專利名稱：一種用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法。

背景技術(shù)：
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，以下簡(jiǎn)稱MRI)是一種新興的醫(yī)學(xué)影像方法，它是利用磁場(chǎng)與射頻脈沖使生物體內(nèi)的氫核共振產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理而成像的。從1977年世界上第一臺(tái)全身磁共振成像系統(tǒng)研制成功到現(xiàn)在，經(jīng)過三十年的發(fā)展，MRI系統(tǒng)的性能不斷提高、技術(shù)不斷完善。由于其具有分辨率高、成像參數(shù)多、可任意層面斷層成像、無電離輻射損傷等特點(diǎn)，MRI已經(jīng)成為影像學(xué)檢查中最先進(jìn)、使用最廣泛的工具之一，廣泛應(yīng)用于臨床對(duì)人體各系統(tǒng)的檢查。
磁共振成像系統(tǒng)利用射頻(Radio Frequency，RF)脈沖對(duì)磁場(chǎng)中的氫核進(jìn)行激發(fā)，使氫核產(chǎn)生磁共振信號(hào)。射頻發(fā)送系統(tǒng)的作用就是按照成像序列的要求為MRI系統(tǒng)提供所需的射頻脈沖信號(hào)，它主要由射頻發(fā)生器、功率放大器和射頻發(fā)送線圈三部分組成，射頻發(fā)生器產(chǎn)生射頻脈沖后需要經(jīng)過功率放大器進(jìn)行放大，然后驅(qū)動(dòng)射頻發(fā)送線圈以產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)。
射頻發(fā)生器是磁共振譜儀中的一個(gè)重要模塊，為MRI系統(tǒng)提供掃描序列所需的各種射頻脈沖信號(hào)。射頻脈沖就是頻率處于射頻波段的電磁波，用于激勵(lì)處于磁場(chǎng)中的氫核，使之發(fā)生共振。整個(gè)射頻發(fā)送工作過程如下首先脈沖序列控制器觸發(fā)啟動(dòng)射頻脈沖生成器工作，射頻振蕩器按照序列的要求產(chǎn)生射頻基帶信號(hào)，該信號(hào)被送入頻率合成器，進(jìn)行頻率校正，以完全滿足序列的要求；然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理，使其幅度提高；之后送入波形調(diào)制器進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，載波信號(hào)的中心頻率等于氫核的共振頻率；調(diào)制好的射頻脈沖信號(hào)經(jīng)過功率放大器進(jìn)行放大，以達(dá)到一定的發(fā)射功率，經(jīng)過一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)入射頻發(fā)射線圈產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)。目前射頻發(fā)生器設(shè)計(jì)基本都采用硬件來合成射頻信號(hào)[81，82]，頻率的合成主要有三種方式直接數(shù)字頻率合成(Direct DigitalSynthesize，DDS)，直接模擬合成(Direct Anolog Synthesize，DAS)和鎖相環(huán)(Phase-locked Loop，PLL)，其中DDS技術(shù)應(yīng)用最多[83-85]。這些方法都要進(jìn)行復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)，可移植性差，且產(chǎn)生的射頻波形容易受硬件誤差影響。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種無需繁瑣的硬件設(shè)計(jì)，形成的射頻脈沖波形準(zhǔn)確，可用性強(qiáng)、可以任意移植、受硬件條件的制約小的用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法，所述磁共振成像系統(tǒng)包括射頻脈沖生成器和用來產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)以啟動(dòng)射頻脈沖生成器的脈沖序列控制器，其特征在于所述射頻脈沖生成器通過以下步驟合成射頻脈沖 (1)、根據(jù)磁共振成像系統(tǒng)的主磁場(chǎng)強(qiáng)度及選層位置計(jì)算射頻脈沖的中心頻率ω0 ω0＝γ(B0+Z1·Gz) 其中，γ為原子核的旋磁比，B0為主磁場(chǎng)強(qiáng)度，Z1為成像層面位置，層厚為Δz，Gz為選層梯度； (2)、通過對(duì)一個(gè)頻率為射頻脈沖的中心頻率ω0的兩個(gè)相互正交模擬正弦或余弦信號(hào)進(jìn)行采樣得到數(shù)字載波信號(hào)序列SC(n) SC(n)＝cos(nτω0)+i·sin(nτω0) 其中，τ＝2π/ωs，這里，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0； (3)、選擇合適的基帶信號(hào)函數(shù)，其中基帶信號(hào)的帶寬為Δω＝γΔzGz，其中γ為原子核的旋磁比，Δz為成像物選層層面厚度然后根據(jù)基帶信號(hào)的帶寬計(jì)算出數(shù)字基帶信號(hào)； (4)、用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，得到數(shù)字射頻信號(hào)； (5)、將計(jì)算出的數(shù)字射頻信號(hào)下載到硬件板卡的存儲(chǔ)器中保存，待脈沖序列控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)后對(duì)數(shù)字射頻信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出。
上述步驟(3)中基帶信號(hào)函數(shù)可以為方波信號(hào)、sinc信號(hào)、高斯信號(hào)等，當(dāng)基帶信號(hào)函數(shù)為方波信號(hào)，這時(shí)所述數(shù)字基帶信號(hào)為f(n) f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n) 其中， θ0為所述方波信號(hào)的初相位，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
