專利名稱：磁共振檢測(cè)器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及成像和光譜學(xué)系統(tǒng)，并且更具體地涉及磁共振系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
高磁場(chǎng)磁系統(tǒng)諸如磁共振(MR)系統(tǒng)通常設(shè)在屏蔽環(huán)境內(nèi)部。屏蔽環(huán)境是磁共振系統(tǒng)的磁孔所處的地方。通常，磁共振檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)承載關(guān)于成像對(duì)象的信息的電磁信號(hào)。隨后，電磁信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，并被發(fā)送到設(shè)在屏蔽環(huán)境外部的操作員控制臺(tái)，以作進(jìn)一步處理。
在MRI系統(tǒng)中，將若干MR檢測(cè)器用作感測(cè)元件，并用于感測(cè)和發(fā)送電磁信號(hào)。MR檢測(cè)器可包括接收線圈如射頻線圈、表面線圈以及表面線圈陣列。為提高圖像質(zhì)量或擴(kuò)展視場(chǎng)或提高成像速度，MRI系統(tǒng)有時(shí)包括若干MR檢測(cè)器。
增加MR系統(tǒng)中MR檢測(cè)器的數(shù)量所帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，導(dǎo)電電纜的相應(yīng)增加。導(dǎo)電電纜用于將模擬RF信號(hào)從MR檢測(cè)器運(yùn)送到設(shè)在成像容積和磁孔外部的電子電路。導(dǎo)電電纜還用于將控制信號(hào)和電能從磁孔外部的系統(tǒng)電子電路運(yùn)送到MR檢測(cè)器。電能可用于給安裝在MR檢測(cè)器上或其附近的前置放大器供電。
導(dǎo)電電纜可能體積龐大、堅(jiān)硬，并難于機(jī)械地操縱。此外，它們也可產(chǎn)生射頻環(huán)路，這可潛在地導(dǎo)致在成像對(duì)象內(nèi)部引發(fā)灼燒。而且，導(dǎo)電電纜和用于導(dǎo)電電纜上的導(dǎo)電屏蔽易于獲取瞬時(shí)或干擾信號(hào)，并會(huì)將它們耦合到MR檢測(cè)器陣列中，導(dǎo)致圖像失真(artifact)以及圖像質(zhì)量劣化。
在增加MR檢測(cè)器數(shù)量時(shí)所帶來(lái)的另一問(wèn)題是，安裝MR檢測(cè)器和導(dǎo)電電纜所需要的空間的相應(yīng)增加。而且，這種系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)會(huì)使得系統(tǒng)成本整體增加。
因此，需要將磁孔中的接收線圈之間的信號(hào)高保真地發(fā)送到磁孔外部的電子電路。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種MR系統(tǒng)。該MR系統(tǒng)包括至少一個(gè)配置成感測(cè)屏蔽環(huán)境內(nèi)的多個(gè)信號(hào)的MR檢測(cè)器。該MR系統(tǒng)還包括配置用于將模擬信號(hào)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的數(shù)字化電路(下文至少一個(gè)數(shù)字化電路)。MR檢測(cè)器、數(shù)字化電路設(shè)在屏蔽環(huán)境內(nèi)。MR系統(tǒng)還包括第一發(fā)送元件，其配置用于將多個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)送到多個(gè)電子器件。
在另一實(shí)施例中，提供了一種用于利用磁共振系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)于對(duì)象的信息的方法。該方法包括感測(cè)屏蔽環(huán)境內(nèi)的多個(gè)模擬信號(hào)，并將這些模擬信號(hào)數(shù)字化以生成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字化發(fā)生在屏蔽環(huán)境內(nèi)。本方法還包括將數(shù)字信號(hào)發(fā)送到設(shè)在屏蔽環(huán)境內(nèi)部的多個(gè)電子器件。
在備選實(shí)施例中，提供了一種適用于磁共振(MR)系統(tǒng)的集成接收器電路。集成接收器包括適用于感測(cè)多個(gè)模擬信號(hào)的接收器線圈和耦合到接收器線圈并配置用于將多個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的多個(gè)數(shù)字信號(hào)的數(shù)字化電路。


