用于磁共振斷層成像系統(tǒng)的局部線圈的接收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于磁共振斷層成像系統(tǒng)（MRT)的接收系統(tǒng)的裝置和方法，接收 系統(tǒng)用于將磁共振信號(hào)從局部線圈傳輸?shù)綀D像處理單元。本發(fā)明還設(shè)及一種具有該接收系 統(tǒng)的磁共振斷層成像系統(tǒng)W及用于接收信號(hào)的進(jìn)一步處理裝置。
[0002] W下同義地使用兩個(gè)術(shù)語(yǔ)；磁共振斷層成像系統(tǒng)和磁共振斷層成像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] 磁共振斷層成像設(shè)備經(jīng)過布置在患者上的局部天線同時(shí)接收多個(gè)磁共振信號(hào)，所 述局部天線是多個(gè)局部線圈的組成部分。特別地，由此接收的模擬磁共振信號(hào)被前置放大 地傳輸?shù)浇邮障到y(tǒng)，在那里被模擬地進(jìn)一步處理、數(shù)字化和作為用于重建圖像數(shù)據(jù)的原始 數(shù)據(jù)被傳輸?shù)綀D像重建單元。
[0004] 在此的基本問題是，新一代的局部線圈與舊一代MRT的接收系統(tǒng)不兼容并且反之 亦然。
[0005] 在專利文獻(xiàn)DE102008023467B4中描述了用于傳輸磁共振信號(hào)的裝置，其中局部 線圈的局部天線的單個(gè)接收信號(hào)首先成對(duì)地被轉(zhuǎn)換為本身的中間頻帶并且然后按照2:1 頻率復(fù)用方法(PrequencyDivisionMultiplex,抑M)成對(duì)地經(jīng)過共同的導(dǎo)線被傳輸。在 此兩個(gè)中間頻帶與跟隨的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的采樣率鏡像對(duì)稱地布置。由此在采樣之后兩個(gè) 頻帶出現(xiàn)在基帶中的相同位置處。例如，在新一代局部線圈（Tim4G1.5T系統(tǒng)）的情況下， 63. 6MHz的接收信號(hào)與具有55MHz和75MHz的頻率的局部振蕩器信號(hào)一起被轉(zhuǎn)換到8. 6MHz 和11. 4MHz的中間頻帶。接收信號(hào)的帶寬在此可W為直至±500曲Z。在譜分離和然后W分 別lOMS/s采樣之后兩個(gè)信號(hào)分別位置正確地出現(xiàn)在1. 4MHz的第二（數(shù)字）中頻。Tim4G 系統(tǒng)的接收路徑例如基于在專利文獻(xiàn)DE102008023467B4中圖3和4所示的結(jié)構(gòu)。得到的 1. 4MHz的基帶信號(hào)WlOMS/s的數(shù)據(jù)傳輸率被傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)處理。
[0006] "Tim-LC接口 "在HF層面中對(duì)于每個(gè)同軸插接連接器分別引導(dǎo)一個(gè)MR接收信 號(hào)（在1. 5T系統(tǒng)中63. 6MHz)，而"Tim4G-LC接口 "對(duì)于每個(gè)同軸插接連接器在中頻層面 按照頻率復(fù)用引導(dǎo)兩個(gè)MR信號(hào)（在1. 5T系統(tǒng)中8. 6MHz和11. 4MHz;為此參見專利文獻(xiàn) DE102008023467B4)。
[0007] 舊一代"Tim局部線圈"和新一代"Tim4G局部線圈"的其他特征是：
[000引 TiM;
[0009]-在MR頻率上的局部線圈信號(hào)傳輸師-傳輸）
[0010] -對(duì)于每個(gè)局部線圈插頭有8個(gè)局部線圈信號(hào)
[0011]TiM4G；
[0012] -在局部線圈內(nèi)部局部信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換和在兩個(gè)中頻上的局部線圈信號(hào)傳輸 (關(guān)于lOMHz對(duì)稱地2:1頻率復(fù)用。例如在1.5T時(shí)，在8.6MHz和11.4MHz上，也就是 10MHZ+-1. 4MHz)。
[0013]-對(duì)于每個(gè)局部線圈插頭有24個(gè)局部線圈信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 由此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提出用于磁共振斷層成像設(shè)備的局部線圈的改 善的接收系統(tǒng)，所述接收系統(tǒng)用于傳輸接收的磁共振信號(hào)，其中舊一代和新一代的局部線 圈既可W在舊一代MRT的接收系統(tǒng)處也可W在新一代MRT的接收系統(tǒng)處被采用。