當(dāng)基帶信號(hào)函數(shù)為sinc信號(hào)，這時(shí)所述數(shù)字基帶信號(hào)為f(n) f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n) 其中， θ0為所述sinc信號(hào)的初相位，τ＝2π/ωs，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
當(dāng)基帶信號(hào)函數(shù)為高斯信號(hào)，這時(shí)所述數(shù)字基帶信號(hào)為f(n) f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n) 其中， θ0為所述高斯信號(hào)的初相位，τ＝2π/ωs，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過數(shù)字計(jì)算合成數(shù)字射頻脈沖，然后利用D/A板卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)并輸出，這樣可以避免繁瑣的硬件設(shè)計(jì)，方便地對(duì)射頻脈沖的頻率、幅度以及相位進(jìn)行控制，因此生成的波形準(zhǔn)確，可用性強(qiáng)，受硬件誤差影響很??；且產(chǎn)生的數(shù)字波形可以與不同的D/A板結(jié)合使用，射頻脈沖波形可以任意移植，受硬件條件的制約小。因此使用本發(fā)明的射頻脈沖的合成方法，可以使得射頻波形的精度大大提高，發(fā)射波形的頻率更準(zhǔn)確，提高了磁共振成像的質(zhì)量，避免了模擬電子技術(shù)形成高頻波形時(shí)的誤差。



圖1為本發(fā)明實(shí)施例射頻脈沖波形合成發(fā)射技術(shù)原理圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例射頻脈沖波形合成技術(shù)流程圖。

具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，磁共振成像系統(tǒng)包括射頻脈沖生成器和用來產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)以啟動(dòng)射頻脈沖生成器的脈沖序列控制器，本發(fā)明實(shí)施例中射頻脈沖的合成方法，首先根據(jù)選擇的成像脈沖序列和序列參數(shù)，選取基帶信號(hào)函數(shù)，建立I通道和Q通道的數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字波形，然后計(jì)算射頻脈沖的中心頻率，計(jì)算并形成數(shù)字載波信號(hào)序列sin(nτw0)和cos(nτw0)，對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行正交振幅調(diào)制后，生成數(shù)字射頻信號(hào)。再將數(shù)字射頻信號(hào)下載到硬件D/A板卡的存儲(chǔ)器中，當(dāng)板卡接收到由脈沖序列控制器傳送的觸發(fā)信號(hào)后開始工作，將數(shù)字射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，最后該信號(hào)經(jīng)射頻功放進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)射頻發(fā)送線圈產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)。
具體流程過程如下，參見圖2所示 (1)、根據(jù)磁共振成像系統(tǒng)的主磁場(chǎng)強(qiáng)度及選層位置計(jì)算射頻脈沖的中心頻率ω0 ω0＝γ(B0+Z1·Gz) 其中，γ為原子核的旋磁比，B0為主磁場(chǎng)強(qiáng)度，Z1為成像層面位置，層厚為Δz，Gz為選層梯度； (2)、通過對(duì)一個(gè)頻率為射頻脈沖的中心頻率ω0的兩個(gè)相互正交模擬正弦或余弦信號(hào)進(jìn)行采樣得到數(shù)字載波信號(hào)序列SC(n) SC(n)＝cos(nτω0)+i·sin(nτω0) 其中，τ＝2π/ωs，這里，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0； (3)、根據(jù)具體的射頻脈沖序列要求選擇合適的基帶信號(hào)函數(shù)，其中基帶信號(hào)的帶寬為Δω＝γΔzGz，其中γ為原子核的旋磁比，Δz為成像物選層層面厚度，然后根據(jù)基帶信號(hào)的帶寬計(jì)算出數(shù)字基帶信號(hào)f(n)； 這里，基帶信號(hào)函數(shù)可以為方波信號(hào)、sinc信號(hào)、高斯信號(hào)等，不同的成像序列和實(shí)際成像的需要會(huì)選擇不同的數(shù)字基帶信號(hào)，因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)對(duì)射頻激發(fā)信號(hào)的頻域?qū)挾纫笥兴煌话愕?，使用sinc基帶信號(hào)的居多，其帶寬較窄，符合大多數(shù)應(yīng)用的需要。
當(dāng)基帶信號(hào)函數(shù)為方波信號(hào)，這時(shí)數(shù)字基帶信號(hào)為f(n) f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n) 其中， θ0為所述方波信號(hào)的初相位，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
這時(shí)，I通道的基帶信號(hào)數(shù)字波形為A(n)·cosθ(n)，Q通道的基帶信號(hào)數(shù)字波形為A(n)·sinθ(n)。
當(dāng)基帶信號(hào)函數(shù)為sinc信號(hào)，這時(shí)數(shù)字基帶信號(hào)為f(n) f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n) 其中， θ0為sinc信號(hào)的初相位，τ＝2π/ωs，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
這時(shí)，I通道的基帶信號(hào)數(shù)字波形為A(n)·cosθ(n)，Q通道的基帶信號(hào)數(shù)字波形為A(n)·sinθ(n)。
