CN110023776B - 用于提高磁共振成像(mri)系统中的数据通信链路的效率和鲁棒性的方法和装置 - Google Patents

用于提高磁共振成像(mri)系统中的数据通信链路的效率和鲁棒性的方法和装置 Download PDF

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Abstract

在MRI系统中，对于在发生数据链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的质量将产生较大影响的采集的MR信号，在通过数据通信链路发送这种MR信号之前，利用较高或较为鲁棒的编码级别对这种MR信号进行编码。相反，对于在发生数据链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的质量将产生较小影响的采集的MR信号，在通过所述数据通信链路发送这种MR信号之前，利用较低或较不鲁棒的编码级别对这种MR信号进行编码。总体结果是提高了用于通过数据链路发送的数据的所述数据链路的鲁棒性和效率。

Description

用于提高磁共振成像(MRI)系统中的数据通信链路的效率和 鲁棒性的方法和装置
背景技术
MRI是一种成像技术，其允许以前所未有的组织对比度对目标(例如，在人体中发现的目标)进行横截面观察。MRI基于核磁共振(NMR)的原理，即，具有非零自旋的原子核具有磁矩。在医学成像中，原子核通常是氢原子的核，其在人体中的浓度很高。射频(RF)波被引导到外部强磁场中的核处，引起质子的激发和质子的弛豫。质子的弛豫会引起由核发出的RF信号，该RF信号能够被检测到并且能够被处理以形成图像。
MRI系统的RF接收线圈检测由核发出的RF信号。RF接收线圈被定位在被扫描的人体上或者被定位为非常靠近被扫描的人体。通常被定位在RF线圈处或者被定位为非常靠近RF线圈的RF接收器接收由RF线圈检测到的RF信号并将接收到的RF信号转换为模拟电信号。RF接收器通常包括模数转换器(ADC)，ADC对模拟电信号进行采样并将其转换为数字样本。然后将数字样本进行编码(即，数据压缩和纠错编码)，从电域转换到光域，并且通过光纤数据通信链路发送到被定位在与患者所在的检查室物理分开的技术室中的远程仪器。远程仪器将通过链路发送的信息从光域转换到电域并对电域信息进行解码(即，反转编码过程)以恢复图像数据。远程仪器的重建计算机执行重建算法，该重建算法处理图像数据以重建图像。美国专利US 8575935(下文称为“'935专利”)公开了这样的装置，通过引用将其整体并入本文。
在一些MRI系统中，RF信号的数字化由远程仪器的ADC而不是由RF接收器的ADC来执行。例如，在一些情况下，数据通信链路不是光纤数据通信链路，而是同轴线缆，RF信号通过该同轴线缆从RF接收器被传送到远程仪器。在远程仪器的网络集线器中，ADC对RF信号进行采样以执行数字化。远程仪器的重建计算机执行重建算法，该重建算法处理图像数据以重建图像。'935专利也公开了这种替代装置。
现代MRI系统使用多个RF线圈来获得人体的高分辨率图像。在这样的系统中，支持高分辨率成像所需的数据速率能够超过1吉比特(Gbp)/秒。压缩和纠错编码技术用于在通过光纤通信链路发送数据之前对数据进行编码，以便减少数据有效载荷并提高链路的鲁棒性。当前用于现代MRI系统的编码方法对控制数据应用一个固定编码级别，而对图像数据应用另一个固定编码级别。对于具有较低数据速率要求的控制数据，应用较高编码级别，从而得到具有低误码率(BER)的鲁棒数据链路。然而，较高编码级别会因要使用较大位数来编码数据而导致数据链路效率较低。对于具有高数据速率要求的图像数据，应用较低编码级别，这会引起因要使用较少位数来编码数据而使得数据链路更有效，但是也会较不鲁棒(即，较高的BER)。因此，利用当前的方法，在链路效率与链路鲁棒性之间存在折衷。
期望提供用于以同时提高数据链路效率和数据链路鲁棒性的方式对MRI系统中的数据进行编码来消除折衷的方法和装置。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解代表性实施例。需要强调的是，各种特征不一定是按比例绘制的。实际上，为了清楚讨论，可以任意增大或减小尺寸。只要适用且实用，相同的附图标记表示相同的元件。
图1图示了根据代表性实施例的MRI系统100的电气部件、电磁部件、磁性部件和光学部件的框图。
图2图示了根据代表性实施例的具有图1所示的集成数字转换器的接收线圈元件的采样和编码电路的框图。
图3图示了根据代表性实施例的用于在通过图1所示的MRI系统的数据通信链路发送数据之前对数据进行采样和编码的方法的流程图。
图4图示了根据代表性实施例的用于在通过图1所示的MRI系统的光纤数据通信链路发送数据之前对数据进行采样、变换和编码的方法的流程图。
图5图示了根据另一代表性实施例的方法的流程图，其中，基于与k空间中的点相关联的一个或多个信号特性来分配和应用编码级别。
图6图示了使用小波变换代替傅里叶变换对图4所示的流程图进行修改的流程图。
图7图示了表示根据代表性实施例的方法的流程图，其中，已经消除了图4至图6所示的变换步骤。
图8图示了根据代表性实施例的MRI系统的框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施例，以便提供对本教导的透彻理解。然而，对于享有本公开内容的益处的本领域普通技术人员显而易见的是，根据本教导的脱离本文公开的具体细节的其他实施例仍然在权利要求的范围内。此外，可以省略对公知装置和方法的描述，以免模糊对代表性实施例的描述。这样的方法和装置显然在本教导的范围内。
