CN1325925C - 磁共振接收信号的信号分析方法及与其相应的接收装置 - Google Patents

磁共振接收信号的信号分析方法及与其相应的接收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁共振接收信号的信号分析方法和与该方法相应的接收装置。在该方法和该装置中，由一个磁共振设备天线阵列(1)的多个天线振子(2)从一个接收体提供接收信号，该接收信号以一个基本组合(GK)和部分附加组合(ZK1，ZK2)的形式相互组合，这些组合彼此正交，并且包含同向圆形偏振的磁共振信号分量。为进行图像重建，至少需要两个组合(GK，ZK1，ZK2)。

Description

磁共振接收信号的信号分析方法及与其相应的接收装置
技术领域
本发明涉及一种信号分析方法，用于分析由一个磁共振设备天线阵列的多个天线振子从一个接收体提供的接收信号，其中，该接收信号以一基本组合的形式相互组合，从而使该基本组合再现了一个圆形偏振的磁共振信号，并且将该基本组合用于图像重建。
与此相应，本发明还涉及一种磁共振设备的接收装置，它具有一个包含有多个天线振子的天线阵列，借助该天线阵列可从一个接收体中接收接收信号，其中，所述接收信号可以传输到一个组合单元，并由该组合单元以一基本组合的形式相互组合。该基本组合再现了一个圆形偏振的磁共振信号，其中该基本组合可传输到一个图像重建单元，并由该图像重建单元对该基本组合进行图像重建。
背景技术
这样的信号分析方法以及相应的接收装置已为公众所知。尤其是所谓的鸟笼形谐振器和环状蝶形单元就按照上述原理工作。
众所周知，在分析磁共振信号时要求很好的信噪比。为了达到这种良好的信噪比，在现有技术中常常要对多个接收信号进行分析。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种信号分析方法以及与该方法相应的接收装置，借助该方法和装置，能以尽可能小的代价获得最佳的信噪比。
对于信号分析方法，上述技术问题按下述方式加以解决：该接收信号还以部分附加组合的形式相互组合，其中，所有组合彼此正交，该附加组合包含与该基本组合同向定位的圆形偏振磁共振信号分量，并且至少有两个组合用于图像重建。
对于接收装置，上述技术问题按下述方式加以解决：该接收信号还可以通过组合单元以部分附加组合的形式相互组合，所述组合彼此正交，并且该附加组合包含与该基本组合同向定位的圆形偏振磁共振信号分量，其中，所述组合同样可以传输到图像重建单元，并且除所述基本组合之外，至少还有一个附加组合由图像重建单元进行图像重建。
基于所述组合的正交性，噪声在各组合中是不相关的。各组合还可以立即进行二次幂叠加。在此，两个组合的正交性这样进行定义，即它们在所述接收体内满足方程
∫σE1E2dV＝0
其中，σ是人造织物的电导率，E1和E2是在天线振子以每一个上述组合发射时，由该相应组合所感应的电场。
通常，所述组合具有彼此不同的接收灵敏度。因此，如果用所述组合当时的接收灵敏度对该组合进行加权来重建图像，则可以优化信噪比。
如果所述基本组合在接收体中、尤其是在所述接收体中心的接收灵敏度不为零，则可以很好地进行图像重建。
如果所述基本组合在接收体中具有一个基本上与位置无关的接收灵敏度，则可以始终在整个接收体上进行图像重建，甚至与用于图像重建的附加组合数量无关。
通常，所述附加组合在所述接收体中心的接收灵敏度为零。因此，借助于所述附加组合，尤其是该接收体的边缘区域可以很好地重建。如果所述附加组合在接收体中具有一个相对于一对称轴沿径向增加的接收灵敏度，则效果将特别明显。其中，所述附加组合之一的接收灵敏度应当随着观察位置与所述对称轴之间的距离成线性递增。
该接收信号可以例如以与一个基本磁场方向成方位角的方式进行测取。在这种情况下，必须获取至少四个接收信号。
但是也还可以将该接收信号相对于一个基本磁场方向或一个高频场方向沿纵向测取。在这种情况下，获取至少两个接收信号就足够了。
所述天线振子对所有用于重建图像的组合来说应当在拉莫尔频率发生共振。为此要求将所述天线振子彼此成对地进行电感-电容去耦。所述电感-电容去耦例如可以通过在天线阵列中设置一个用于此目的电容器网络来实现。
如果所述组合单元的形式为布尔矩阵，则可以用特别简单的方式来实现。
如果为所述接收装置配置一个经一分配单元与所述天线振子相连接的发射器，且该发射器发射的发射信号可由该分配单元这样分布到天线振子上，从而将一个磁共振激励信号馈送到该接收体，则借助于所述天线阵列，也可以激励一个设置在所述接收体中的物体以产生磁共振。
