專利名稱：用于從成像目標(biāo)接收磁共振(mr)信號的系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及磁共振成像(MRI)系統(tǒng)，特別地涉及一種用于轉(zhuǎn) 換從成像目標(biāo)(subject)接收的MR信號的頻率的變頻前置放大器。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)是一種不需要使用X射線或其他電離輻射而能 夠生成人體內(nèi)部的圖像的醫(yī)學(xué)成像程式(modality)。 MRI使用強力磁體產(chǎn) 生強大、均勻、靜態(tài)的》茲場(即"主》茲場")。當(dāng)人體或人體的一部分 -波放置在該主磁場中時，與組織水(tissue water)中的氫核相關(guān)的核自旋 被極化。這意味著與這些自旋相關(guān)聯(lián)的磁矩變得優(yōu)先沿著該主磁場方向 對齊，從而導(dǎo)致沿著該軸("z軸"，按照慣例)產(chǎn)生小的凈組織磁化 (net tissue magnetization) 。 MRI系統(tǒng)還包括4皮稱為梯度線圈的組件， 用于在被施加電流時產(chǎn)生更小幅度的空間變化磁場。典型地，梯度線圈 -陂設(shè)計成產(chǎn)生沿著該z軸對齊并且幅度隨著沿x、y或z軸之一的位置線 性變化的磁場成分。該梯度線圏的效果是沿著單個軸使該磁場強度以及 伴隨地使核自旋共振頻率形成小斜坡(ramp)。這些具有正交軸的梯度 線圈被用于通過在人體的每個位置產(chǎn)生特征(signature)共振頻率而"空 間編碼"該MR信號。射頻(RF)線圈被用于在該氪核的共振頻率或其 附近產(chǎn)生RF脈沖能量。該RF線圏用于以受控方式向該核自旋系統(tǒng)增加 能量。當(dāng)該核自旋弛豫(relax)回到它們的靜止能量狀態(tài)時，它們以 RF信號的形式釋放能量。該RF信號被一個或多個RF接收線圈檢測并 且使用計算機和已知的重建算法變換為圖像。
被RF接收線圏檢測到的信號的幅度通常較小。RF接收線圏可以被 連接到前置放大器，以便在進一步的信號處理之前放大該RF接收線圏 沖全測到的信號。在具有多個RF接收線圈的MRI系統(tǒng)中，可以為每個 RF接收線圏提供前置放大器。前置放大器減少了環(huán)-環(huán)耦合(loop to loop coupling)并且改善了系統(tǒng)的噪聲指數(shù)。然而，前置放大器會從其 輸出接口輻射并形成振蕩器?？梢允褂玫蛽p耗、高屏蔽的輸出電纜和連 接器來減小耦合和損耗，然而這種電纜和連接器的尺寸或成本不會是高
效的，特別是在具有多個RF接收線圏的系統(tǒng)中。因此，需要一種減少 或消除由前置放大器產(chǎn)生的振蕩的系統(tǒng)和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例， 一種用于接收由成像目標(biāo)發(fā)射的磁共振(MR) 信號的設(shè)備包括配置成檢測該MR信號的接收線圈，和耦合到該接收 線圏并且配置成放大該MR信號和將該MR信號的頻率變換為中間頻率 的變頻前置放大器(frequency translating preamplifier )。
根據(jù)另一實施例， 一種用于接收由成像目標(biāo)發(fā)射的磁共振(MR) 信號的系統(tǒng)包括至少一個被配置成檢測該MR信號的接收線圈，和耦 合到該至少一個接收線圏并且配置成放大該MR信號和將該MR信號的 頻率變換為中間頻率的至少一個變頻前置放大器，以及耦合到該至少一 個變頻前置放大器并且被配置成處理該放大的MR信號的接收器。
根據(jù)另一實施例， 一種用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中的接收線圏 的變頻前置放大器包括具有預(yù)定增益并且被配置成從該接收線圏接收 至少一個磁共振(MR)信號和生成放大的MR信號的放大器，耦合到 該放大器并且被配置成過濾至少一個預(yù)定頻率的頻率濾波器，以及耦合 到該頻率濾波器并且被配置成將該放大的MR信號的頻率變換為中間頻 率的混頻器。


根據(jù)以下詳細說明并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更容易理解，其中 圖1是根據(jù)一個實施例的示例性磁共振成像系統(tǒng)的示意性框圖； 圖2是根據(jù)一個實施例的MRI系統(tǒng)的接收路徑的簡化示意性框圖； 圖3是根據(jù) 一 個實施例的包括變頻前置放大器細節(jié)的接收路徑的簡 化示意性框圖4是根據(jù)一個替代實施例的MRI系統(tǒng)的接收路徑的簡化示意性 框圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)一個實施例的示例性磁共振成像系統(tǒng)的示意性框圖。 MRI系統(tǒng)10的操作由操作員控制臺12控制，該控制臺12包括鍵盤或
