DE102007047022A1 - Magnetic resonance signal transmitting arrangement for use during magnetic resonance testing, has converter and processing device connected with transmission line so that compressed signal is reconverted into decompressed signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen, die eine hohe Dynamik aufweisen.The Invention relates to an arrangement for the transmission of magnetic resonance signals, which have high dynamics.
Bei Magnetresonanzgeräten werden mit Hilfe von Lokalspulen Magnetresonanzsignale empfangen, um Bilder einer Magnetresonanzuntersuchung zu erzeugen. Für eine gute Bildgebung ist es notwendig, dass die empfangenen Magnetresonanzsignale ein hohes Signal-Rauschverhältnis (SNR) aufweisen.at magnetic devices receive magnetic resonance signals with the aid of local coils, to produce images of a magnetic resonance examination. For a good Imaging it is necessary that the received magnetic resonance signals on high signal-to-noise ratio (SNR).
Eine Lokalspule besteht im allgemeinen aus mehreren Einzelantennen, die als "Loop" bezeichnet werden. Während der Magnetresonanzuntersuchung induzieren angeregte Atomkerne in den Einzelantennen der Lokalspule jeweilige Spannungen als Magnetresonanzsignale, die rauscharm vorverstärkt und zu einem Empfänger übertragen werden. Diese Übertragung erfolgt im allgemeinen kabelgebunden.A Local coil generally consists of several individual antennas, the be referred to as a "loop". While The magnetic resonance study induced excited atomic nuclei in the individual antennas of the local coil respective voltages as magnetic resonance signals, the low-noise preamplified and transmitted to a receiver become. This transfer is generally wired.
Da bei der Bildgebung hohe Anforderungen hinsichtlich hoher Dynamik und niedrigem Rauschen einer gesamten Empfangskette gestellt werden, ist die Verbindung zwischen den einzelnen Antennen einerseits und der Elektronik des Empfängers andererseits möglichst verlustarm und mit einer hohen Übertragungsdynamik auszuführen.There Imaging high demands for high dynamics and low noise of an entire reception chain, is the connection between the individual antennas on the one hand and the electronics of the receiver on the other hand possible low loss and with a high transmission dynamics perform.
Zum verbesserten Empfang von Magnetresonanzsignalen werden Einzelantennen der Lokalspule in Felder ("Array") zusammengeschaltet. Dadurch ergibt sich jedoch ein erhöhter Verkabelungs-Aufwand sowie ein erhöhter Aufwand bei der Kabelführung zwischen den einzelnen Empfangsantennen einerseits und dem Empfänger andererseits. Durch die Vielzahl an zu übertragenden Signalen folgt ein entsprechend großer Aufwand seitens des Empfängers.To the improved reception of magnetic resonance signals become individual antennas the local coil in fields ("Array") interconnected. However, this results in an increased cabling overhead and an elevated one Effort in the cable management between the individual receiving antennas on the one hand and the receiver on the other. By the multitude of things to transmit Signals follows a correspondingly large effort on the part of the recipient.
Beispielsweise werden für ein so genanntes "32 Kanal-Empfangssignal" entsprechend 32 Koaxialkabel zur Signalübertragung von den Empfangsantennen zum Empfänger benötigt. Insbesondere bei größeren Kabellängen müssen an den einzelnen Kabeln jeweilige Mantelwellensperren verwendet werden, um Resonanzeffekte auf den Kabeln zu verhindern. Damit verbunden ist ein Anstieg des technischen Aufwands, der Kosten und des Platzbedarfs.For example be for a so-called "32 Channel receive signal "corresponding to 32 Coaxial cable for signal transmission needed from the receiving antennas to the receiver. Especially with larger cable lengths must respective sheath wave barriers are used for the individual cables, to prevent resonance effects on the cables. Associated with it is an increase in technical effort, cost and space requirements.