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不旨在进行限制。任何定义术语可以具有除了在本教导的技术领域中通常理解和接受的定义术语的技术和科学含义之外的含义。
说明书和权利要求中使用的术语“一”、“一个”和“该”包括单数指代物和复数指代物，除非上下文另有明确规定。因此，例如，“设备”包括一个设备和多个设备。
除了其通常含义之外，说明书和权利要求中使用的术语“基本的”或“基本上”意味着具有可接受的限度或程度。例如，“基本上取消”意味着本领域技术人员会认为取消是可接受的。
除了其通常含义之外，说明书和权利要求中使用的术语“大致”意指在本领域普通技术人员可接受的限度或数量内。例如，“大致相同”意味着本领域普通技术人员会认为被比较的项目是相同的。
在MRI扫描期间采集的MR信号对最终重建的MRI图像所产生的影响不同。如果在通过光纤数据通信链路发送对应信息期间发生链路错误，则一些MR信号可能对最终重建的MRI图像产生较大影响。如果在通过光纤数据通信链路发送对应信息期间发生链路错误，则其他MR信号对最终重建的MRI图像产生较小影响。根据本文描述的代表性实施例，对于在发生数据通信链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的质量将产生较大影响的采集的MR信号，在通过光纤数据通信链路发送这种MR信号之前，利用较高或较为鲁棒的编码级别对这种MR信号进行编码。相反，对于在发生数据通信链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的质量将产生较小影响的采集的MR信号，在通过光纤数据通信链路发送这种MR信号之前，利用较低或较不鲁棒的编码级别对这种MR信号进行编码。总体结果是提高了用于通过数据链路发送的数据的所述数据链路的鲁棒性和效率。现在将参考附图描述一些用于编码图像数据的方法和装置的说明性或代表性实施例，其中，相同的附图标记表示相同的元件、特征或部件。
本文使用的术语“编码级别”涉及用于编码要通过通信链路发送的数据的位数。可以使用各种编码技术来编码要通过通信链路发送的数据。例如，众所周知，对具有多个奇偶校验位或校验和位的数据进行编码以提供通信链路另一端的接收器能够使用的冗余来检查接收到的消息的准确性。也已知多次发送相同的数据位能增大链路的另一端的接收器正确接收消息的可能性。通常，这些已知的编码技术或其组合将通过通信链路发送的位数增大到超过数据位数的数量。本文使用的术语“较高编码级别”或“较为鲁棒的编码级别”指的是使用较大位数而不是较少位数来编码数据。相反，本文使用的术语“较低编码级别”或“较不鲁棒的编码级别”指的是使用较小位数而不是较大位数来编码数据。因此，较高、较为鲁棒的编码级别所使用的编码位数(例如，奇偶校验位)比较低、较不鲁棒的编码级别所使用的编码位数更大。
除了使用的编码位数之外，还能够使用以其他方式增大或减小编码鲁棒性的其他编码技术来分别进一步增大或减小编码鲁棒性。
因此，如果使用较高或较为鲁棒的编码级别来编码要通过通信链路发送的数据，则在通过通信链路发送数据期间不太可能发生不可恢复的通信链路错误。相反，如果使用较低或较不鲁棒的编码级别来编码要通过通信链路发送的数据，则在通过通信链路发送数据期间更可能发生不可恢复的链路错误。
图1图示了根据代表性实施例的MRI系统100的电气部件、电磁部件、磁性部件和光学部件的框图。虚线101用于指示将MRI系统100的部件分离成被定位在技术室102中的部件和被定位在检查室104中的部件，但是本公开内容不对系统100的部件所定位的位置进行限制。分离的原因在于，在检查室104中，MRI磁体与其梯度线圈126、其发射线圈元件124和具有集成数字转换器120的接收线圈元件被定位在一起。为了激发用于MR成像目的的核，经由发射线圈元件124施加高频RF脉冲，并且由具有集成数字转换器120的接收线圈元件检测由核发出的RF信号。检查室104的屏蔽确保了具有集成数字转换器120的接收线圈元件对RF信号的高质量检测，而没有强烈干扰。
梯度放大器106和RF放大器108被定位在技术室102中并且分别增大被提供给梯度线圈126和发射线圈元件124的信号的幅度，以用于执行MRI扫描。被定位在技术室102中的控制和数据采集系统110控制MRI系统100的操作。控制和数据采集系统110包括发送器控制单元116、梯度控制单元118、系统定时参考112、扫描控制计算机122，以及网络集线器130。扫描控制计算机122控制发送器控制单元116和梯度控制单元118的操作，发送器控制单元116和梯度控制单元118又分别控制RF放大器108和梯度放大器106的操作以执行MRI扫描。被定位在技术室102中并与控制和数据采集系统110接口连接的重建单元140对在网络集线器130中接收到的图像数据执行图像重建。
具有集成数字转换器120的接收线圈元件经由光纤数据通信链路150连接到网络集线器130。如下面将更详细地描述的，根据代表性实施例，具有集成数字转换器120的接收线圈元件包括至少一个RF接收器、至少一个光发送器、至少一个模数转换器(ADC)，以及至少一个处理器。RF接收器接收由接收线圈元件检测到的RF信号，并且ADC将接收到的RF信号转换为数字信号。处理器基于数字信号的一个或多个特性来选择用于编码数字信号的编码级别，并且利用所选择的编码级别来编码数字信号。光发送器将编码的数字信号转换为光学数据信号，并且通过光纤数据通信链路150将光学数据信号发送到网络集线器130。
在网络集线器130中，将光学数据信号转换为电学数据信号。网络集线器130的至少一个处理器对电学数据信号进行解码，以对利用集成数字转换器120在接收线圈元件中执行的编码过程进行反转。将经解码的电学数据信号提供给重建单元140，重建单元140重建通过MRI扫描获得的MRI图像。