[0015] 特別地應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)既在舊一代MRT的接收系統(tǒng)處也在新一代MRT的接收系統(tǒng)處可選 地使用舊一代"Tim局部線圈"和新一代"Tim4G局部線圈"。
[0016] 提出的技術(shù)問題通過按照本發(fā)明的裝置和按照本發(fā)明的方法W及按照本發(fā)明的 磁共振斷層成像系統(tǒng)（MRT)解決。
[0017] 用于磁共振斷層成像系統(tǒng)的接收系統(tǒng)的按照本發(fā)明的裝置，特別是磁共振斷層成 像系統(tǒng)-接收信號(hào)-進(jìn)一步處理裝置，所述接收系統(tǒng)用于將磁共振信號(hào)從局部線圈傳輸?shù)?圖像處理單元，包括：
[0018] -用于接收和用于處理局部線圈的模擬信號(hào)的模擬接收器，其構(gòu)造為，對(duì)具有互相 不同的單頻帶和/或頻帶對(duì)的模擬信號(hào)直接采樣、區(qū)分和互相不同地處理，特別是不改變 頻率和/或不進(jìn)行頻帶對(duì)的譜分離，和
[0019] -用于將局部線圈的處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，和
[0020] -用于進(jìn)一步處理數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器值SP)，包含Weaver單元和后接的 抽取濾波器單元。
[0021] 術(shù)語(yǔ)"Weaver單元"或"Weaver結(jié)構(gòu)"在此描述了按照DonaldK.Weaver命名的 所謂"鏡像抑制接收器"。DonaldK.Weaver在20世紀(jì)50年代已經(jīng)發(fā)表了其思路。鏡像抑 制接收器具有特征；抑制在頻率轉(zhuǎn)換（混頻）時(shí)干擾的鏡像頻率帶。不需要在前連接濾波 (鏡像頻率濾波器）。
[0022] "Weaver結(jié)構(gòu)"可W看作是所謂"Hartley結(jié)構(gòu)"的擴(kuò)展，其中輸入信號(hào)在90度正 交混頻器中按照頻率位置被轉(zhuǎn)換和濾波。利用正弦和余弦信號(hào)的混頻導(dǎo)致，兩個(gè)混頻產(chǎn)物 具有互相90°的相位差。然后將信號(hào)相位在兩個(gè)支路中的一個(gè)中附加地W90°移動(dòng)。由 此產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)，其對(duì)于有用帶具有相同的相位和對(duì)于鏡像帶具有相反的相位。在然后的 信號(hào)相加中鏡像帶的信號(hào)分量被消除。通過由減法來(lái)代替加法，鏡像帶相對(duì)于有用帶被交 換（接收帶-轉(zhuǎn)換）。
[0023] 在Weaver結(jié)構(gòu)中90 °相移器通過另一個(gè)正交混頻器代替。該是有利的，因?yàn)閷拵?相移器的實(shí)現(xiàn)是麻煩的（例如所謂"HUbed濾波器"）。
[0024] 在頻率圖的合適構(gòu)造中在Weaver結(jié)構(gòu)的（數(shù)字）布置中不需要"真的"復(fù)用器。 僅交換符號(hào)。Weaver結(jié)構(gòu)由此特別適合于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。
[0025]DSP基本上具有如下任務(wù)：將兩個(gè)抑M通道互相分離（在Tim4G模式中）W及將 來(lái)自于ADC的數(shù)據(jù)傳輸率從80MS/S例如降低到lOMS/s("降低采樣"）。在此輸入信號(hào)被 轉(zhuǎn)換為低的頻率位置。Weaver結(jié)構(gòu)的采用在此使得可相對(duì)小的濾波器開銷實(shí)現(xiàn)。
[0026] 與此相反，在兩個(gè)FDM通道通過經(jīng)典的濾波進(jìn)行譜分離的情況下對(duì)分離濾波器產(chǎn) 生非常高的要求，例如：
[0027] 從條件SR> 2xFmax(對(duì)于低通信號(hào)的巧奎斯特-香農(nóng)-采樣定律）得到，分離 濾波器必須W大于2xFmax= 2x(ll. 4MHZ+0. 5MHz) = 23. 8MS/S的數(shù)據(jù)傳輸率工作。然而 為了使得對(duì)抽取濾波器過渡范圍（有用帶/阻帶）的要求是可w實(shí)現(xiàn)的，信號(hào)的頻帶應(yīng)當(dāng) 與各自的巧奎斯特帶的邊界具有足夠譜距離。出于實(shí)際原因，由此選擇30MS/S或40MS/S 的數(shù)據(jù)傳輸率。
