專利名稱：一種核磁共振成像信號的接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核磁共振成像方法和核磁共振成像儀器類，更具體地講是涉及一種核磁共振成像信號的接收方法。
背景技術(shù)：
隨著磁共振數(shù)字正交檢波方法的發(fā)展，數(shù)字接收機(jī)在成像系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。圖7是典型的核磁共振數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)示意圖。由探頭(1)采集到的核磁共振信號，經(jīng)低噪聲前置放大器(2)放大后，進(jìn)入混頻器(3)進(jìn)行檢波，經(jīng)過中頻信號調(diào)理器(4)放大并且濾除高頻分量后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(5)進(jìn)行數(shù)字化采樣。根據(jù)乃奎斯特采樣定理，ADC的采樣頻率fs通常要比磁共振信號的共振頻率ffid至少高兩倍以上才能實(shí)現(xiàn)對磁共振信號的無失真采集。如果為了進(jìn)一步減小ADC的量化噪聲，就要實(shí)現(xiàn)對核磁共振信號的過采樣，ADC的采樣頻率往往要比中頻高十幾至幾十倍。就目前而言，從ADC輸出的高速數(shù)字信號較難用微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的實(shí)時(shí)處理，有人曾用多個(gè)高性能微處理并行工作來解決這個(gè)問題。顯然，這會在很大程度上增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。更為簡便的做法是采用專用集成電路(ASIC)實(shí)現(xiàn)。如圖7，ADC采樣所得數(shù)據(jù)送給數(shù)字下變頻器(6)，其中(7A)、(7B)是具有90度固定相位差的數(shù)字正交混頻器，磁共振信號經(jīng)過它由中頻下變頻到零頻附近，然后進(jìn)入級聯(lián)梳狀濾波器(CIC)(8A)、(8B)進(jìn)行對信號的第一級抽取和濾波，得到速率較慢的碼流，可編程有限沖擊響應(yīng)抽取濾波器(DEC1，DEC2)(9A)、(9B)則對磁共振信號再進(jìn)行若干級濾波和抽取，最后把得到核磁共振基帶的復(fù)數(shù)信號(I，Q)存入主機(jī)(10)。
使用數(shù)字接收機(jī)可以得到無零頻峰、鏡像峰干擾的磁共振譜圖，此外由于在數(shù)字接收機(jī)中使用了數(shù)字濾波器，它還具有非常好的通帶內(nèi)的線性相移和帶外噪聲抑制能力。從圖7可知，高速ADC采樣輸出的數(shù)字信號(帶寬通常為幾十兆赫茲)，由數(shù)字接收機(jī)處理后，輸出的往往是慢速的窄帶數(shù)字信號(帶寬通常為幾十千赫茲)。圖2是數(shù)字接收機(jī)輸出信號的時(shí)序圖，其中，A是數(shù)字接收機(jī)輸出的核磁共振復(fù)數(shù)數(shù)字信號。A’是數(shù)字接收機(jī)數(shù)據(jù)幀信號，每一個(gè)信號代表了一次數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)。B是采樣啟動(dòng)信號，它由主機(jī)控制，在其上升沿開始采樣。C是實(shí)際的核磁共振模擬信號。D表示數(shù)字接收機(jī)第N-1個(gè)采樣點(diǎn)及其在實(shí)際核磁共振信號上的位置。D’則表示數(shù)字接收機(jī)第N個(gè)采樣點(diǎn)及其在實(shí)際核磁共振信號上的位置。采樣啟動(dòng)時(shí)刻在實(shí)際核磁共振信號上對應(yīng)的位置為E。由圖2可知，E與數(shù)字接收接收機(jī)輸出采樣點(diǎn)D會有tp時(shí)間誤差。并且有如下關(guān)系0≤tp＜tsts＝1/SW其中，ts是每次采樣的時(shí)間間隔；SW為接收機(jī)采樣譜寬。
這種時(shí)間誤差在核磁共振信號的單次采樣上表現(xiàn)為核磁共振信號相位的隨機(jī)抖動(dòng)，從而影響到核磁共振信號的累加或者抵消。在核磁共振成像上則表現(xiàn)為產(chǎn)生相位編碼方向上的偽影。
為了減小這種相位的隨機(jī)抖動(dòng)，一個(gè)直接的做法是增加接收機(jī)的帶寬，使得SW增大，減小tp時(shí)間誤差。但是，這樣會使主機(jī)對接收機(jī)輸出的信號再次進(jìn)行抽取濾波以得到合適的視野(FOV)，另外隨著接收機(jī)輸出譜寬的增加，需要用更快的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線來傳輸數(shù)據(jù)，用更大的內(nèi)存空間存放數(shù)據(jù)，這會對系統(tǒng)的軟，硬件提出很高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種核磁共振成像信號的接收方法，該方法通過增設(shè)計(jì)數(shù)器確定相位的偏差值，再對信號進(jìn)行校正來消除相位抖動(dòng)。