系统定时参考112生成主时钟信号，所述主时钟信号被提供给控制和数据采集系统110的部件116、118、122和130以用于控制对由这些部件执行的操作的定时。主时钟信号通过链路150所承载的数据流中的集成数字转换器120被传送到接收线圈元件。具有集成数字转换器120的接收线圈元件具有锁相环(PLL)，PLL锁定到主时钟信号以便恢复主时钟信号。由具有集成数字转换器120的接收线圈元件的ADC使用恢复的主时钟信号或从恢复的主时钟信号导出的不同频率的时钟信号来对由具有集成数字转换器120的接收线圈元件的RF接收器接收的RF信号进行采样。在'953专利中公开了并且参考'953专利的图2-7描述了具有集成数字转换器120的接收线圈元件的各种配置的代表性实施例，所述接收线圈元件用于恢复主时钟信号并使用主时钟信号或从主时钟信号导出的时钟信号来对RF信号进行采样。因此，为了简洁起见，本文并未提供对具有集成数字转换器120的接收线圈元件中使用的用于恢复主时钟信号的电路的详细讨论。
图2图示了具有图1所示的集成数字转换器120的接收线圈元件的采样和编码电路200的框图，所述接收线圈元件对RF信号进行采样以将RF信号转换为数字样本，基于与样本相关联的至少一个信号特性来分配要应用于数字样本的编码级别，利用分配的编码级别对样本进行编码，将经编码的样本转换为光学数据信号，并且通过光纤数据通信链路150将光学数据信号发送到控制和数据采集系统110的网络集线器130。下面将参考图3-7的流程图来进行更详细的描述，用于确定要应用的编码级别的(一个或多个)信号特性可以包括例如与样本中的一个或多个相关联的信噪比(SNR)中的一个或多个，样本中的一个或多个的幅度，或者指示在通过光纤数据通信链路150将样本从具有集成数字转换器120的接收线圈元件发送到网络集线器130期间发生链路错误的情况下对应样本对最终重建的图像将产生的影响的任何其他信号特性或参数。例如，与样本中的一个或多个相关联的相对较大的SNR能够指示由于在通过光纤数据通信链路150发送样本期间发生链路错误对最终重建的图像将产生大的影响而导致样本丢失。
根据该实施例，采样和编码电路200包括至少一个ADC 210、至少一个处理器220、至少一个编码器230、至少一个光发送器240，以及至少一个存储器设备250。在其他代表性实施例中，采样和编码电路200包括P个ADC 210(其中，P是大于或等于1的正整数)、至少一个处理器220、至少一个编码器230、M个光发送器240(其中，M是大于或等于1的正整数)，以及至少一个存储器设备250。P和M可以彼此相等但并非一定要彼此相等。存储器设备250存储由处理器220运行的计算机代码或指令。存储器设备250还可以存储从ADC 210输出的数字样本。ADC 210包括具有集成数字转换器120的接收线圈元件的集成数字转换器，ADC 210使用采样时钟信号对由具有集成数字转换器120的接收线圈元件接收的RF信号进行采样。由RF接收器采集的并由ADC 210采样的RF信号通常被称为MR信号，因此在下文中将被称为MR信号。采样时钟信号是从恢复的主时钟信号导出的，该主时钟信号由系统定时参考112生成，并且采样时钟信号通过链路150被发送到具有集成数字转换器120的接收线圈元件。ADC210将数字MR信号样本输出到处理器220和编码器230。
在MRI系统中，通常使用快速傅立叶变换(FFT)过程将数字化的MR信号样本从时域变换为频域。经变换的信号样本包括通常在被称为k空间的坐标空间中表示的图像。k空间表示通常被显示为具有主轴kx和ky的矩形网格。kx轴和ky轴分别对应于k空间表示的水平(x)轴和垂直(y)轴。这些轴表示x方向和y方向上的空间频率。由(kx，ky)坐标对定义的k空间中的每个点包含关于最终重建的图像中的每一个像素的空间频率和相位信息。相反，最终重建的图像中的每个像素映射到k空间中的每一个点。通常，MRI技术领域的技术人员将矩阵的k空间值称为原始数据。
最终重建的MRI图像的图像内容受k空间中的点的影响程度与对应于k空间中的该点的MR信号的幅度成比例。k空间中心附近的点对最终重建的MRI图像产生低频影响，而k空间周边附近的点对最终重建的MRI图像产生高频影响。k空间中心是表示所有MR信号之和的值。由于在MRI系统中产生的图像的性质，对应于k空间中心附近的点的MR信号的幅度远大于对应于k空间周边附近的点的MR信号的幅度。因此，如果与k空间中心附近的点相对应的MR信号发生链路错误，则能够在很大程度上影响整个图像。另一方面，如果与k空间周边附近的点相对应的MR信号发生链路错误，则仅丢失边际量的图像分辨率，因此整个图像不会在很大程度上受到影响。
由于这些原因，根据代表性实施例，将较高或较为鲁棒的编码级别应用于更靠近k空间中心的k空间点，而将较低或较不鲁棒的编码级别应用于距离k空间中心较远的k空间点。根据该代表性实施例，处理器220被配置为或被编程为在MRI扫描期间对从ADC 210输出的数字样本执行FFT过程以创建MRI图像的k空间表示。k空间表示是被存储在存储器设备250中的值的矩阵。处理器220还被配置被或被编程为基于k空间中与这些值相对应的点所在的位置来分配要对k空间矩阵的值执行的编码的级别。由于处理器220已知点的坐标对(ky，kx)，因此处理器220能够容易地确定k空间矩阵值是与位于k空间的中心区域内的点相关联，还是与位于k空间的中心区域外的点相关联。根据代表性实施例，定义k空间的中心区域的边界的k空间坐标是预定义的，使得处理器220能够基于对应的k空间坐标来容易地确定要应用的编码级别。