當(dāng)參照附圖閱讀了以下詳細(xì)說(shuō)明之后，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，全部附圖中類似的字符表示類似的部件，附圖中圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的磁共振成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖2和圖3是說(shuō)明采用直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化電路的實(shí)施例的框圖；圖4是說(shuō)明采用外差接收器電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化電路的實(shí)施例的框圖；圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的集成接收器系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些方面可以使用的高磁場(chǎng)磁共振(MRI)系統(tǒng)10的示范性實(shí)施例的框圖?？捎糜诜治鑫镔|(zhì)特性的其它磁共振系統(tǒng)諸如磁共振光譜學(xué)系統(tǒng)也從本技術(shù)中獲益。以下討論的MRI系統(tǒng)僅是這一種實(shí)現(xiàn)的示例，并不用于在藥征或解剖學(xué)方面進(jìn)行限制。
如這里所用的，術(shù)語(yǔ)“高磁場(chǎng)”指由MRI系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，它大于大約0.5特斯拉。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例而言，高磁場(chǎng)的理想值為0.5特斯拉到7特斯拉。MRI系統(tǒng)例如可以是從GE醫(yī)療系統(tǒng)公司(GEMedical Systems，Inc.)可得的GE-Signa MR掃描儀，它適于執(zhí)行本發(fā)明的方法，不過(guò)也可采用其它系統(tǒng)。以下將更詳細(xì)地說(shuō)明每個(gè)組件。
如本文所用到的，“適用于”、“配置”等指系統(tǒng)中的器件允許系統(tǒng)的元件協(xié)同操作以提供所述的效果；這些術(shù)語(yǔ)還指電子或光元件如模擬或數(shù)字計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ闷骷?如專用集成電路(ASIC))、放大器等的操作能力，對(duì)這些元件編程以響應(yīng)于給定輸入信號(hào)提供輸出，以及指機(jī)械器件用于以光或電方式將組件耦合到一起。
MR系統(tǒng)的操作通過(guò)操作員控制板32控制，該控制板包括處理器28和操作員接口30。控制板32包括使操作員能夠經(jīng)由操作員接口30控制圖像的生成和顯示的處理器28。處理器包括若干模塊，它們通過(guò)底板彼此進(jìn)行通信。這些模塊包括圖像處理器模塊、CPU模塊、脈沖發(fā)生器模塊以及存儲(chǔ)器模塊，存儲(chǔ)器模塊在本領(lǐng)域中稱為用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)陣列的幀緩沖器。處理器通常連接到用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和程序的盤存儲(chǔ)裝置和帶驅(qū)動(dòng)(未顯示)上，并且它通過(guò)高速串行鏈路與獨(dú)立的系統(tǒng)控制電路(未顯示)通信。
脈沖發(fā)生器模塊通過(guò)串行鏈路連接到操作員控制板。本系統(tǒng)控制電路從操作員那里接收指示要執(zhí)行掃描序列的命令。脈沖發(fā)生器模塊操作系統(tǒng)組件以執(zhí)行所需的掃描序列。它產(chǎn)生指示要產(chǎn)生的射頻(RF)脈沖的時(shí)序、強(qiáng)度和形狀，以及數(shù)據(jù)采集窗口的時(shí)序和長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。脈沖發(fā)生器模塊連接到一組梯度放大器(未顯示)，以指示在掃描期間要產(chǎn)生的梯度脈沖的時(shí)序和形狀。