本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于在核磁共振數(shù)字接收機(jī)上設(shè)置有用于測量每次誤差時(shí)間的計(jì)數(shù)器，在每次采樣中，該計(jì)數(shù)器把測量得到誤差時(shí)間值發(fā)送給主機(jī)后，再在接收機(jī)譜寬內(nèi)對核磁共振信號的譜線進(jìn)行線性相位校正，從而消除核磁共振信號的相位抖動(dòng)。
在進(jìn)行線性相位校正之前，需將采集得到的核磁共振信號做快速傅立葉變換(FFT)，把核磁共振信號從時(shí)域變換到頻域。
所述的接收機(jī)譜寬內(nèi)對譜線做線性相位校正，指的是在頻域中，對于譜寬范圍的每一個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)乘上相位校正因子α。
經(jīng)過線性相位校正核磁共振譜線需要進(jìn)行快速反傅立葉變換，將核磁共振信號從頻域變換到時(shí)域，從而得到經(jīng)過矯正的核磁共振信號。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，與通過增大接收機(jī)譜寬減小核磁共振信號相位抖動(dòng)的方法相比，從根本上消除了由數(shù)字接收機(jī)導(dǎo)致的核磁共振信號相位抖動(dòng)；并且在最小硬件改動(dòng)的前提下，消除了核磁共振的相位抖動(dòng)，其實(shí)現(xiàn)方法非常簡潔、易行；同時(shí)由于使用了快速的傅立葉變換和反傅立葉變換實(shí)現(xiàn)對核磁共振信號相位抖動(dòng)的校正，大大減輕了主機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。
附圖概述附

圖1為本發(fā)明中數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖；附圖2為本發(fā)明中核磁共振信號采樣示意圖；附圖3為本發(fā)明中核磁共振信號相位校正示意圖；附圖4為本發(fā)明中自旋回波脈沖序列示意圖；附圖5A為原始的核磁共振回波信號時(shí)域示意圖；附圖5B為核磁共振回波信號頻域示意圖；附圖5C為經(jīng)相位校正后的回波信號時(shí)域示意圖；附圖6A為SE序列(未加相位編碼)核磁共振信號原始數(shù)據(jù)；附圖6B為經(jīng)相位校正后的SE序列(未加相位編碼)的數(shù)據(jù)；附圖7為現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖；具體技術(shù)方案以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解如圖1-7所示，標(biāo)號1-11分別表示探頭(1)、低噪聲前置放大器(2)、混頻器(3)、中頻信號調(diào)理器(4)、ADC(5)、數(shù)字下變頻器(6)、數(shù)字正交混頻器(7A)(7B)、級聯(lián)梳狀濾波器(CIC)(8A)(8B)、抽取濾波器(9A)(9B)、主機(jī)(10)、計(jì)數(shù)器(11)、寄存器(12)。
在核磁共振數(shù)字接收機(jī)上連接用于測量每次誤差時(shí)間的計(jì)數(shù)器(11)，在每次采樣中，該計(jì)數(shù)器(11)把測量得到誤差時(shí)間值發(fā)送給主機(jī)(10)后，再在接收機(jī)譜寬內(nèi)對核磁共振信號的譜線進(jìn)行線性相位校正，從而消除核磁共振信號的相位抖動(dòng)。
具體實(shí)施方案一般分三步進(jìn)行第一步，對采集得到的核磁共振信號做快速傅立葉變換(FFT)，把核磁共振信號從時(shí)域變換到頻域。
第二步，在頻域中，接收機(jī)譜寬內(nèi)對譜線做一級相位校正，即對于譜寬范圍的每一個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)乘上相位校正因子α。
第三步，對核磁共振譜線進(jìn)行快速反傅立葉變換，得到經(jīng)過矯正的核磁共振信號。
從圖2可見，采樣啟動(dòng)時(shí)刻對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)E與數(shù)字接收機(jī)輸出的數(shù)據(jù)點(diǎn)C之間有tp的時(shí)間誤差。設(shè)核磁共振信號的頻率為f，則實(shí)際的核磁共振信號可表示為A(t)＝A(0)ei2πf×t(1)設(shè)數(shù)字接收機(jī)采樣譜寬為SW，則最后得到的核磁共振信號為A′(t)=A(t)ei2πf×tp,(0<tp<1/SW)---(2)]]>比較1式和2式可以得到，對于每次信號采樣，相位抖動(dòng)的誤差為0＜Δφ＜2πf/SW (3)對于每次采樣，若誤差時(shí)間tp的值可以測量，我們就可以通過引入相位修正因子，對核磁共振信號做線性相位糾正，相位修正因子α的表達(dá)式如下α=e-i2πf×tp---(4)]]>把2式乘以4式，可得A(t)×α＝A(t) (5)由此可見，在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上乘以相位校正因子就可以消除由數(shù)字接收機(jī)引起的相位誤差。