Zur Verringerung der Anzahl von Empfangszweigen beim Empfänger und des Aufwands an Verkabelung werden einzelne Empfangssignale mit Hilfe einer sog. Modenmatrize zusammengefasst. Diese Zusammenfassung reduziert jedoch das erzielbare Signal-Rauschverhältnis.to Reduction of the number of reception branches at the receiver and The expense of wiring will be with individual receive signals Help of a so-called fashion matrix summarized. This summary however, reduces the achievable signal-to-noise ratio.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung anzugeben, mit der eine Übertragung von Magnetresonanzsignalen, die eine hohe Dynamik aufweisen, von Einzelantennen einer Lokalspule zu einem Empfänger mit geringem Aufwand ermöglicht wird.It It is an object of the present invention to provide an arrangement with the one transmission of magnetic resonance signals having high dynamics of Single antennas of a local coil to a receiver with little effort is made possible.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is solved by the features of claim 1. advantageous Further developments are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen weist eine Lokalspule auf, die insgesamt n Einzelantennen beinhaltet. Jede Einzelantenne empfängt jeweils ein Magnetresonanzsignal. Es sind n Empfangszweige vorgesehen, wobei jeder Empfangszweig mit jeweils einer Einzelantenne verbunden ist und wobei jeder Empfangszweig aus dem Magnetresonanzsignal der Einzelantenne durch eine Frequenzumsetzung ein zwischenfrequentes Signal bildet.The inventive arrangement for transmission of magnetic resonance signals has a local coil, the total n individual antennas. Each individual antenna receives each a magnetic resonance signal. There are provided n reception branches, wherein each receiving branch is connected to a single antenna and wherein each reception branch is from the magnetic resonance signal of the single antenna forms an intermediate frequency signal by a frequency conversion.
Ein Multiplexer ist eingangsseitig mit den n Empfangszweigen verbunden, wobei die zwischenfrequenten Signale durch den Multiplexer mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens zu einem resultierenden Signal zusammengefasst werden.One Multiplexer is connected on the input side to the n reception branches, wherein the intermediate frequency signals through the multiplexer using a time division multiplex method combined into a resulting signal become.
Eine Einrichtung zur Signalkompression ist mit dem Multiplexer verbunden, wobei die Einrichtung zur Signalkompression aus dem resultierenden Signal ein komprimiertes Signal mit reduzierter Amplitudendynamik bildet.A Device for signal compression is connected to the multiplexer, wherein the means for signal compression from the resulting signal forms a compressed signal with reduced amplitude dynamics.
Eine optische Übertragungstrecke ist mit der Einrichtung zur Signalkompression verbunden, wobei durch die optische Übertragungstrecke das komprimierte Signal elektrisch/optisch gewandelt, optisch übertragen und nach erfolgter Übertragung wieder optisch/elektrisch gewandelt wird. Zusammengefasst wird das optisch übertragene Signale in das komprimierte Signal zurückgewandelt.A optical transmission path is connected to the device for signal compression, by the optical transmission link the compressed signal electrically / optically converted, optically transmitted and after the transfer is again optically / electrically converted. This is summed up optically transmitted Signals are converted back to the compressed signal.
Ein Analog-Digital-Wandler und eine Einrichtung zur Signalverarbeitung sind mit der optischen Übertragungstrecke verbunden. Die Einrichtung zur Signalverarbeitung beinhaltet eine Einrichtung zur Signaldekompression.One Analog-to-digital converter and a device for signal processing are with the optical transmission link connected. The device for signal processing includes a Device for signal decompression.
Mit deren Hilfe wird das zurückgewandelte komprimierte Signal digital gewandelt und in einzelne, dekomprimierte Signale umgewandelt bzw. aufgeteilt. Die einzelnen Signale sind dann wieder den jeweiligen Empfangszweigen bzw. Einzelantennen zuordenbar.With whose help is the reconverted compressed Signal digitally converted into single, decompressed signals converted or split. The individual signals are then again attributable to the respective reception branches or individual antennas.
Die Aufteilung erfolgt vergleichbar zu einem Zeit-Demultiplexverfahren, das an das sendeseitige Zeitmultiplexverfahren entsprechend angepasst ist.The Allocation is comparable to a time-demultiplexing method, adapted to the transmitting-side time-division multiplexing accordingly is.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der bislang notwenige Verkabelungsaufwand zwischen den Einzelantennen einerseits und dem Empfänger andererseits verringert. Durch die vorteilhafte Verwendung einer optischen Übertragungsstrecke entfallen bislang benötigte Koaxialkabel sowie deren Mantelwellen-Sperren. Damit werden Kosten und Platz eingespart.By the arrangement according to the invention the hitherto necessary cabling effort between the individual antennas on the one hand and the receiver on the other hand reduced. Due to the advantageous use of an optical transmission line previously required coaxial cable and its mantle shaft locks omitted. This saves costs and space.
Durch die Kombination des verwendeten Zeitmultiplexer mit der optischen Übertragungsstrecke ist es möglich, mehrere Einzel antennensignale im Zeitmultiplex über nur einen Lichtwellenleiter zu übertragen.By the combination of the time multiplexer used with the optical transmission link Is it possible, multiple individual antenna signals in time division over only one optical fiber transferred to.