將由脈沖發(fā)生器模塊產(chǎn)生的梯度波形應(yīng)用到包括Gx、Gy和Gz放大器(未顯示)的梯度放大器系統(tǒng)(未顯示)。每個(gè)梯度放大器激勵(lì)的孔(一般標(biāo)記為15)中相應(yīng)的梯度線圈以產(chǎn)生用于位置編碼獲取的信號(hào)的磁場(chǎng)梯度。梯度線圈孔15形成磁孔14和整體接收線圈18的部分，磁孔14包括極化磁體16。在所示的實(shí)施例中，接收線圈是射頻線圈。成像容積20顯示為磁孔14內(nèi)用于接收對(duì)象34的區(qū)域，并包括病人孔(patient bore)。如本文所用的，MRI掃描儀的可用容積一般定義為容積20內(nèi)的容積，它是病人孔內(nèi)部相連的區(qū)域，在該病人孔中，主磁場(chǎng)、梯度場(chǎng)和RF場(chǎng)的均一性在用于成像的已知的、可接受的范圍內(nèi)。
發(fā)送器模塊適于產(chǎn)生脈沖，并將這些脈沖提供給接收線圈26。在對(duì)象30中由受激核輻射產(chǎn)生的信號(hào)可由相同的接收線圈18感測(cè)，并提供給數(shù)字化電路24。
數(shù)字化電路24配置用于將模擬信號(hào)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)隨后經(jīng)由第一發(fā)送元件21發(fā)送到電子器件34。在所示的實(shí)施例中，第一發(fā)送元件是光導(dǎo)管。
可以注意到，接收線圈、數(shù)字化電路設(shè)在屏蔽環(huán)境12內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字化電路設(shè)在磁孔內(nèi)。在所示實(shí)施例中，數(shù)字化電路設(shè)在成像容積20內(nèi)。
由電子器件調(diào)節(jié)的數(shù)字信號(hào)隨后經(jīng)由第二發(fā)送元件26傳送到操作員控制板中的存儲(chǔ)器模塊。第二發(fā)送元件的示例包括但不限于光導(dǎo)管、同軸電纜和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)掃描完成后，便已在存儲(chǔ)器模塊中獲取了整個(gè)數(shù)據(jù)陣列。處理器(未顯示)用于將數(shù)據(jù)傅立葉(Fourier)變換成圖像數(shù)據(jù)陣列。響應(yīng)于從操作員接收的命令，這些圖像數(shù)據(jù)可由圖像處理器作進(jìn)一步處理，并且隨后被顯示。
在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)作為串行輸出發(fā)送。在另一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字化電路可包括多個(gè)數(shù)字化電路(未顯示)，它們配置用于產(chǎn)生多個(gè)數(shù)字信號(hào)。隨后，數(shù)字信號(hào)并行發(fā)送到電子器件和/或處理器。在更具體的實(shí)施例中，數(shù)字化電路包括配置用于產(chǎn)生多個(gè)數(shù)字信號(hào)的多個(gè)數(shù)字化電路。該多個(gè)數(shù)字信號(hào)還組合起來(lái)以產(chǎn)生傳送到電子器件和/或處理器的單個(gè)數(shù)字信號(hào)。
如圖1所示，磁孔14、梯度線圈15、極化磁體16、接收線圈18和數(shù)字化電路設(shè)在屏蔽室12內(nèi)。操作員控制板設(shè)在屏蔽室外部。利用第二發(fā)送元件將MR信號(hào)發(fā)送到操作員控制板。
如較早所述，數(shù)字化電路適用于范圍從0.5特斯拉到18特斯拉的高磁場(chǎng)中。參照?qǐng)D2到圖5更詳細(xì)地說(shuō)明可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電路的方式。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化電路的一個(gè)實(shí)施例的框圖。數(shù)字化電路包括直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)40。以下將更詳細(xì)地說(shuō)明該直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的每個(gè)部件。
直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接收來(lái)自低噪聲放大器22的模擬信號(hào)。將模擬信號(hào)提供給可變?cè)鲆鎵K42，該塊適于針對(duì)模擬信號(hào)引入希望的增益量?？梢宰⒁獾剑勺?cè)鲆鎵K可包括可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、衰減器及其任意組合。