圖3是本發(fā)明中核磁共振信號相位校正示意圖。其中計(jì)數(shù)器(11)的計(jì)數(shù)時(shí)鐘接系統(tǒng)時(shí)鐘(頻率通常為幾十兆赫茲)。采樣啟動(dòng)信號作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)啟動(dòng)信號，使用數(shù)據(jù)幀信號作為計(jì)數(shù)器的停止位。在采樣啟動(dòng)時(shí)，在采樣啟動(dòng)信號的上升沿，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)遇到幀信號為高電平時(shí)停止計(jì)數(shù)，并且把計(jì)數(shù)器的值存入寄存器(12)。圖3中，從計(jì)數(shù)器啟動(dòng)到計(jì)數(shù)器停止所用的時(shí)間為tc，設(shè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率為fclk，則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N和誤差時(shí)間tp有如下關(guān)系ts-N/fclk＝tp(6)其中ts表示數(shù)字接收機(jī)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔，通過讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N，可以測量得到tp的值。
為了消除誤差時(shí)間tp對核磁共振信號造成的影響，也可以利用相位校正因子在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行對核磁共振信號進(jìn)行卷積運(yùn)算消除相位抖動(dòng)。
以核磁共振成像的自旋回波(Spin Echo)序列為例如圖4所示，其中Gs，Gp，Gr是梯度場，它們的作用是對樣品進(jìn)行空間編碼。90°和180°是射頻脈沖和樣品磁化矢量扳倒角，其作用是激發(fā)樣品的核自旋體系，產(chǎn)生核磁共振信號。當(dāng)采樣啟動(dòng)后，數(shù)字接收機(jī)采集核磁共振信號。對于圖4的成像序列，其射頻脈沖的頻率為10.7MHz，數(shù)字接收機(jī)的譜寬SW為20KHz，核磁共振信號的帶寬為2KHz，采樣點(diǎn)數(shù)TD為256點(diǎn)。則根據(jù)3式，數(shù)字接收機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生最大相位誤差為2π×2KHz/20KHz＝0.2π即36°。圖4中，90°和180°射頻脈沖的間隔時(shí)間為t＝5ms，根據(jù)核磁共振理論，其信號產(chǎn)生的回波頂點(diǎn)的時(shí)間t′也應(yīng)為5ms。圖5A是數(shù)字接收機(jī)采集到的時(shí)域原始核磁共振信號。由于核磁共振信號相位的發(fā)生隨機(jī)抖動(dòng)，所以從圖上可以看出回波頂點(diǎn)并不5ms的時(shí)刻。由此可見，若不對核磁共振信號進(jìn)行相位校正，則會在核磁共振數(shù)據(jù)的相位編碼方向引入嚴(yán)重的相位隨機(jī)抖動(dòng)干擾，這必定會引起很嚴(yán)重的圖像偽影。為了對核磁共振信號進(jìn)行相位校正，采用以下步驟第一步，對時(shí)域核磁共振信號進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)后得到頻域的核磁共振譜如圖5B。
第二步，在頻域中對核磁共振譜進(jìn)行相位校正，其方法如下由于接收機(jī)的采樣帶寬為20KHz，采樣點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)，根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，得到譜圖上第n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻率值f為fn＝n×78.125Hz (0≤n＜256)(7)