Durch die sendeseitige Kompression werden die schmalbandigen Signale der Einzelantennen, die eine hohe Amplitudendynamik aufweisen, in ein breitbandiges Signal mit geringer Amplitudendynamik umgewandelt. Durch die optische Übertragungsstrecke wird das breitbandige Signal nahezu verlustfrei übertragen.By the transmission side compression becomes the narrowband signals of the Single antennas, which have a high amplitude dynamics, in a broadband Signal converted with low amplitude dynamics. Through the optical transmission path the broadband signal is transmitted almost lossless.
Mit Hilfe der empfängerseitig angeordneten digitalen Dekompression ist es möglich, eine nichtlineare Kennlinie des gesamten Übertragungssystems zusätzlich zu berücksichtigen. Dabei resultiert die nichtlineare Kennlinie aus dem Übertragungsverhalten der einzelnen, an der Übertragung beteiligten Komponenten, die vor der digitalen Dekompression angeordnet sind.With Help the receiver side arranged digital decompression, it is possible to use a non-linear characteristic of the entire transmission system in addition to consider. The nonlinear characteristic curve results from the transmission behavior the individual, at the transfer involved components that arranged before digital decompression are.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sind vorab bekannte nichtlineare Eigenschaften jedes Einzelantennenpfads bzw. Empfangszweigs in einer Identifizierung verschlüsselt, die mit den jeweiligen Einzelantennesignalen an den Empfänger zusätzlich übertragen wird.In a preferred embodiment of the arrangement according to the invention are pre-known nonlinear properties of each single antenna path or receiving branch encrypted in an identification, the is additionally transmitted with the respective Einzelantennesignalen to the receiver.
Oder aber es werden Signale einer Einzelantenne mit einer der Einzelantenne zugeordneten Identifizierung übertragen. Empfangsseitig werden dann anhand der Identifizierung aus einer Datenbank vorab ermittelte nichtlineare Eigenschaften der entsprechend zugeordneten Signalpfade ausgelesen und bei der weiteren Signalverarbeitung berücksichtigt.Or but it will be signals of a single antenna with one of the individual antenna assigned identification. At the receiving end, identification will then be based on identification Database previously determined non-linear properties of the corresponding assigned signal paths and in the further signal processing considered.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur
Eine Lokalspule LS weist insgesamt n Einzelantennen L1 bis Ln auf.A Local coil LS has a total of n individual antennas L1 to Ln.
Ein erster Empfangszweig EZ1 weist ein Einzelantenne L1, eine Anpassungsschaltung AS1, zwei rauscharme Verstärker V11 und V12, einen Mischer M1 sowie einen Filter F1 auf.One first reception branch EZ1 has a single antenna L1, a matching circuit AS1, two low-noise amplifiers V11 and V12, a mixer M1 and a filter F1 on.
Weitere Empfangszweige EZ2 bis EZn sind entsprechend aufgebaut. Stellvertretend wird der Signalfluss des ersten Empfangszweigs EZ1 näher erläutert.Further Reception branches EZ2 to EZn are constructed accordingly. vicarious the signal flow of the first reception branch EZ1 is explained in more detail.
Ein erstes Magnetresonanzsignal MR1 der Einzelantenne L1 gelangt über die Anpassungsschaltung AS1 an den rauscharmen Verstärker V11, um ein verstärktes Signal MR1V zu bilden. Dieses wird dem Mischer M1 zugeführt, der mit Hilfe eines Lokaloszillators LO das Signal MR1V in ein zwischenfrequentes Signal MR1ZF umsetzt.One first magnetic resonance signal MR1 of the individual antenna L1 passes over the Matching circuit AS1 to the low-noise amplifier V11 to an amplified signal To form MR1V. This is supplied to the mixer M1, which by means of a local oscillator LO converts the signal MR1V into an intermediate-frequency signal MR1ZF.
Dabei kann zwischen dem Verstärker V11 und dem Mischer M1 in üblicher Weise ein Filter (hier nicht dargestellt) geschaltet werden, um unerwünschte Rauschbeiträge aus Nebenfrequenzbändern zu verhindern.there can be between the amplifier V11 and the mixer M1 in usual Way a filter (not shown here) can be switched to undesirable noise contributions from secondary frequency bands to prevent.