這些信號(hào)隨后提供給奈奎斯特(Nyquist)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)44。奈奎斯特ADC配置成通過(guò)利用奈奎斯特原理將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，奈奎斯特原理規(guī)定，ADC的采樣速率至少為模擬信號(hào)的頻率的兩倍，以便允許完整地表示信號(hào)而沒(méi)有混疊效應(yīng)。
在圖3所示的另一實(shí)施例中，直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)40采用帶通ADC 46來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種變換器中，采樣速率通常低于模擬信號(hào)的頻率的兩倍。帶通ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并利用發(fā)送元件26發(fā)送。
圖4是采用外差接收器系統(tǒng)50實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化電路24的另一實(shí)施例的框圖。外差接收器系統(tǒng)包括可變?cè)鲆鎵K52和緩沖器54。從低噪聲放大器接收的模擬信號(hào)通過(guò)可變?cè)鲆鎵K傳送，并被提供給混頻器56?？勺?cè)鲆?2提供了用于根據(jù)模擬信號(hào)的幅度調(diào)整增益的控制手段。
混頻器56接收LARMAR頻率模擬信號(hào)和本地振蕩器頻率信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的中頻信號(hào)。混頻器56包括采用所應(yīng)用領(lǐng)域中眾所周知的非磁組件實(shí)現(xiàn)的有源混頻器。中頻信號(hào)提供給濾波器57，在濾波器57可將不希望有的邊帶去除。濾波的信號(hào)提供給奈奎斯特ADC58。
奈奎斯特ADC 58以與參照?qǐng)D2中的奈奎斯特ADC 44所描述的類似方式操作。奈奎斯特ADC可采用具有非磁感應(yīng)器的集總元件LC濾波器或陶瓷濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，ADC的輸出可具有串行數(shù)據(jù)輸出。
如參照?qǐng)D1所述，在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字化電路和接收器線圈是設(shè)在屏蔽室內(nèi)的獨(dú)立組件。在本發(fā)明更具體的實(shí)施例中，如圖5所示，提供了適用于磁共振(MR)系統(tǒng)的集成接收器電路72。以下將更詳細(xì)地說(shuō)明每個(gè)組件。
集成接收器包括適用于感測(cè)多個(gè)模擬信號(hào)的接收器線圈74。接收器線圈可以是表面線圈、表面線圈陣列或射頻線圈。集成接收器適用于范圍從0.5特斯拉到18特斯拉的高磁場(chǎng)中。
數(shù)字化電路78耦合到接收器線圈，并配置用于將多個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的多個(gè)數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字化電路可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換器或模擬到光學(xué)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字化電路可采用圖2到圖5中所述技術(shù)中的任一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在所示實(shí)施例中，集成接收器電路還包括低噪聲放大器75?？勺?cè)鲆娣糯笃?6耦合在低噪聲放大器75和數(shù)字化電路之間。可變?cè)鲆娣糯笃髋渲糜糜趯⒍鄠€(gè)模擬信號(hào)放大并將放大的信號(hào)提供給數(shù)字化電路。
雖然這里僅顯示并說(shuō)明了本發(fā)明的某些特征，但是對(duì)于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員而言，將會(huì)想到許多修改和變化。因此，應(yīng)明白所附權(quán)利要求旨在覆蓋落于本發(fā)明真實(shí)精神范圍內(nèi)的所有的這種修改和變化。
部件列表12屏蔽室14磁孔15梯度線圈16極化磁體18接收線圈21第一發(fā)送元件22低噪聲放大器24數(shù)字化電路26第二發(fā)送元件28處理器30操作員接口32操作員控制板34電子器件40直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)42可變?cè)鲆?