为了在编码器230中执行编码过程，处理器220分配要对由处理器220从存储器设备250中读出的k空间矩阵值执行的编码的级别，并且使编码器230利用所分配的编码级别对k空间矩阵值进行编码。根据代表性实施例，处理器220为对应于k空间中位于k空间的中心区域内的点的k空间矩阵值分配第一、较高或较为鲁棒的编码级别，并且为对应于k空间中位于k空间的中心区域外的点的k空间矩阵值分配第二、较低、较不鲁棒的编码级别。编码器被配置为根据由处理器220分配的编码级别要么应用第一、较高或较为鲁棒的编码级别，要么应用第二、较低、较不鲁棒的编码级别。
从编码器230输出的编码值被输入到光发送器240。光发送器240包括电光转换器(EOC)设备(未示出)(例如，激光二极管或发光二极管(LED))以及EOC驱动器(未示出)。EOC驱动器接收从编码器230输出的编码值并根据编码值驱动EOC设备以生成光学数据信号，该光学数据信号被耦合到光纤数据通信链路150的端部中并通过链路150被发送到被连接到链路150的相对端的网络集线器130。网络集线器130包括光电转换器(OEC)设备(未示出)(例如，p型-本征-n型(PIN)二极管)，其将光学数据信号转换为电学数据信号。网络集线器130包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器对电学数据信号进行解码，然后对经解码的数据信号执行傅里叶逆变换(FT)操作以将数据信号返回到最初被存储在存储器设备250中的作为原始数据的k空间值。重建单元140从网络集线器130接收原始数据并执行处理原始数据的已知重建过程以产生最终重建的MRI图像。
应当注意，虽然上面已经描述了执行数字化过程、变换过程和编码过程的图2所示的采样和编码电路200与具有集成数字转换器120的RF线圈元件共同定位，但这并不是必需的。采样和编码电路200被定位在链路150的与网络集线器130相对的一端，但是它不一定是部件120的部分，但是采样和编码电路200以某种方式被电耦合到部件120，以处理由部件120采集的RF信号。
处理器220、编码器230和存储器设备250的组合包括计算系统300，在该计算系统300上能够实施根据本文描述的代表性实施例的编码方法。计算系统300能够包括一组指令，该组指令能够被运行以使计算系统300执行本文公开的方法或基于计算机的功能中任何一个或多个。计算系统300可以作为独立设备进行操作，或者可以经由有线、无线和/或光学网络连接到其他计算系统或外围设备。
在联网部署方案中，计算系统300可以在服务器-客户端用户网络环境中以服务器的身份进行操作或作为客户端用户计算机进行操作，或者在点对点(或分布式)网络环境中作为对等计算系统进行操作。计算系统300还能够被实施为各种设备或者被并入各种设备中，所述各种设备例如为固定计算机、移动计算机、个人计算机(PC)、膝上型计算机、平板计算机、无线智能电话、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、全球卫星定位(GPS)设备、通信设备、控制系统、相机、网络设备、网络路由器、交换机或桥接器或任何其他能够(按顺序或以其他方式)运行一组指令的机器，该组指令指定该机器要采取的动作。计算系统300能够作为特定设备被并入或者被并入特定设备中，该特定设备又处于包括额外设备的集成系统中。计算系统300能够使用提供例如语音、视频或数据通信的电子设备来实施。另外，虽然图示了单个计算系统300，但是术语“系统”还应被视为包括单独或联合运行一组或多组指令以执行一种或多种计算机功能的任何系统或子系统的集合。
计算系统300的处理器220和存储器设备250都是有形的非瞬态设备。本文使用的术语“非瞬态”不应被解读为永恒的状态特性，而应被解读为将持续一段时间的状态特性，并且特别否定稍纵即逝的特性，例如，特定的载波或信号或在任何时候任何地方仅暂时存在的其他形式的特性。本文使用的术语“处理器”是被配置为运行软件和/或固件指令以执行如本文的各种实施例所描述的功能的制造品和/或机器部件。处理器220可以是通用处理器，或者也可以是专用集成电路(ASIC)的部分。处理器220还可以是微处理器、微计算机、处理器芯片、控制器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、状态机或可编程逻辑设备。处理器220还可以是逻辑电路，包括可编程门阵列(PGA)(例如，现场可编程门阵列(FPGA))、可编程逻辑阵列(PLA)或者包括分立的门逻辑单元和/或晶体管逻辑单元的其他类型的电路。处理器220可以是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或其组合。另外，本文描述的任何处理器可以包括多个处理器、并行处理器、具有多个处理核的处理器或其组合。多个处理器和/或处理核可以被包括在单个设备或多个设备中或者被耦合到单个设备或多个设备。
存储器设备250是一个或多个存储器设备，并且可以包括不同类型的存储器设备。本文使用的术语“存储器设备”表示能够存储数据和可执行指令的有形存储介质，并且在其中存储指令时所述指令是非瞬态的。本文使用的术语“存储器设备”表示作为计算机可读介质的制造品和/或机器部件，计算机(例如，处理器220)能够从存储器设备读取数据和可执行指令。本文使用的术语“存储器设备”可以例如是随机存取存储器(RAM)设备、只读存储器(ROM)设备、闪速存储器设备、电可编程只读存储器(EPROM)设备、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)设备、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁带、压缩盘只读存储器(CD-ROM)设备、数字通用光盘(DVD)、软盘、蓝光光盘、光学存储设备或本领域已知的任何其他形式的存储介质。本文使用的术语“存储器设备”表示易失性存储器设备、非易失性存储器设备、安全存储器设备、不安全存储器设备、加密存储器设备和/或未加密存储器设备。