Das zwischenfrequente Signal MR1ZF gelangt über den weiteren rauscharmen Verstärker V12 und den Filter F1 zu einem analogen Multiplexer MUX.The Inter-frequency signal MR1ZF passes over the further low-noise amplifier V12 and the filter F1 to an analog multiplexer MUX.
Die Empfangszweige EZ2 bis EZn bilden entsprechend zwischenfrequente Signale MR2ZF bis MRnZF, die ebenfalls an den analogen Multiplexer MUX geschaltet sind.The Reception branches EZ2 to EZn form correspondingly intermediate-frequency Signals MR2ZF to MRnZF, which also sent to the analog multiplexer MUX are switched.
Durch den Multiplexer MUX werden die zwischenfrequenten Signale MR1ZF bis MRnZF unter Verwendung eines Zeitmultiplexverfahrens zu einem Signal MRS zusammengefasst. Das Signal MRS gelangt an eine Einrichtung zur Signalkompression COM.By the multiplexer MUX become the intermediate frequency signals MR1ZF to MRnZF using a time multiplex method to a signal MRS summarized. The signal MRS arrives at a facility for signal compression COM.
Die Einrichtung zur Signalkompression COM ist beispielsweise als analoger Kompressor ausgestaltet und bildet aus dem zugeführten Signal MRS ein komprimiertes Signal MRC, das gegenüber dem Signal MRS eine deutlich reduzierte Amplitudendynamik aufweist. Typische Werte von 30 dB sind dabei erreichbar.The Device for signal compression COM is for example as analog Compressor designed and forms from the supplied signal MRS a compressed Signal MRC, opposite the signal MRS has a significantly reduced amplitude dynamics. Typical values of 30 dB can be achieved.
Das komprimierte Signal MRC gelangt an eine optische Übertragungstrecke OUS, die eine sendeseitige Anpassungsschaltung SAS, einen elektrisch-optischen Wandler EOW, eine optische Verbindung OV, einen optisch-elektrischen Wandler OEW sowie eine empfangsseitige Anpassungsschaltung EAS aufweist.The compressed signal MRC arrives at an optical transmission link OUS, which is a transmitting side matching circuit SAS, an electric-optical Converter EOW, an optical connection OV, an optical-electrical Converter OEW and a receiving side matching circuit EAS has.
Die optische Verbindung OV ist beispielsweise als Lichtwellenleiter LWL ausgebildet, jedoch sind hier beliebige optische Übertragungsverfahren einsetzbar.The optical connection OV is for example as an optical waveguide LWL formed, but here are any optical transmission method used.
Mit Hilfe der optischen Übertragungsstrecke OUS wird das komprimierte Signal MRC in ein optisches Signal gewandelt, übertragen und empfängerseitig wieder in ein elektrisches komprimiertes Signal MRC* zurückgewandelt.With the aid of the optical transmission path OUS, the compressed signal MRC is converted into an optical signal, transmitted and receiver again converted back into an electrical compressed signal MRC *.
Das zurückgewandelte komprimierte Signal MRC* wird mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers ADC in ein digitales Signal MRCD gewandelt und einer Einrichtung zur Signalverarbeitung SV zugeführt, die eine Einrichtung zur Signaldekompression DCOM beinhaltet.The reconverted compressed signal MRC * is generated by means of an analog-to-digital converter ADC converted into a digital signal MRCD and a device for Signal processing SV supplied to the a device for signal decompression DCOM includes.
Mit Hilfe dieser Elemente wird das zurückgewandelte komprimierte Signal MRC* digital gewandelt und beispielsweise in einzelne Signale aufgeteilt, die den jeweiligen Empfangszweigen EZ1 bis EZn bzw. den jeweiligen Einzelantennen L1 bis Ln zuordenbar sind. Nachfolgend werden dann die einzelnen Signale dekomprimiert.With Help of these elements becomes the reconverted compressed signal MRC * digitally converted and, for example, divided into individual signals, the the respective reception branches EZ1 to EZn or the respective individual antennas L1 to Ln are assignable. Below are the individual signals decompressed.
Die Aufteilung in die einzelnen Signale erfolgt vergleichbar zu einem Zeit-Demultiplexverfahren, das an das sendeseitige Zeitmultiplexverfahren entsprechend angepasst ist.The Distribution into the individual signals is comparable to one Time-demultiplexing method according to the transmission-side time-division multiplexing method is adjusted.