[002引分離濾波器有用帶/阻帶的過渡范圍從巧.6MHZ+0. 5MHz)延伸至（11. 4MHz-0. 5MHz)，也就是僅從9.IMHz至10. 9MHz，或僅經(jīng)過1. 8MHz。該參量相對(duì)于存在的數(shù)據(jù)傳輸 率，對(duì)在實(shí)現(xiàn)分離濾波器時(shí)要求的開銷具有關(guān)鍵影響（濾波器階數(shù)）。
[0029] 用來(lái)確定在實(shí)現(xiàn)濾波器時(shí)的開銷的另一個(gè)重要的調(diào)節(jié)參量，是導(dǎo)通帶范圍中的頻 率響應(yīng)中的所謂波動(dòng)性（波紋）。為不強(qiáng)烈劣化信號(hào)而通常的要求是，允許在導(dǎo)通帶（通 帶）信號(hào)衰減的偏差最大直至一個(gè)分貝（也就是+-〇. 5地）。如已經(jīng)描述的，因?yàn)閮蓚€(gè)待分 離的頻帶（或信道）在譜上非常密地相鄰，所W當(dāng)通帶中低的波動(dòng)性和阻帶中至少-40地 的衰減應(yīng)當(dāng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生極大要求。提到的要求只能通過高階數(shù)字濾波器（例如高階 FIR濾波器；FIR;具有有限脈沖響應(yīng)的濾波器）實(shí)現(xiàn)。由此需要具有大量加法器、減法器 (在級(jí)聯(lián)的積分梳狀濾波器（CIC濾波器）中）和乘法器（按照FIR濾波器的一般形式）的 昂貴的濾波器。在考慮可用的FGPA資源和主要是能源消耗的情況下在此快速達(dá)到可實(shí)現(xiàn) 性的邊界。為此，考慮到干擾信號(hào)的發(fā)射，靠近接收線圈的磁共振接收天線力爭(zhēng)達(dá)到盡可能 少的數(shù)字操作。
[0030] 在示出的實(shí)施方式中，ADC信號(hào)被轉(zhuǎn)換為1. 4MHz的中頻位置。該中頻W及頻率位 置（相同或相反位置）對(duì)于兩個(gè)運(yùn)行方式（Tim4G或Tim)相同。按照如下進(jìn)行轉(zhuǎn)換： [003UTiM;在SOMS/s時(shí) 63. 6MHZ+ 500曲Z=〉在lOMS/s時(shí) 1. 4MHZ+ 500曲Z
[003引 TiM4GZF1;在80MS/S時(shí)8. 6MHZ+500曲Z=〉在lOMS/s時(shí) 1.4MHZ+500曲Z ;
[003引 TiM4GZF2;在80MS/S時(shí) 11.4MHZ + 500曲Z=〉在lOMS/s時(shí) 1.4MHZ + 500曲Z。
[0034] 在裝置的TiM模式中對(duì)于所謂的TiM局部線圈，頻帶例如處于63. 6MHZ+500曲Z 并且在裝置的TiM4G模式中對(duì)于所謂的TiM4G局部線圈，頻帶對(duì)處于例如8.6MHz和 11. 4MHZ+500曲Z。
[0035] 用于將局部線圈的處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬接收器的A/D轉(zhuǎn)換 器在例如80MS/S的采樣頻率/時(shí)鐘頻率下工作。
[0036] 在此數(shù)字的信號(hào)處理器可W W例如40、20或lOMS/s的降低的采樣頻率/時(shí)鐘頻 率采樣數(shù)字信號(hào)并且將輸入信號(hào)頻帶轉(zhuǎn)換為例如1. 4MHz的中頻帶或例如1. 4MHz的中頻帶 對(duì)。
[0037] 本發(fā)明具有接收器結(jié)構(gòu)（模擬的信號(hào)處理和DSP)，其可W進(jìn)行TiM4G接收信號(hào) 狂F頻率復(fù)用信號(hào)）和Tim接收信號(hào)（HF信號(hào)、MR頻率）的處理。通過靈活組合具有抽取 濾波器的"Weaver結(jié)構(gòu)"和FS/4-或FS/2-頻率轉(zhuǎn)換，得到FPGA資源和性能非常有效的接 收系統(tǒng)。
[003引優(yōu)點(diǎn)；
[0039]-該結(jié)構(gòu)用于兩種運(yùn)行模式（TiM4G和Tim)。為了頻率轉(zhuǎn)換僅需要濾波器和 1，-1，1，-1振蕩器的具體的參數(shù)化。
[0040] -TiM4G和Tim信號(hào)按照相同的頻率位置（在此是在lOMS/s時(shí)1. 4MHz)在DSP的 輸出端出現(xiàn)。隨后的處理不必在模式之間區(qū)分。
[0041]-運(yùn)行模式的選擇可W通過軟件或通過1比特控制信號(hào)進(jìn)行。
[004引-不需要真實(shí)的NCO(NumericControlledOscillator,數(shù)控振蕩器）。僅W0, 1，-1，0 (FS/4頻率轉(zhuǎn)換）或1，-1，1，-1 (FS/2頻率轉(zhuǎn)換）序列"相乘"。
[00創(chuàng)特別在TiM4G模式中得到容易滿