如下面将参考图8更详细地描述的，计算系统300还可以包括视频显示单元，例如，液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、平板显示器、固态显示器或阴极射线管(CRT)，并且可以包括输入设备，例如，键盘/虚拟键盘或触敏输入屏或具有语音识别的语音输入设备、光标控制设备(例如，鼠标或触敏输入屏幕或垫)。
另外，在代表性的非限制性实施例中，能够通过分布式处理、部件/对象分布式处理和/或并行处理来执行本文描述的方法。能够构造虚拟计算机系统处理以实施本文描述的方法或功能中的一个或多个，并且本文描述的处理器可以用于支持虚拟处理环境。
图3图示了根据代表性实施例的用于在通过光纤数据通信链路150将数据发送到网络集线器130之前对数据进行采样和编码的方法的流程图。参考框301，由ADC将由RF接收器接收的RF信号转换为MR数字样本。如框302所示，基于针对在通过通信链路发送样本期间发生通信链路错误对最终重建的MRI图像将分别产生较大影响还是较小影响所进行的确定来将较高、较为鲁棒的编码级别或较低、较不鲁棒的编码级别分配给数字样本。如框304所示，基于已经分配给样本的编码级别对样本进行编码。如框305所示，通过数据通信链路将经编码的样本发送到被连接到链路的相对端的网络集线器。如框306所示，在网络集线器中，通过反转编码过程的过程对样本进行解码。然后，如框307所示，根据经解码的样本来生成重建的MRI图像。
图4图示了根据代表性实施例的用于在通过光纤数据通信链路150将数据发送到网络集线器130之前对数据进行采样、变换和编码的方法的流程图。参考框311，由ADC将由RF接收器接收的RF信号转换为MR数字样本。如框312所示，执行傅里叶变换过程(例如，FFT过程)以将MR数字样本变换为对应于k空间中的点的值。如框313所示，向k空间的预定义的中心区域内的k空间值分配第一、较高或较为鲁棒的编码级别，并且向k空间的中心区域外的k空间值分配第二、较低、较不鲁棒的编码级别。
如框314所示，基于已经分配给k空间值的编码级别对k空间值进行编码。如框315所示，将经编码的k空间值转换为光学数据信号并通过光纤数据通信链路将光学数据信号发送到被连接到链路的相对端的网络集线器。如框316所示，在网络集线器中，将光学数据信号转换为电学数据信号，通过反转编码过程的过程对电学数据信号进行解码，并且经历逆FT过程以将数据信号转换回时域数据信号。然后，如框317所示，根据时域数据信号来生成重建的MRI图像。
根据结合图4描述的代表性实施例，由k空间坐标对来预定义k空间的中心区域，k空间坐标对定义k空间的中心区域的边界。由于这些边界是预定义的，因此处理器220容易知道k空间值是落在中心区域内还是落在中心区域外，因此基于该知识能够分配编码级别。根据另一代表性实施例，图2所示的处理器220不基于对k空间的中心区域的边界的知识来分配编码级别，而是分析与k空间中的点相关联的一个或多个信号特性或参数(例如，SNR值)并基于所分析的(一个或多个)信号特性来分配编码级别。
图5图示了根据另一代表性实施例的方法的流程图，其中，基于与k空间中的点相关联的一个或多个信号特性或参数来分配和应用编码级别。k空间中更靠近k空间中心的点与具有较大幅值和较高SNR值的MR信号相关联。相反，k空间中远离k空间中心的点与具有较小幅值和较低SNR值的MR信号相关联。根据该实施例，诸如SNR值和/或信号幅度的信号特性用于确定k空间中的点是更靠近k空间中心还是更远离k空间中心。
参考图5的框401，由ADC将由RF接收器接收的RF信号转换为MR数字样本。如框402所示，执行傅立叶变换过程(例如，FFT过程)以将MR数字样本变换为对应于k空间中的点的值。如框403所示，向具有等于或大于与之相关联的预定阈(TH)值的信号特性(例如，SNR值和/或幅度)的k空间值分配第一、较高或较为鲁棒的编码级别，并且向具有小于与之相关联的预定TH值的信号特性(例如，SNR值和/或幅度)的k空间值分配第二、较低、较不鲁棒的编码级别。
如框404所示，基于已经分配给k空间值的编码级别对k空间值进行编码。如框405所示，将经编码的k空间值转换为光学数据信号并通过光纤数据通信链路将光学数据信号发送到被连接到链路的相对端的网络集线器。如框406所示，在网络集线器中，将光学数据信号转换为电学数据信号，通过反转编码过程的过程对电学数据信号进行解码，并且经历逆FT过程以将数据信号转换回时域数据信号。如框407所示，然后根据时域数据信号来生成重建的MRI图像。
本公开内容不限于评估k空间表示以确定应当分配和应用哪个编码级别。除了傅立叶变换之外的变换也能够用于所采集的MR信号的稀疏性。与傅立叶变换一样，小波变换将数据从时域数据变换为频域数据。然而，通过小波变换获得的频域数据未在k空间中表示。尽管如此，就MRI数据而言，经小波变换的数据中存在如下区域：该区域在通过链路150的发送期间发生链路错误的情况下对最终重建的MRI图像产生的影响比其他区域更大。因此，可以针对使用利用所采集的MR信号的稀疏性的不同类型的变换过程的情况修改上面参考图3和图4描述的方法。
例如，图6图示了针对使用小波变换的情况对图4所示的流程图进行修改的流程图。参考框501，由ADC将由RF接收器接收的RF信号转换为MR数字样本。如框502所示，执行小波变换过程以将时域中的MR数字样本变换为小波频域表示。对于MRI数据，小波频域表示中的某些区域在发生链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的图像质量将产生较大影响。如框503所示，识别这些区域并向这些区域分配较高、较为鲁棒的编码级别，并且向所有其他区域分配较低、较不鲁棒的编码级别。