44奈奎斯特ADC46帶通ADC50外差接收器系統(tǒng)52可變?cè)鲆?6混頻器57濾波器58奈奎斯特ADC72集成接收器電路75低噪聲放大器76可變?cè)鲆娣糯笃?8數(shù)字化電路
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生表示關(guān)于對(duì)象的信息的信號(hào)的磁共振(MR)系統(tǒng)，所述MR系統(tǒng)包括至少一個(gè)MR檢測(cè)器(18)，其配置成感測(cè)屏蔽環(huán)境(12)內(nèi)的多個(gè)信號(hào)；數(shù)字化電路(24)，其配置用于將所述模擬信號(hào)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)；其中所述MR檢測(cè)器、數(shù)字化電路設(shè)在屏蔽環(huán)境內(nèi)；第一發(fā)送元件(21)，其配置用于將所述多個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)送到多個(gè)電子器件(34)。
2.如權(quán)利要求1所述的MR系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化電路位于磁孔(14)內(nèi)，其中所述磁孔在所述屏蔽環(huán)境內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的MR系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化電路位于成像容積內(nèi)，其中所述成像容積(20)在所述屏蔽環(huán)境內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的MR系統(tǒng)，其特征在于，可利用第二發(fā)送元件(26)將所述多個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)送到所述屏蔽環(huán)境外部的處理器(28)；其中，所述處理器配置成接收并處理所述數(shù)字信號(hào)以產(chǎn)生關(guān)于所述對(duì)象的信息；其中，所述第二發(fā)送元件是從由光纖、同軸電纜、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及聲波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的組中選擇的。
5.如權(quán)利要求1所述的MR系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化電路包括直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(40)，并且所述直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括奈奎斯特轉(zhuǎn)換器(44)或帶通轉(zhuǎn)換器(46)。
6.如權(quán)利要求1所述的MR系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化電路包括外差接收器系統(tǒng)(50)；其中，所述外差接收器系統(tǒng)包括奈奎斯特轉(zhuǎn)換器(44)。
7.一種利用磁共振系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生關(guān)于對(duì)象的信息的方法，所述方法包括感測(cè)屏蔽環(huán)境內(nèi)的多個(gè)模擬信號(hào)；將所述模擬信號(hào)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)；其中所述數(shù)字化發(fā)生在所述屏蔽環(huán)境內(nèi)；將所述數(shù)字信號(hào)發(fā)送到設(shè)在所述屏蔽環(huán)境內(nèi)部的多個(gè)電子器件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，數(shù)字化包括利用直接轉(zhuǎn)換技術(shù)或外差接收器系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括將所述數(shù)字信號(hào)發(fā)送到設(shè)在所述屏蔽環(huán)境外部的處理器；其中，所述發(fā)送利用光纖、同軸電纜和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)來(lái)進(jìn)行。
10.一種適用于磁共振(MR)系統(tǒng)的集成接收器電路，所述接收器包括接收器線圈，其適用于感測(cè)多個(gè)模擬信號(hào)；和數(shù)字化電路，其耦合到所述接收器線圈并配置用于將所述多個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的多個(gè)數(shù)字信號(hào)。
全文摘要
提供了一種用于產(chǎn)生關(guān)于對(duì)象的信息的磁共振(MR)系統(tǒng)及方法。MR系統(tǒng)包括至少一個(gè)配置成感測(cè)屏蔽環(huán)境(12)內(nèi)的多個(gè)信號(hào)的MR檢測(cè)器(18)和配置用于將模擬信號(hào)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的數(shù)字化電路(24)。MR檢測(cè)器、數(shù)字化電路設(shè)在屏蔽環(huán)境內(nèi)。系統(tǒng)還包括配置用于將所述多個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)送到多個(gè)電子器件(34)的第一發(fā)送元件(21)。
文檔編號(hào)G01R33/32GK1828329SQ20051010875
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者R·D·沃金斯, R·L·弗雷, G·P·科斯特, N·S·錢德拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司