則譜寬內(nèi)每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位校正因子可以表示為αn=ei2π×n×fn×tp---(8)]]>對于此實(shí)施例，相位校正因子可表示為αn＝ei2π×n×78.125×tp(9)其中，tp是每次采樣的時(shí)間誤差值。對于此實(shí)施例，設(shè)數(shù)字接收機(jī)的譜寬為20KHz，則tp的最大值為50us。當(dāng)系統(tǒng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘為50MHz時(shí)，計(jì)數(shù)值N最大為50us*50MHz＝2500。對于此次采樣，設(shè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為1000，則根據(jù)6式，得到時(shí)間誤差值tp＝50us-20us＝30us。再根據(jù)9式，對數(shù)字接收機(jī)得到的原始譜圖中的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)乘以相位校正因子αnαn=ei2π×n×78.125×30×10-6,(0≤n≤256)]]>計(jì)算出αn因子后，在所得的核磁共振譜圖中從0Hz開始到SW譜寬范圍內(nèi)每個(gè)頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)乘上相應(yīng)的相位校正因子，這樣便得到校正后的核磁共振譜。
第三步，對經(jīng)過校正的核磁共振譜做反傅立葉變換，獲得沒有相位抖動(dòng)的時(shí)域核磁共振信號，如圖5C，回波頂點(diǎn)A在經(jīng)過相位校正之后，消除了每次采樣導(dǎo)致的相位抖動(dòng)。
圖6A是原始核磁共振K空間數(shù)據(jù)，K空間中的每一行數(shù)據(jù)對應(yīng)于一次核磁共振信號的采樣，其信號幅度用灰度來表示，亮度高表示信號幅度大，亮度低表示信號幅度小，從K空間上可以清晰的看到由于數(shù)字接收機(jī)每次采樣導(dǎo)致核磁共振信號的相位抖動(dòng)。圖6B是本實(shí)施例的經(jīng)過此相位校正方法處理后得到的核磁共振信號K空間數(shù)據(jù)，可以很明顯的看出，通過此方法對核磁共振信號校正之后，在很大的程度上消除了由于數(shù)字接收機(jī)造成的每次采樣的信號相位抖動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于在核磁共振數(shù)字接收機(jī)上設(shè)置有定時(shí)計(jì)數(shù)器，在每次采樣中，該計(jì)數(shù)器測量每次采樣時(shí)間誤差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于通過使用計(jì)數(shù)器得到的采樣時(shí)間誤差值，在接收機(jī)譜寬內(nèi)對核磁共振譜線進(jìn)行線性相位校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于利用計(jì)數(shù)器得到的時(shí)間誤差值，計(jì)算得到相位校正因子α。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于在進(jìn)行線性相位校正之前，需將采集得到的核磁共振信號做快速傅立葉變換，把核磁共振信號從時(shí)域變換到頻域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于所述的接收機(jī)譜寬內(nèi)對譜線做線性相位校正，指的是在頻域中，對于譜寬范圍的每一個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)乘上相位校正因子α。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種核磁共振成像信號的接收方法，其特征在于經(jīng)過線性相位校正的核磁共振譜線需要進(jìn)行快速反傅立葉變換，將核磁共振信號從頻域變換到時(shí)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及核磁共振成像方法和核磁共振成像儀器類，更具體地講是涉及一種核磁共振成像信號的接收方法，該接收方法是在核磁共振數(shù)字接收機(jī)上設(shè)置有用于測量每次誤差時(shí)間的計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器把測量得到誤差時(shí)間值發(fā)送給主機(jī)，在接收機(jī)譜寬內(nèi)對核磁共振信號的譜線進(jìn)行線性相位校正，其優(yōu)點(diǎn)是，在最小硬件改動(dòng)的前提下，從根本上消除了由數(shù)字接收機(jī)導(dǎo)致的核磁共振信號相位抖動(dòng)，方法非常簡潔、易行，同時(shí)由于使用了快速的傅立葉變換和反傅立葉變換來實(shí)現(xiàn)，大大減輕了主機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。
文檔編號G01R33/48GK1588113SQ20041005315
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者徐勤, 蔣瑜, 李鯁穎 申請人:華東師范大學(xué)