如框504所示，基于已经分配给频域值的编码级别对频域值进行编码。如框505所示，将编码值转换为光学数据信号并通过光纤数据通信链路将光学数据信号发送到被连接到链路的相对端的网络集线器。如框506所示，在网络集线器中，将光学数据信号转换为电学数据信号，通过反转编码过程的过程对电学数据信号进行解码，并且经历小波逆变换过程以将数据信号转换回时域数据信号。如框507所示，然后根据时域数据信号来生成重建的MRI图像。
图7图示了表示根据代表性实施例的编码方法的流程图，其中，已经消除了参考图4至图6所描述的变换步骤。参考框601，由ADC将由RF接收器接收的RF信号转换为MR数字样本。如框602所示，然后处理数字数据样本以确定与该数字数据样本相关联的SNR值。对于MRI数据，在发生链路错误的情况下具有较高SNR的数据对最终重建的MRI图像的图像质量将产生较大影响，反之亦然。基于与数字数据样本相关联的SNR向这些数字数据样本分配编码级别。通常将多个数字数据样本一起处理以确定与这些样本相关联的单个SNR值。能够处理合适大小的框以确定与每个框相关联的SNR值。而且，能够以不同于直接从样本确定SNR值的方式来确定SNR值。
如框603所示，一旦针对数字数据样本的不同部分确定了SNR值，就将第一、较高或较为鲁棒的编码级别分配给具有等于或大于预定TH值的SNR值的数字数据样本的部分，并且将较低、较不鲁棒的编码级别应用于具有小于预定TH值的SNR值的数字数据样本。
如框604所示，基于已经分配给数字数据样本的编码级别对数字数据样本进行编码。如框605所示，将经编码的样本转换为光学数据信号并通过光纤数据通信链路将光学数据信号发送到被连接到链路的相对端的网络集线器。如框606所示，在网络集线器中，将光学数据信号转换为电学数据信号并通过反转编码过程的过程对电学数据信号进行解码。如框607所示，然后根据电学数据信号来生成重建的MRI图像。
可以修改图7的流程图以基于信号幅值而不是SNR来选择编码级别。对于MRI数据，具有较大幅度的MR信号通常在通过光纤数据通信链路150发送对应的数据时发生链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的图像质量将产生较大影响。相反，具有较小幅度的MR信号通常在通过光纤数据通信链路150发送对应的数据时发生链路错误的情况下对最终重建的MRI图像的图像质量将产生较小影响。可以修改图7的框602和603以使用信号幅度而不是SNR来选择编码级别。例如，在框602处，将处理与数字样本相关联的MR信号以确定MR信号的幅度。在框603处，如果幅度等于或大于预定TH值，则将利用较为鲁棒的编码级别对样本进行编码，并且如果幅度小于预定TH值，则将利用不太鲁棒的编码级别对样本进行编码。框604-607表示的步骤不会改变。
图8图示了根据说明性实施例的MRI系统700的框图，MRI系统700包括结合图1和图2描述的部件以及图1和图2中未示出的额外部件。MRI系统700包括：一组主线圈701；多个梯度线圈126(图1)，其被连接到梯度驱动器单元702，梯度驱动器单元702包括梯度放大器106(图1)和梯度控制单元118(图1)；以及RF线圈系统703，其包括被连接到RF线圈驱动器单元704的发射线圈元件124(图1)，RF线圈驱动器单元704包括RF放大器108(图1)和发送器控制单元116(图1)。RF线圈系统703的功能还由发送/去耦(T/D)开关705控制。具有图1所示的集成数字转换器120的接收线圈元件包括图7所示的接收线圈元件120a和RF接收器120b。RF接收器120b包括图2所示的采样和编码电路200。虽然在图8中示出了单个RF接收器120b，但是MRI系统700也可以包括N个RF接收器120b，其中，N是大于或等于1的正整数。
接收线圈元件120a从由RF线圈系统703的发射线圈元件124(图1)激发的区域的至少部分采集MR信号。所采集的MR信号由具有集成数字转换器120的接收线圈元件的采样和编码电路200(图2)处理。将经处理的MR信号作为光学信号经由光纤数据通信链路150从RF接收器120b的光发送器240(图2)发送到网络集线器130(图1)。梯度线圈126和发射线圈元件124由电源单元706供电。搬运系统707(例如，患者台)用于在MRI系统700内定位对象708(例如，患者)。控制和数据采集系统110控制重建单元140的操作以用于重建最终MRI图像，显示单元712(例如，监视器屏幕或投影仪)用于显示重建的图像，存储单元713用于存储数据和计算机指令，并且用户输入设备711例如为键盘、鼠标、轨迹球等。
主线圈701生成稳定且均匀的静态磁场。主线圈701被布置为使得它们通常包围隧道形检查空间(未示出)，对象708可以被引入隧道形检查空间。另一种常见配置包括相对的极面，在相对的极面之间具有气隙，通过使用搬运系统707可以将对象708引入气隙。为了能够进行MR成像，响应于由梯度驱动器单元702供应的电流而由多个梯度线圈126生成叠加在静态磁场上的时间可变磁场梯度。电源单元706向多个梯度线圈126供应电流，由此生成梯度脉冲(也被称为梯度脉冲波形)。
控制和数据采集系统110的梯度控制单元118控制流过梯度线圈126的电流特性(特别是它们的强度、持续时间和方向)以创建适当的梯度波形。RF线圈系统703的发射线圈元件124(图1)在对象708中生成RF激励脉冲，而接收线圈元件120a响应于RF激励脉冲而接收由对象708生成的MR信号。RF线圈驱动器单元704将电流供应给RF线圈系统703的发射线圈元件124以发射RF激励脉冲。