如果所述分配单元是所述布尔矩阵的组成部分，则所述分配单元的结构特别简单。
如果所述磁共振激励信号在所述接收体中具有一个基本上与位置无关的激励强度，则整个接收体基本上都可以接收到所述磁共振激励信号。
附图说明
下面结合附图和所描述的实施方式对本发明的其他优点和细节作进一步说明：
图1表示一种用于磁共振设备的接收装置的原理示意图；
图2表示一种组合单元；
图3表示用于组合的加权函数；
图4表示一种图像重建单元；
图5表示另一种用于磁共振设备的接收装置；
图6表示其他加权函数；
图7表示另一种接收装置。
具体实施方式
按照图1，用于磁共振设备的接收装置包含一个具有多个天线振子2的天线阵列1。按照图1，天线阵列1形成所谓的鸟笼形谐振器。因此，天线振子2由所述鸟笼形谐振器彼此平行走向的笼杆构成。显然，所述天线振子2设置为与基本磁场方向B0成方位角。
按照图1，所述天线阵列1例如具有八个围绕一对称轴A设置的天线振子2。但在原理上，所述天线阵列也可以具有更多或更少的天线振子2。按照图1，基于天线振子2的数量及其设置，将获取至少四个与平行于该对称轴A的基本磁场方向B0成方位角的接收信号。
按照图1，所述天线振子2通过端环3彼此连接。这样构成的圆柱体就形成了一个接收体，天线振子2从中接收其接收信号。
通常，天线振子2和/或端环3上设置了用以对所述天线振子2调谐的电容器。为清楚起见，这些电容器未在图1中示出。但是，在其中示出了一个电容器网络中的两个电容器4。借助于这两个电容器4和所述电容器网络的其他电容器，不直接相邻的天线振子2也实现了彼此间的电感-电容去耦。因此，可以将所有天线振子2彼此成对地进行电感-电容去耦，而不取决于它们这时是否直接相邻。
天线振子2所接收的接收信号传输到组合单元5，其中，该组合单元5是所谓的布尔矩阵。因此，所述组合单元5具有多个延迟单元和加法单元。由此，所有接收信号均在所述布尔矩阵5每一行的输出端等待处理，其中，每个接收信号传输到所述布尔矩阵5中的一列，并在那里对接收信号进行特定行和列的延迟。
图2描述了所述各矩阵单元的延迟(涉及拉莫尔频率)。显然，该延迟相应于该接收信号的一个模拟傅里叶展开。
因此，组合单元5构成了接收信号的多个组合。其中，通过图2所给出的相位延迟保证了所有组合彼此正交。属于所述布尔矩阵5最上面一行的组合是不可利用的信号。位于第2至第4行的组合呈(纯)同向圆形偏振。位于第5行的组合呈线性偏振。因此，该组合(仍然)包含一个与位于第2至第4行的所述组合一起呈同向圆形偏振的磁共振信号分量。位于最后三行的组合彼此又呈同向圆形偏振，但与第2至第4行的所述组合呈反向圆形偏振。
该位于布尔矩阵5第2行的所述组合(下面称作基本组合GK)具有基本上与位置无关的(均匀的)接收灵敏度。因此，尤其在该接收体中心，该组合同样具有一个不为零的接收灵敏度。图3中示出了该基本组合GK的接收灵敏度。
该位于第3行的组合(下面称作第一附加组合ZK1)的接收灵敏度在接收体中相对于该对称轴A从径向内侧向径向外侧基本呈线性递增。在该接收体中心，第一附加组合ZK1的接收灵敏度为零。图3中也示出了第一附加组合的接收灵敏度。
该位于第4行的组合(下面称作第二附加组合ZK2)的接收灵敏度在接收体中从径向内侧向径向外侧基本上呈二次幂增长。因此，该组合在该接收体中心也同样具有为零的接收灵敏度。图3中也示出了所述第二附加组合ZK2的接收灵敏度。
此外，还可以利用位于第5行的组合，该组合的接收灵敏度从径向内侧向径向外侧呈三次幂增长。然而，这种组合在仅用了八个天线振子2的上述情况中，不再纯粹是圆形偏振的磁共振信号。
将所述基本组合GK和所述两个附加组合ZK1、ZK2传输到在图4作了详细描述的图像重建单元6。由该图像重建单元6对该基本组合GK和两个附加组合ZK1、ZK2进行图像重建。
按照图4，在图像重建单元6中，将所述各组合 GK、ZK1和ZK2传输到信号分析器7。所述信号分析器7以本身公知的方式分别重建设置于所述接收体中的物体图像。所述信号分析器7的输出信号传输到乘法器8，此外，加权函数发生器9的输出信号也传输到所述乘法器8。加权函数发生器9提供了一个与图3所描述的接收灵敏度成比例的输出信号。然后在随后的加法器10和除法器11中，算出加权后的各相应重建图像的标准平均值，并输出整幅图像12。也就是说，其结果是：用所述组合GK、ZK1和ZK2当时的接收灵敏度分别对它们进行加权来完成图像重建。