Entsprechend ist es auch möglich, zuerst die Dekompression durchzuführen, um nachfolgend die Aufteilung in einzelne Signale vorzunehmen.Corresponding it is also possible first perform the decompression, then the division into individual signals.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kompressorkennlinie der Einrichtung zur Signalkompression COM ermittelt, wobei zusätzlich das nichtlineare Übertragungsverhalten der optischen Übertragungsstrecke OUS mit berücksichtigt wird.In an advantageous development, the compressor characteristic of the Device for signal compression COM determined, in addition to the nonlinear transmission behavior the optical transmission path OUS taken into account becomes.
Dies verringert den notwendigen Hardwareaufwand für die optische Übertragungsstrecke OUS und vergrößert zusätzlich den nutzbaren Dynamikbereich.This reduces the hardware required for the optical transmission line OUS and additionally increases the usable dynamic range.
Beispielsweise wird am Eingang der Empfangskette bzw. der optischen Übertragungsstrecke OUS ein Kalibriersignal mit bekanntem zeitlichen Verlauf eingespeist und über Vergleich der Signalformen des empfangenen Signals MRCD und des Kalibriersignals die Übertragungskennlinie der Empfangskette ermittelt.For example is at the entrance of the receiving chain or the optical transmission line OUS fed a calibration signal with a known time course and over Comparison of the signal forms of the received signal MRCD and the Calibration signal the transfer characteristic the chain of supply determined.
Eine entsprechend gestaltete Dekompressionskennlinie für die Einrichtung zur Dekompression DCOM ergibt sich dann durch Inversion der Übertragungskennlinie der Empfangskette.A appropriately designed decompression curve for the device for decompression DCOM then results from inversion of the transfer characteristic the reception chain.
Durch die Kompression des Signals MRS wird die Dynamikanforderung an die optische Übertragungsstrecke OUS reduziert. Mit anderen Worten wird durch die erfolgende Signalkompression die Amplitudendynamik des Signals MRS in eine größere Bandbreite umgesetzt. Dadurch wird ermöglicht, optische Bauelemente mit großer Bandbreite und mit eingeschränktem Dynamikbereich zu verwenden, die leicht verfügbar und kostengünstig sind.By the compression of the signal MRS becomes the dynamic demand to the optical transmission path OUS reduced. In other words, by the signal compression taking place the amplitude dynamics of the signal MRS converted into a larger bandwidth. This allows optical Components with large Bandwidth and with limited Use dynamic range that is easily available and inexpensive.
Zur Dekompression des digitalen Signals MRCD ist es nötig, die Kennlinien der Empfangszweige EZ1 bis EZn im Vorfeld aufzunehmen.to Decompression of the digital signal MRCD, it is necessary, the Characteristics of the reception branches EZ1 to EZn record in advance.
Vorteilhaft könnte jedem Empfangszweig EZ1 bis EZn jeweils eine individuelle Identifizierung zugeordnet werden, die zusammen mit dem Signal MR1ZF bis MRnZF verschlüsselt an die Einrichtung zur Signalverarbeitung SV übertragen wird.Advantageous could each reception branch EZ1 to EZn each assigned an individual identification which are coded together with the signal MR1ZF to MRnZF the device for signal processing SV is transmitted.
Bevorzugt sind dort die vorab ermittelten Kennlinien der Empfangszweige EZ1 bis EZn in einer so genannten Look-Up-Tabelle abgelegt und können somit anhand der übertragenen individuelle Identifizierung bei der Dekompression des Signals MRCD bzw. der einzelnen Signale verwendet werden.Prefers there are the previously determined characteristics of the reception branches EZ1 to EZn stored in a so-called look-up table and thus can based on the transmitted individual identification during the decompression of the signal MRCD or the individual signals are used.
Alternativ dazu ist es möglich, die vorab ermittelten Eigenschaften bzw. Kennlinien der Empfangszweige EZ1 bis EZn verschlüsselt mit den jeweiligen Signalen MR1ZF bis MRnZF an die Einrichtung zur Signalverarbeitung SV zu übertragen.alternative it is possible to the previously determined properties or characteristics of the reception branches EZ1 to EZn encrypted with the respective signals MR1ZF to MRnZF to the device for Signal processing SV to transfer.
Bei einer oben geschilderte Berücksichtigung bzw. Kompensation des Übertragungsverhaltens unterscheidet sich somit das Signal MRC vom Signal MRC*.at a consideration described above or compensation of the transmission behavior Thus, the signal MRC differs from the signal MRC *.
Bei einer linear erfolgenden Übertragung entspricht das Signal MRC im wesentlichen dem Signal MRC*.at corresponds to a linear transmission the signal MRC essentially the signal MRC *.
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