所发射的RF激励脉冲的特性(特别是它们的强度和持续时间)由控制和数据采集系统110控制。RF线圈系统703的发射线圈元件124(图1)通常由控制和数据采集系统110经由T/D开关705以两种模式(即，发射模式和失谐模式)中的一种模式进行操作。T/D开关705被提供有电子电路，该电子电路在两种模式之间切换发射线圈元件124并防止发射线圈元件124在接收线圈元件120a采集信号期间耦合噪声。T/D开关705还在操作期间在两种模式之间(即在接收模式和失谐或去耦模式之间)切换接收线圈元件120a。接收线圈元件120a在发射线圈元件124的发射模式期间被切换到去耦模式，并且在发射线圈元件124的去耦模式期间被切换到接收模式。发射线圈元件124和接收线圈元件120a两者在两种模式之间的切换由控制和数据采集系统110协调，通常在由控制和数据采集系统110的一个或多个处理器运行的软件和/或固件的控制下进行协调。
诸如键盘、鼠标、触敏屏幕、轨迹球等的用户输入接口设备711使得操作者能够与MRI系统700交互。在网络集线器130中接收的光学数据信号包含关于被成像对象708的感兴趣区域中的局部自旋密度的实际信息。将所接收的信号从光域转换到电域并对电域信号进行解码。由重建单元140重建解码信号并在显示单元712上将解码信号显示为MRI图像。可以将来自重建单元140的信号存储在存储单元713中以供稍后时间的进一步处理。
应当注意，虽然本文描述的代表性实施例涉及的数据通信链路150是光纤数据通信链路，但是该链路也可以替代地是有线或无线数据通信链路。在后一种情况下，不需要将数字数据信号从电域转换到光域，反之亦然。然而，如果有线或无线通信链路用于此目的，则可能需要采取其他预防措施来确保MRI系统700的磁场不会创建链路错误或使链路错误最小化。
应当注意，虽然为了说明本教导的原理和概念已经参考了一些说明性实施例描述了说明性实施例，但是本领域技术人员应当理解本教导的原理和概念能够如何应用于本文未明确描述的其他实施例。还应当注意，上面参考图1-8描述的电路和方法仅是说明本发明原理和概念的合适配置和方法的示例。鉴于本文提供的描述，本领域技术人员应当理解，可以对本文描述的实施例进行许多修改，同时仍然实现本教导的目标，并且所有这些修改都在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种用于在磁共振成像系统中使用的数据采集系统，所述数据采集系统包括：
第一射频接收器，其被配置为接收由所述磁共振成像系统的至少第一射频线圈检测到的射频信号，所述射频信号是表示图像数据的模拟信号；
第一模数转换器，其被配置为将接收到的第一组射频信号转换为第一组数字磁共振信号并输出所述第一组数字磁共振信号；
第一处理器，其被配置为执行编码算法，所述编码算法基于所述第一处理器关于如下的确定以较高、较鲁棒的编码级别或以较低、较不鲁棒的编码级别对k空间中的由坐标对定义的相应点处的k空间值进行编码：在第一通信链路上发送在k空间中的所述相应点处的k空间值期间发生通信链路错误是否分别对使用所述k空间值重建的重建磁共振成像图像具有较大影响或较小影响，所述k空间值是通过对所述第一组数字磁共振信号进行变换获得的；以及
第一发送器，其被配置为通过所述第一通信链路将经编码的k空间值发送到所述磁共振成像系统的计算机以根据所述经编码的k空间值来重建所述磁共振成像图像。
2.根据权利要求1所述的数据采集系统，其中，所述第一处理器通过以下操作来执行所述编码算法：
分析所述k空间值以至少确定与相应k空间值相关联的第一信号特性；并且
如果所述第一信号特性等于或大于第一预定阈值，则选择使用所述较大的位数来对所述k空间值进行编码；并且如果所述第一信号特性低于所述第一预定阈值，则选择使用所述较小的位数来对所述k空间值进行编码。
3.根据权利要求2所述的数据采集系统，其中，所述至少第一信号特性是与所述k空间值相关联的信号幅度。
4.根据权利要求2所述的数据采集系统，其中，所述至少第一信号特性是与所述k空间值相关联的信噪比。
5.根据权利要求4所述的数据采集系统，其中，在分析所述k空间值之前，所述处理器对所述第一组数字磁共振信号执行变换以增强所述第一组数字磁共振信号的稀疏性，并且其中，对所述k空间值的所述分析是通过以下操作来执行的：分析所述k空间值以确定所述信噪比是大于，等于还是小于所述预定阈值。
6.根据权利要求4所述的数据采集系统，其中，所述编码包括对k空间的中央区域中的k空间值以较高、较鲁棒的编码级别，并且对k空间的中央区域之外的k空间值以较低、较不鲁棒的编码级别对k空间值进行编码。
7.根据权利要求4所述的数据采集系统，其中，在分析所述k空间值之前，所述处理器执行变换，在变换期间，所述第一组数字磁共振信号从时域表示变换为k空间中的空间频域表示，并且其中，对所述k空间值的所述分析是通过以下操作来执行的：分析k空间中的所述空间频域表示以确定所述信噪比是大于，等于还是小于所述预定阈值。
8.根据权利要求4所述的数据采集系统，其中，所述第一射频接收器被配置为接收由所述磁共振成像系统的至少第二射频线圈检测到的射频信号，由所述第二射频线圈检测到的所述射频信号是表示图像数据的模拟信号，所述第一模数转换器将由所述第二射频线圈检测到的所述射频信号转换为第二组数字磁共振信号并输出所述第二组数字磁共振信号，所述第一处理器通过以下操作来执行所述编码算法：
将所述第二组数字磁共振信号变换为k空间中由坐标对限定的相应点处的第二k空间值；并且