正如已经提到的，所述布尔矩阵5的下面三行虽然是圆形偏振信号，但对于接收来说，它们具有相反的旋转方向。即使如此，也可以使用布尔矩阵5的下面几行。因为，例如可以给所述接收装置设置一个将其信号传输到布尔矩阵5中某一行的发射器13。在这种情况下，所述布尔矩阵5起分配单元的作用，用于所述发射器13发射的发射信号。因此，通过将上述发射信号传输到所述布尔矩阵5下面三行中的某行，则布尔矩阵5就能实现将发射信号这样分布到天线振子2上，从而将一个磁共振激励信号馈送到该接收体中。其中，在馈送到最下面一行时，则在接收体中产生一个其激励强度基本上与位置无关的磁共振激励信号。
如果所述天线振子2相对于所述基本磁场方向B0或相对于一个高频场方向B1沿纵向设置，也可以使用上文所描述的、与所述基本磁场方向B0成方位角设置的天线振子2相联系的优选方式。
图5中描述了一个接收装置，其中所获得的接收信号相对于高频场方向B1沿纵向设置。在这种情况下与图1至4中的实施方式不同，只需要至少两个天线振子2来获取接收信号。
其中，图5所描述的输出耦合网络14同样提供了包含两个同向圆形偏振的磁共振信号分量的正交组合。该组合传输到前置放大器15。传输到上面的前置放大器15的组合，即所谓的亥姆霍兹模式，相当于基本组合GK。图6示出了其接收灵敏度。传输到下面的前置放大器15的组合，即所谓的“反向旋转-电流-模式”(可参见欧洲专利说明书EP 0 256 520 B1)，相当于第一个、且为唯一的附加组合ZK1。图6中同样描述了该组合ZK1的接收灵敏度。此外还描述了总灵敏度。
所述亥姆霍兹模式和反向旋转-电流-模式通过输出耦合网络14及其电容器14′、14″传输到前置放大器15，因此，所述输出耦合网络14还作为阻抗匹配变压器使用。所述电容器14′彼此具有相同的电容值，电容器14″也是如此。但电容器14′的电容值大于电容器14″的电容值。通过这种方式，用于上述这两种模式的转换性能可以彼此不同。也就是说，所述输出耦合网络14还作为特定模式配置的匹配电路14使用。
图7示意地示出了另一种实施方式。在这种情况下，使用了一个沿纵向分成两部分、每部分具有八个笼杆的鸟笼形谐振器。对于各个纵向前后设置的笼杆对，通过串联的输出耦合网络14以及其后设置的前置放大器15形成一个亥姆霍兹模式和一个反向旋转-电流-模式。然后，通过设置在后面的布尔矩阵5形成相应的方位角模式。在图7的实施方式中，关于所述亥姆霍兹模式和反向旋转-电流-模式的形成，所述天线振子2相对于基本磁场方向B0沿纵向设置。
本发明可以用尽可能最少数量的信号分析器7实现最佳的图像重建。
尤其是可以始终设置包含位于其后的加法器15在内的输出耦合网络14和布尔矩阵5，并且按照需要可使用位于布尔矩阵5之后的信号分析器7。因此，根据各种情况的需要，例如可以仅使用基本组合GK，也可以仅使用基本组合GK和第一附加组合ZK1，还可以使用基本组合GK和两个附加组合ZK1，ZK2。必要时还可以将仅给出了一个线性偏振磁共振信号的第三附加组合ZK3用于图像重建。

Claims (26)

1.一种信号分析方法，用于分析由一个磁共振设备天线阵列(1)的多个天线振子(2)从一个接收体提供的接收信号，
-其中，该接收信号以一个基本组合(GK)和部分附加组合(ZK1，ZK2)的形式相互组合；
-其中，这些组合(GK，ZK1，ZK2)彼此正交，并且包含同向圆形偏振的磁共振信号分量；
-其中，所述基本组合(GK)和每个附加组合(ZK1，ZK2)包含所有接收信号的信号成分；
-其中，将至少两种组合(GK，ZK1，ZK2)用于图像重建。
2.按照权利要求1所述的信号分析方法，其特征在于：所述组合(GK，ZK1，ZK2)具有彼此不同的接收灵敏度，并且对这些组合(GK，ZK1，ZK2)用其当时的接收灵敏度进行加权来重建图像。
3.按照权利要求1或2所述的信号分析方法，其特征在于：所述基本组合(GK)在所述接收体中心具有不为零的接收灵敏度。
4.按照权利要求3所述的信号分析方法，其特征在于：所述基本组合(GK)在所述接收体中具有基本上与位置无关的接收灵敏度。
5.按照权利要求1所述的信号分析方法，其特征在于：所述附加组合(ZK1，ZK2)在所述接收体中心的接收灵敏度为零。
6.按照权利要求5所述的信号分析方法，其特征在于：所述附加组合(ZK1，ZK2)在所述接收体中具有一个相对于一对称轴(A)沿径向增加的接收灵敏度。