其他輸入裝置13、控制面板14和顯示器16。該控制臺12通過鏈接(link) 18與計算機系統(tǒng)20通信，并且為操作員提供接口以指定(prescribe)MRI 掃描、顯示所得到的圖像、對圖像執(zhí)行圖像處理以及存檔(archive)數(shù) 據(jù)和圖像。計算機系統(tǒng)20包括通過例如使用后面板20a提供的電連接 和/或數(shù)據(jù)連接互相通信的多個模塊。數(shù)據(jù)連接可以是直接有線鏈接 (wiredlink),或者可以是光纖連接或無線通信連接等等。該計算機系 統(tǒng)20的模塊包括圖像處理模塊22、CPU模塊24和可以包括幀緩沖器以 存儲圖像數(shù)據(jù)陣列的存儲模塊26。在一個替代實施例中，該圖像處理模 塊22可以被CPU模塊24上的圖像處理功能替代。計算機系統(tǒng)20被鏈 接到存檔介質(zhì)裝置、永久或備份存儲設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)。計算機系統(tǒng)20還 可以通過鏈接34與另外的系統(tǒng)控制計算機32通信。輸入裝置13可以 包括鼠標(biāo)、操縱桿、鍵盤、觸摸球、觸摸屏、光筆、聲控或任何類似或 等效的輸入裝置，并且可以用于交互式幾何指令(interactive geometry prescription )。
系統(tǒng)控制計算機32包括通過電連接和/或數(shù)據(jù)連接32a互相通信 的一組模塊。數(shù)據(jù)連接32a可以是直接有線鏈接，或者可以是光纖連接 或無線通信連接等等。在一個替代實施例中，該計算機系統(tǒng)20和系統(tǒng) 控制計算機32的模塊可以在相同的計算機系統(tǒng)或多個計算機系統(tǒng)上實 現(xiàn)。該系統(tǒng)控制計算機32的才莫塊包括CPU才莫塊36和通過通信鏈接40 連接到操作員控制臺12的脈沖生成模塊38。替代地，該脈沖生成模塊 38可以被集成到掃描儀設(shè)備中(例如磁體組件52)。系統(tǒng)控制計算機 32通過鏈接40從操作員接收命令以指示將要執(zhí)行的掃描序列。脈沖生 成沖莫塊38通過發(fā)送描述將要產(chǎn)生的RF脈沖和脈沖序列的時序(timing )、 強度和形狀以及數(shù)據(jù)采集窗口的時序和長度的指令、命令和/或請求 (例如射頻(RF)波形)，操作該系統(tǒng)部件發(fā)出(play out)(即執(zhí)行) 預(yù)期的脈沖序列。該脈沖生成模塊38連接到梯度放大器系統(tǒng)42,并且 產(chǎn)生被稱為梯度波形的數(shù)據(jù)以用于控制將要在掃描期間使用的梯度脈 沖的時序和形狀。該脈沖生成^t塊38還可以從生理采集控制器44接收 病人數(shù)據(jù)，該生理采集控制器44從連接到病人的多個不同傳感器接收 信號，例如來自附著到病人身上的電極的ECG信號。該脈沖生成^^莫塊 38連接到掃描房間接口電路46,該掃描房間接口電路46從與病人和磁 體系統(tǒng)條件(condition)相關(guān)聯(lián)的各個傳感器接收信號。病人定位系統(tǒng)
48還可以通過該掃描房間接口電路46接收命令以將病人放置臺移動到 預(yù)期的位置以進行掃描。
由脈沖生成模塊38產(chǎn)生的梯度波形被施加到包括Gx、Gy和Gz放大 器的梯度放大器系統(tǒng)42。每個梯度放大器激發(fā)通常標(biāo)記為50的梯度線 圏組件中的對應(yīng)的物理梯度線圏，以產(chǎn)生用于空間編碼所采集的信號的 磁場梯度脈沖。梯度線圈組件50形成磁體組件52的一部分，該磁體組 件52包括極化磁體54，并且可以包括整體RF線圈56，表面或平行成 <象線圈76或者兩者都有。該RF線圈組件的線圏56、 76可以:故配置成 用于發(fā)送和接收或者僅用于發(fā)送或僅用于接收。病人或成像目標(biāo)70可 以:故定位在磁體組件52的圓柱形病人成像空間(imaging volume ) 72。 系統(tǒng)控制計算機32中的收發(fā)模塊(transceiver module) 58產(chǎn)生脈沖， 該脈沖被RF放大器60放大并且通過發(fā)送/接收開關(guān)62耦合到RF線圈 56、 76。