基于所述第一处理器关于如下的确定以较高、较鲁棒的编码级别或以较低、较不鲁棒的编码级别对k空间中的由坐标对定义的相应点处的所述第二k空间值进行编码：在所述第一通信链路上发送在k空间中的所述相应点处的所述第二k空间值期间发生通信链路错误是否分别对使用所述第二k空间值重建的重建磁共振成像图像具有较大或较小的影响。
9.根据权利要求4所述的数据采集系统，还包括：
第二射频接收器，其被配置为接收由所述磁共振成像系统的第二线圈检测到的射频信号，由所述第二射频接收器接收到的所述射频信号是表示图像数据的模拟信号；
第二模数转换器，其被配置为将由所述第二射频接收器接收到的所述射频信号转换为第二组数字信号并输出所述第二组数字信号；
第二处理器，其被配置为通过以下操作来执行所述编码算法：
将所述第二组数字磁共振信号变换为k空间中由坐标对限定的相应点处的第二k空间值；并且
基于所述第一处理器关于如下的确定以较高、较鲁棒的编码级别或以较低、较不鲁棒的编码级别对k空间中的由坐标对定义的相应点处的所述第二k空间值进行编码：在第二发送器的第二通信链路上发送在k空间中的所述相应点处的所述第二k空间值期间发生通信链路错误是否分别对使用所述第二k空间值重建的重建磁共振成像图像具有较大或较小的影响。
10.根据权利要求9所述的数据采集系统，其中，所述第一发送器和所述第二发送器包括串行化逻辑单元，所述串行化逻辑单元被配置为将经编码的k空间值和第二k空间值转换为各个串行数据流并使所述各个串行数据流通过所述第一通信链路和所述第二通信链路被串行发送到所述磁共振成像系统的执行图像重建的所述计算机。
11.一种用于在磁共振成像系统中使用的数据采集系统，所述数据采集系统包括：
所述磁共振成像系统的N个射频接收器，其中，N是大于或等于1的正整数，所述N个射频接收器被配置为分别接收由N个射频线圈检测到的N组射频信号，所述N组射频信号分别是表示N组图像数据的模拟信号；
P个模数转换器，其被配置为分别将接收到的N组射频信号转换为N组数字磁共振信号并分别输出所述N组数据信号，其中，P是大于或等于1的正整数
至少一个处理器，其被配置为执行编码算法，所述编码算法基于所述至少一个处理器关于如下的确定以较高、较鲁棒的编码级别或以较低、较不鲁棒的编码级别对k空间中的由坐标对定义的相应点处的k空间值进行编码：在第一通信链路上发送在k空间中的所述相应点处的k空间值期间发生的通信链路错误是否分别对使用所述k空间值重建的重建磁共振成像图像具有较大或较小的影响，所述k空间值是通过对所述N组数字磁共振信号中的相应一组进行变换获得的；以及
M个发送器，其被配置为分别通过M条通信链路将经编码的k空间值发送到所述磁共振成像系统的计算机以执行图像重建，其中，M是大于或等于1的正整数。
12.根据权利要求11所述的数据采集系统，其中，所述数据采集系统包括N个处理器，每个处理器被配置为对所述N组数字磁共振信号中的相应的一组执行所述编码算法。
13.根据权利要求11所述的数据采集系统，其中，在分析所述N组数字磁共振信号之前，所述至少一个处理器对所述N组数字磁共振信号执行变换以增强所述N组数字磁共振信号的稀疏性，并且其中，所述至少一个处理器中的第一处理器通过以下操作来针对在通过所述通信链路发送所述N组数字磁共振信号中的各组数字磁共振信号的k空间值期间发生通信链路错误对重建磁共振成像图像将分别产生较大影响还是较小影响进行确定：分析经变换的N组数字磁共振信号以确定与所述各组数字磁共振信号相关联的N个相应的信噪比是小于预定阈值还是大于或等于所述预定阈值，其中，如果进行了所述N个信噪比中的任一个小于所述预定阈值这一确定，则选择使用所述较大的位数来对所述各组数字磁共振信号的k空间值进行编码，并且其中，如果进行了所述信噪比中的任一个大于或等于所述预定阈值这一确定，则选择使用所述较小的位数来对所述各组数字磁共振信号的k空间值进行编码。
14.根据权利要求11所述的数据采集系统，其中，在分析所述N组数字磁共振信号之前，所述至少一个处理器执行变换，在变换期间，所述N组数字磁共振信号从时域表示变换为频域表示，并且其中，所述至少一个处理器中的第一处理器通过以下操作来针对在通过所述通信链路发送所述N组数字磁共振信号中的各组数字磁共振信号的k空间值期间发生通信链路错误对重建磁共振成像图像将分别产生较大影响还是较小影响进行确定：分析经变换的N组数字磁共振信号以确定与所述各组数字磁共振信号相关联的N个相应的信噪比是小于预定阈值还是大于或等于所述预定阈值，其中，如果进行了所述N个信噪比中的任一个小于所述预定阈值这一确定，则选择使用所述较大的位数来对所述各组数字磁共振信号的k空间值进行编码，并且其中，如果进行了所述信噪比中的任一个大于或等于所述预定阈值这一确定，则选择使用所述较小的位数来对所述各组数字磁共振信号的k空间值进行编码。
15.根据权利要求11所述的数据采集系统，其中，在分析所述N组数字磁共振信号之前，所述至少一个处理器执行变换，在变换期间，所述N组数字磁共振信号从时域表示变换为k空间中的空间频域表示，并且其中，所述至少一个处理器中的第一处理器通过以下操作来针对在通过所述通信链路发送所述N组数字磁共振信号中的各组数字磁共振信号的k空间值期间发生通信链路错误对重建磁共振成像图像将分别产生较大影响还是较小影响进行确定：分析所述k空间表示以确定与所述各组数字磁共振信号相关联的N个相应的信噪比是小于预定阈值还是大于或等于所述预定阈值，其中，如果进行了所述N个信噪比中的任一个小于所述预定阈值这一确定，则选择使用所述较大的位数来对所述各组数字磁共振信号的k空间值进行编码，并且其中，如果进行了所述信噪比中的任一个大于或等于所述预定阈值这一确定，则选择使用所述较小的位数来对所述各组数字磁共振信号的k空间值进行编码。
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