114)以及位于所述相对的第一端部和第二端部之间的主膛(113，413)，所述方法由所述至少一个控制器执行并且包括以下动作：

根据所述系统时钟来生成时钟同步信号；

从第一发射天线和第二发射天线向所述主磁体的所述主膛内发射所述时钟同步信号，所述第一发射天线圆周地围绕所述主膛的纵向轴延伸并且位于邻近所述主磁体的所述第一端部处，所述第二发射天线圆周地围绕所述主膛的纵向轴延伸并且位于邻近所述主磁体的所述第二端部处；

使用位于所述主磁体的所述主膛内的至少一个无线接收天线来接收从定位于所述主磁体的所述相对的纵向端部的所述第一发射天线和所述第二发射天线发射的所述时钟同步信号；并且

根据接收到的时钟同步信号来对所述射频部分的内部时钟进行同步，

其中，发射所述时钟同步信号的动作还包括分别使用所述第一发射天线和所述第二发射天线来从所述主磁体的相对的所述第一端部和所述第二端部同步地向所述主膛内发射所述时钟同步信号的动作。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述时钟同步信号包括具有V_p(t)·sin(ω_c·t)的形式的被调制到载波信号上的引导信号，其中，V_p是所述引导信号的作为时间(t)的函数的幅度，并且ω_c是所述载波信号的角频率。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，发射所述时钟同步信号的动作还包括以下动作：通过由所述第一发射天线和所述第二发射天线发射的所发射的时钟同步信号来在所述主磁体的所述主膛内形成驻波图样。

10.根据权利要求7所述的方法，包括将所述至少一个无线接收天线定位于所述第一发射天线与所述第二发射天线之间以仅接收从各自的相对的方向发射的所述时钟同步信号的动作，其中，接收所述时钟同步信号的动作还包括接收所发射的时钟同步信号的驻波图样的动作。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括以下动作：将所述第一发射天线和所述第二发射天线耦合到一起以形成驻波共振器，从而在发射所述时钟同步信号时在所述主磁体的所述主膛内形成驻波信号图样。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，发射所述时钟同步信号的动作还包括在所述时钟同步信号内包含调制到载波信号上的引导音的动作。

13.一种计算机可读存储介质，在所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为将磁共振(MR)系统(100，200，400A，400B，600)的射频(RF)部分(120，660)无线地同步到所述磁共振系统的系统时钟，所述磁共振系统具有至少一个控制器(110，610)；以及主磁体(104，404，692)，其纵向地延伸的并且具有定位于所述主磁体的相对的纵向端部的相对的第一端部和第二端部(114)以及位于所述相对的第一端部和第二端部之间的主膛(113，413)，所述计算机程序包括：

程序部分，其被配置为：

根据所述系统时钟来生成时钟同步信号；

使用第一发射天线和第二发射天线向所述主磁体的所述主膛内发射所述时钟同步信号，所述第一发射天线圆周地围绕所述主膛的纵向轴延伸并且位于邻近所述主磁体的所述第一端部处，所述第二发射天线圆周地围绕所述主膛的纵向轴延伸并且位于邻近所述主磁体的所述第二端部处；

使用位于所述主磁体的所述主膛内的至少一个无线接收天线接收来自定位于所述主磁体的所述相对的纵向端部的所述第一发射天线和所述第二发射天线的所述时钟同步信号；并且

根据接收到的时钟同步信号来对所述射频部分的内部时钟进行同步，

其中，所述程序部分还被配置为在发射所述时钟同步信号时分别使用所述第一发射天线和所述第二发射天线来从所述主磁体的相对的所述第一端部和所述第二端部同步地向所述主膛内发射所述时钟同步信号。

14.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述时钟同步信号包括具有V_p(t)·sin(ω_c·t)的形式的被调制到载波信号上的引导信号，其中，V_p是所述引导信号的作为时间(t)的函数的幅度，并且ω_c是所述载波信号的角频率。

15.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述至少一个无线接收天线被定位于所述第一发射天线与所述第二发射天线之间以仅接收从各自的相对的方向发射的所述时钟同步信号，并且所述计算机程序还被配置为通过由所述第一发射天线和所述第二发射天线发射的所发射时钟同步信号来在所述主磁体的所述主膛内形成驻波图样。

16.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序还被配置为在所述时钟同步信号内包含被调制到载波信号上的引导音。

17.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述至少一个无线接收天线被定位于所述第一发射天线与所述第二发射天线之间以仅接收从各自的相对的方向发射的所述时钟同步信号，并且所述计算机程序还被配置为向所述第一发射天线和所述第二发射天线中的每个提供具有相等的幅度和相位的时钟同步信号，从而在发射所述时钟同步信号时在所述主膛内形成驻波图样。

18.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序还被配置为将所述第一发射天线和所述第二发射天线耦合到一起以形成驻波共振器，从而在发射所述时钟同步信号时在主磁体的所述主膛内生成驻波信号图样。