所得到的病人的受激核發(fā)送的信號可以通過同一RF線圏56感 測(sense),并且通過發(fā)送/接收開關(guān)62耦合到前置放大器64。替代 地，可以通過另外的接收線圈例如平行線圏或表面線圈76感測由該受 激核發(fā)射的信號。該放大的MR信號在收發(fā)器58的接收部分被解調(diào)、 濾波以及數(shù)字化。發(fā)送/接收開關(guān)62被來自脈沖生成模塊3 8的信號控 制以在發(fā)射模式期間將RF放大器60電連接到RF線圈56,并在接收模 式期間將前置放大器64電連接到RF線圏56。該發(fā)送/接收開關(guān)62還 可以使得在發(fā)射或接收模式期間能夠使用另外的RF線圈(例如平行或 表面線圏76)。
由RF線圏56感測的MR信號被收發(fā)才莫塊58數(shù)字化并且傳送到系 統(tǒng)控制計算機32中的存儲模塊66。典型地，對應(yīng)于MR信號的數(shù)據(jù)幀 被臨時存儲在存儲模塊66中直到它們后來被變換以生成圖像。陣列處 理器68使用一種已知的變換方法，通常為傅里葉變換，根據(jù)該MR信 號生成圖像。這些圖像通過鏈接34傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)20并在計算機系 統(tǒng)20被存儲到存儲器中。響應(yīng)于從操作員控制臺12接收的命令，該圖 像數(shù)據(jù)被存檔在長期(long - term )存儲器中，或者被圖像處理器22進 一步處理并傳送到操作員控制臺12并在顯示器16上顯示。
圖2是根據(jù)一個實施例的用于MRI系統(tǒng)的接收路徑的簡化示意性 框圖。接收路徑200與上述圖1的MRI系統(tǒng)或任何類似或等效的用于獲 得MR圖像的系統(tǒng)兼容。接收路徑200包括RF接收線圏202、變頻前
置放大器204和收發(fā)器206。為了清楚起見，在圖2中省略了其他各個 部件例如發(fā)送/接收開關(guān)等。RF接收線圈202可以是例如整體RF線圏、 表面線圈、頭線圈、線圏陣列中的線圈等等，并且被配置成檢測響應(yīng)于 施加到成像目標(biāo)上的RF脈沖和磁場而從成像目標(biāo)發(fā)射的信號。RF接收 線圈202被耦合到變頻前置放大器204并且與其進行信號傳輸。接收線 圏202檢測到的信號被提供到變頻前置放大器204，變頻前置放大器204 被配置成放大該信號并將該放大信號的頻率變換為中間頻率，這將在下 面參照圖3更詳細說明。該中間頻率是與所采集信號的頻率不同的頻率。 因此，該變頻前置》文大器204的^T出將不會以該MR頻率輻射，并且不 會產(chǎn)生振蕩。
在一個實施例中，該中間頻率是比所采集的MR信號頻率更低的頻 率。在另一實施例中，該中間頻率是比所采集的MR信號頻率更高的頻 率。變頻前置放大器204通過接口或連接器205耦合到收發(fā)器206并與 之進行信號傳輸。該放大的信號被從變頻前置放大器204發(fā)送到例如收 發(fā)器206的接收部分以進行進一步處理(例如解調(diào)、濾波、數(shù)字化、進 一步放大等等)。在該中間頻率低于所采集的MR信號頻率的實施例中， 接口或連接器205是低頻兼容接口或連接器，包括但不限于雙扭線電纜 (twisted pair cable )。在該中間頻率高于所采集的MR信號頻率的實施 例中，接口或連接器205是高頻兼容接口或連接器，包括但不限于同軸 電纜。
如上所述，變頻前置放大器204被用于放大接收線圈202所接收的 信號并將該放大信號的頻率變換為中間頻率。圖3是根據(jù)一個實施例的 包括變頻前置放大器細節(jié)的接收路徑的簡化示意性框圖。除了其他部 件，接收路徑300包括RF接收線圏部件302、變頻前置放大器304、接 口或連接器316和收發(fā)器306。為了清楚起見，圖3中省略了其他各個 部件例如發(fā)送/接收開關(guān)。如上參照圖2所述，RF接收線圏302例如 可以是整體RF線圈、表面線圏、頭線圈、線圏陣列中的線圏等等。變 頻前置放大器304包括放大器308、頻率濾波器310和混頻器(mixer)312。 具有預(yù)定頻率的本地振蕩器(local oscillator ,LO )信號314被提供到混 頻器310。
接收線圏部件302所采集或感測的信號被發(fā)送到變頻前置放大器 304。該信號^皮;改大器308 4吏用預(yù)定的增益^:大。在一個實施例中，放