當(dāng)基帶信號(hào)函數(shù)為高斯信號(hào)，這時(shí)數(shù)字基帶信號(hào)為f(n) f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n) 其中， θ0為高斯信號(hào)的初相位，τ＝2π/ωs，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
這時(shí)，I通道的基帶信號(hào)數(shù)字波形為A(n)·cosθ(n)，Q通道的基帶信號(hào)數(shù)字波形為A(n)·sinθ(n)。
(4)、用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，得到數(shù)字射頻信號(hào)S(n) S(n)＝Re[f(n)·Sc(n)] ＝A(n)·cos(nτω0+θ(n)) ＝I(n)·cos(nτω0)-Q(n)·sin(nτω0) (5)、將計(jì)算出的數(shù)字射頻信號(hào)S(n)下載到硬件板卡的存儲(chǔ)器中保存，待脈沖序列控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)后對(duì)數(shù)字射頻信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出。
權(quán)利要求
1、一種用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法，所述磁共振成像系統(tǒng)包括射頻脈沖生成器和用來產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)以啟動(dòng)射頻脈沖生成器的脈沖序列控制器，其特征在于所述射頻脈沖生成器通過以下步驟合成射頻脈沖
(1)、根據(jù)磁共振成像系統(tǒng)的主磁場(chǎng)強(qiáng)度及選層位置計(jì)算射頻脈沖的中心頻率ω0
ω0＝γ(B0+Z1·Gz)
其中，γ為原子核的旋磁比，B0為主磁場(chǎng)強(qiáng)度，Z1為成像層面位置，層厚為Δz，Gz為選層梯度；
(2)、通過對(duì)一個(gè)頻率為射頻脈沖的中心頻率ω0的兩個(gè)相互正交模擬正弦或余弦信號(hào)進(jìn)行采樣得到數(shù)字載波信號(hào)序列SC(n)
SC(n)＝cos(nτω0)+i·sin(nτω0)
其中，τ＝2π/ωs，這里，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0；
(3)、選擇合適的基帶信號(hào)函數(shù)，其中基帶信號(hào)的帶寬為Δω＝γΔzGz，其中γ為原子核的旋磁比，Δz為成像物選層層面厚度，然后根據(jù)基帶信號(hào)的帶寬計(jì)算出數(shù)字基帶信號(hào)；
(4)、用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，得到數(shù)字射頻信號(hào)；
(5)、將計(jì)算出的數(shù)字射頻信號(hào)下載到硬件板卡的存儲(chǔ)器中保存，待脈沖序列控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)后對(duì)數(shù)字射頻信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法，其特征在于所述步驟(3)中基帶信號(hào)函數(shù)為方波信號(hào)，這時(shí)所述數(shù)字基帶信號(hào)為f(n)
f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n)
其中，n＝0，1，2，...，
θ0為所述方波信號(hào)的初相位，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法，其特征在于所述步驟(3)中基帶信號(hào)函數(shù)為sinc信號(hào)，這時(shí)所述數(shù)字基帶信號(hào)為f(n)
f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n)
其中，n＝0，1，2，...，
θ0為所述sinc信號(hào)的初相位，τ＝2π/ωs，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法，其特征在于所述步驟(3)中基帶信號(hào)函數(shù)為高斯信號(hào)，這時(shí)所述數(shù)字基帶信號(hào)為f(n)
f(n)＝A(n)·cosθ(n)+i·A(n)·sinθ(n)
其中，n＝0，1，2，...，
θ0為所述高斯信號(hào)的初相位，τ＝2π/ωs，ωs為采樣頻率，滿足ωs＞2ω0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磁共振成像系統(tǒng)中射頻脈沖的合成方法，包括以下步驟(1)根據(jù)磁共振成像系統(tǒng)的主磁場(chǎng)強(qiáng)度及選層位置計(jì)算射頻脈沖的中心頻率ω0；(2)通過對(duì)一個(gè)頻率為射頻脈沖的中心頻率ω0的兩個(gè)相互正交模擬正弦或余弦信號(hào)進(jìn)行采樣得到數(shù)字載波信號(hào)序列SC(n)；(3)根據(jù)基帶信號(hào)的帶寬計(jì)算出數(shù)字基帶信號(hào)；(4)用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，得到數(shù)字射頻信號(hào)；(5)將計(jì)算出的數(shù)字射頻信號(hào)下載到硬件板卡的存儲(chǔ)器中保存，待脈沖序列控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)后對(duì)數(shù)字射頻信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以避免繁瑣的硬件設(shè)計(jì)，生成的波形準(zhǔn)確，射頻波形的精度大大提高，可用性強(qiáng)，受硬件誤差影響很小。
文檔編號(hào)A61B5/055GK101339232SQ20081012023
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者周荷琴, 裴 譚, 潘文宇, 璟 李, 朱劍鋒 申請(qǐng)人:寧波鑫高益磁材有限公司