7.按照权利要求6所述的信号分析方法，其特征在于：所述附加组合(ZK1，ZK2)之一(ZK1)的接收灵敏度在所述接收体中基本上是线性递增的。
8.按照权利要求1所述的信号分析方法，其特征在于：所述接收信号以相对于一个基本磁场方向(B0)成方位角的方式进行测取，并且获取至少四个接收信号。
9.按照权利要求1所述的信号分析方法，其特征在于：所述接收信号相对于一个基本磁场方向(B0)或一个高频场方向(B1)沿纵向测取，并且获取至少两个接收信号。
10.按照权利要求9所述的信号分析方法，其特征在于：所述基本组合(GK)和第一附加组合(ZK1)借助于一个匹配电路(14)进行彼此不同的转换。
11.一种磁共振设备的接收装置，它具有一个包含多个天线振子(2)的天线阵列(1)，借助该天线阵列可从一个接收体中接收接收信号，
-其中，该接收信号可以传输到一个组合单元(5)；
-其中，该接收信号可以由所述组合单元(5)以一个基本组合(GK)和部分附加组合(ZK1，ZK2)的形式相互组合；
-其中，所述组合(GK，ZK1，ZK2)彼此正交，并且包含同向圆形偏振的磁共振信号分量；
-其中，所述基本组合(GK)和每个附加组合(ZK1，ZK2)包含所有接收信号的信号成分；
-其中，所述组合(GK，ZK1，ZK2)可以传输到一个图像重建单元(6)，并可由该图像重建单元将所述基本组合(GK)和至少其中一个附加组合(ZK1，ZK2)用于图像重建。
12.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：所述组合(GK，ZK1，ZK2)具有彼此不同的接收灵敏度，并且对所述组合(GK，ZK1，ZK2)用其当时的接收灵敏度进行加权来重建图像。
13.按照权利要求11或12所述的接收装置，其特征在于：所述基本组合(GK)在所述接收体中心具有不为零的接收灵敏度。
14.按照权利要求13所述的接收装置，其特征在于：所述基本组合(GK)在所述接收体中具有基本上与位置无关的接收灵敏度。
15.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：所述附加组合(ZK1，ZK2)在所述接收体中心的接收灵敏度为零。
16.按照权利要求15所述的接收装置，其特征在于：所述附加组合(ZK1，ZK2)在所述接收体中具有一个相对于一对称轴(A)沿径向增加的接收灵敏度。
17.按照权利要求16所述的接收装置，其特征在于：所述附加组合(ZK1，ZK2)之一(ZK1)的接收灵敏度在所述接收体中基本上是线性递增的。
18.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：所述天线阵列(1)具有至少四个相对于一个基本磁场方向(B0)成方位角设置的天线振子(2)。
19.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：所述天线阵列(1)具有至少两个相对于一个基本磁场方向(B0)或一个高频场方向(B1)沿纵向设置的天线振子(2)。
20.按照权利要求19所述的接收装置，其特征在于：所述基本组合(GK)和第一附加组合(ZK1)可以传输到一个用于使其进行不同转换的匹配电路(14)。
21.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：所述天线振子(2)彼此成对地进行电感-电容去耦。
22.按照权利要求21所述的接收装置，其特征在于：所述天线阵列(1)具有一个用于将天线振子(2)彼此成对进行电感-电容去耦的电容器网络(4)。
23.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：所述组合单元(5)为布尔矩阵(5)。
24.按照权利要求11所述的接收装置，其特征在于：为所述接收装置配置了一个经一分配单元与所述天线振子(2)相连的发射器(13)，并且发射器(13)发射的发射信号可由所述分配单元这样分布到天线振子(2)上，从而将一个磁共振激励信号馈送到所述接收体中。
25.按照权利要求24所述的接收装置，其特征在于：所述组合单元(5)为布尔矩阵(5)；以及所述分配单元是布尔矩阵(5)的组成部分。
26.按照权利要求24或25所述的接收装置，其特征在于：所述磁共振激励信号在所述接收体中具有一个基本上与位置无关的激励强度。
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