大器308是低噪聲、高增益放大器。然后該放大的信號被提供到頻率濾 波器310,以濾掉不需要頻率上的信號和允許預(yù)定(一個或多個)頻率 或頻帶上的信號通過。然后使用混頻器312基于通用本地振蕩器信號 314的頻率，將該放大的MR信號的頻率變換為中間頻率(IF)。該中 間頻率是與該采集的信號頻率不同的頻率。因此，該變頻前置放大器304 的輸出將不會在該MR頻率上輻射并且不會發(fā)生振蕩。在一個實施例中， 該中間頻率是4氐于該MR信號頻率的頻率。在這一實施例中，如圖3所 示，混頻器312 (以及變頻前置放大器304)的輸出通過低頻兼容接口 或連接器316提供到收發(fā)器306,該接口或連接器316包括但不限于雙 扭線電纜。低頻兼容接口可以是較低復(fù)雜性和較廉價的接口。該變頻前 置放大器304的配置可以允許使用不限制位置的高增益放大器(或前置 放大器)，從而能夠獲得更高的信噪比(SNR)。如上參照圖2所述， 在一個替代實施例中，該中間頻率是高于該MR信號頻率的頻率，接口 或連接器205 (圖2所示)是高頻兼容接口。
在一個替代實施例中，接收路徑300可以包括多個或者陣列的RF 接收線圈。圖4是根據(jù)一個替代實施例的用于MRI系統(tǒng)的接收路徑的簡 化示意性框圖。接收路徑400與上述圖1的MRI系統(tǒng)或任何相似或等效 的用于獲得MR圖像的系統(tǒng)兼容。接收路徑400包括RF接收線圈陣列 402,其中每個線圏部件單獨檢測MR信號。RF接收線圏陣列可以包括 但不限于，整體陣列以及分體(partial body)陣列例如頭線圈陣列、心 臟(cardiac)線圏陣列和脊柱(spine)線圏陣列。線圈部件陣列402被 用于采集成像目標(biāo)中的視場(field-of-view,FOV)的MR數(shù)據(jù)，包括四 個單獨的線圈部件410、 411、 412和413。來自每個線圈部件410、 411、 412和413的MR信號^皮分別發(fā)送到對應(yīng)的變頻前置放大器420、 421、 422和423。變頻前置放大器420、 421、 422和423每個^皮配置成放大 對應(yīng)的接收線圈410、 411、 412和413接收的信號以及將該放大的信號 的頻率變換為中間頻率。該放大的MR信號被分別發(fā)送到接收器440的 對應(yīng)接收通道(或數(shù)據(jù)采集通道)430、 431、 432和433以進行進一步 處理(例如解調(diào)、濾波、數(shù)字化、進一步放大等等)。該接收器440和 接收通道430、 431、 432和433例如可以是收發(fā)器的部件。
本說明書使用示例公開了本發(fā)明，包括最佳模式，并且使得本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠作出和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限
如果具有與權(quán)利要求的字面語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)部件，或者如果包括與
權(quán)利要求的字面語言沒有實質(zhì)區(qū)別的等效結(jié)構(gòu)部件，那么它們將在權(quán)利 要求的范圍內(nèi)。任何過程或方法步驟的順序和序列都可以根據(jù)替代的實 施例而變化或重新排序。
可以對本發(fā)明作出許多其他改變和修改而不脫離本發(fā)明的精神。根 據(jù)所附的權(quán)利要求將會清楚這些和其他改變的范圍。
部件列表
圖1:10MRI系統(tǒng)
12操作員控制臺
13輸入裝置
14控制面板
16顯示器
18鏈接
20計算機系統(tǒng)
20a:后面4反22圖像處理模塊
24CPU模塊
26存儲模塊
32系統(tǒng)控制計算機
32a:數(shù)據(jù)連接34.鏈接
36:CPU模塊
38:脈沖生成模塊
40:通信鏈接
42:梯度放大器系統(tǒng)
44:生理采集控制器
46:掃描房間接口電路
48:病人定^f立系統(tǒng)
50:梯度線圏組件
52:磁體組件
54:磁體
56: RF線圏
58:收發(fā)模塊
60: RF放大器
62:發(fā)送/接收開關(guān)
64:前置放大器
66:存儲模塊
68:陣列處理器
70:病人或成像目標(biāo)
72:圓柱形病人成像空間
76:表面或平行成像線圏
圖2:
200: 4妻收路徑 202: RF接收線圏 204:變頻前置放大器 205:接口或連接器 206:收發(fā)器
圖3:
300:接收路徑
302: RF接收線圏部件
304:變頻前置放大器
306:收發(fā)器
308:》t大器
310:頻率濾波器
312:混頻器
314:本地振蕩器信號
316:連接器接口 圖4:
400: 4妄收i 各徑 402: RF接收線圈陣列 410:線圏部件 411:線圈部件 412:線圏部件 413:線圏部件 420:變頻前置放大器 421:變頻前置放大器 422:變頻前置放大器 423:變頻前置放大器 430:接收通道 431: 4妾收通道 432:接收通道 433:接收通道 440:接收器
權(quán)利要求
1. 一種用于接收由成像目標(biāo)發(fā)射的磁共振(MR)信號的設(shè)備，該設(shè)備包括:配置成檢測該MR信號的接收線圈(202，302)；和耦合到該接收線圈(202，302)并且配置成放大該MR信號和將該MR信號的頻率變換為中間頻率的變頻前置放大器(204，304)。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中該中間頻率與該MR信號的頻率 不同。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該變頻前置放大器(304 )包括 具有預(yù)定增益的放大器(308 );耦合到該放大器(308 )并被配置成過濾至少一個預(yù)定頻率的頻率 濾波器(310);和耦合到該頻率濾波器(310)并被配置成將該MR信號的頻率變換為 該中間頻率的混頻器(312)。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該混頻器(312)被配置成基于 本地振蕩器信號(314)頻率將該MR信號的頻率變換為該中間頻率。
5. —種用于接收由成像目標(biāo)發(fā)射的磁共振(MR)信號的系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包4舌至少一個被配置成檢測該MR信號的接收線圏(202， 302 );耦合到該至少一個接收線圈(202， 302 )并且配置成放大該MR信 號和將該MR信號的頻率變換為中間頻率的至少一個變頻前置放大器 (204, 304 ),和耦合到該至少一個變頻前置放大器并且被配置成處理該放大的MR 信號的接收器(206, 306 )。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該至少一個接收線圈(202, 302 ) 被包含在接收線圈的陣列(402 )中。
7. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括將該接收器(206， 306 )耦 合到該至少一個變頻前置放大器(204, 304 )的連接器(205, 316 )。
8. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該至少一個變頻前置放大器(304 ) 包括具有預(yù)定增益的放大器(308 ); 耦合到該放大器(308 )并被配置成過濾至少一個預(yù)定頻率的頻率 濾波器(310);和耦合到該頻率濾波器(310)并被配置成將該MR信號的頻率變換為 該中間頻率的混頻器(312)。
9. 一種用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中的接收線圈(302 )的變頻 前置放大器(304 )，該變頻前置放大器(304 )包括具有預(yù)定增益并且被配置成從該接收線圈(302 )接收至少一個磁 共振(MR)信號和生成放大的MR信號的放大器(308 );耦合到該放大器(308 )并且被配置成過濾至少一個預(yù)定頻率的頻 率濾波器(310);以及耦合到該頻率濾波器(310)并且被配置成將該放大的MR信號的頻 率變換為中間頻率的混頻器(312)。
10. 如權(quán)利要求9所述的變頻前置放大器，其中該混頻器(312) 被配置成基于本地振蕩器信號(314)頻率而將該放大的MR信號的頻率 變換為該中間頻率。
全文摘要
一種用于從成像目標(biāo)接收磁共振(MR)信號的系統(tǒng)和設(shè)備，包括被配置成檢測該MR信號的接收線圈(302)，和耦合到該接收線圈(302)的變頻前置放大器(304)。該變頻前置放大器(304)被配置成放大該MR信號和將該MR信號的頻率變換為中間頻率。該變頻前置放大器(304)包括具有預(yù)定增益的放大器(308)，被配置成濾掉至少一個預(yù)定頻率的頻率濾波器(310)，和被配置成將該MR信號的頻率變換為該中間頻率的混頻器(312)。
文檔編號G01R33/36GK101382587SQ20081021281
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者D·楚, R·S·斯托爾蒙特 申請人:通用電氣公司