專利名稱：射頻發(fā)射電路、復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器和磁共振成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RF(射頻)發(fā)射電路、復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器和MRI(磁共振成像)設(shè)備，具體地說，涉及這樣的RF發(fā)射電路、復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器和MRI設(shè)備，它們基于電路數(shù)字化、使得信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。
所述RF發(fā)射電路10J由數(shù)字電路部分和模擬電路部分組成。
數(shù)字電路部分包括系統(tǒng)接 20J，它從控制掃描的高層(high-ranking)電路接收控制數(shù)據(jù)；數(shù)字合成器30J，它在系統(tǒng)接口20J的控制下產(chǎn)生基準(zhǔn)載波頻率信號數(shù)據(jù)；和RF包絡(luò)線寄存器71，它保存由系統(tǒng)接口20J輸出的RF包絡(luò)線數(shù)據(jù)。
模擬電路部分包括D/A轉(zhuǎn)換器51，它把基準(zhǔn)載波頻率信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬基準(zhǔn)載波頻率信號a0；帶通濾波器52，它消除在模擬基準(zhǔn)載波頻率信號a0中出現(xiàn)的混疊諧波、并輸出結(jié)果基準(zhǔn)載波頻率信號a1；振蕩電路53；頻率倍減電路54，它產(chǎn)生混頻信號，用以把載波頻率上變頻成預(yù)期的靜態(tài)磁場強(qiáng)度下所需的諧振頻率；帶通濾波器55，它消除混頻信號中的寄生頻率分量，以產(chǎn)生混頻信號a2；載波混頻器56，它將基準(zhǔn)載波頻率信號a1和混頻信號a2組合并輸出結(jié)果基準(zhǔn)載波頻率信號a3；帶通濾波器57，它從載波頻率信號a3中消除寄生頻率分量，以產(chǎn)生載波頻率信號a4；D/A轉(zhuǎn)換器72，它把RF包絡(luò)線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬包絡(luò)線信號e1；帶通濾波器73，它消除在模擬RF包絡(luò)線信號e1中出現(xiàn)的混疊諧波，并輸出RF包絡(luò)線信號e2；RF包絡(luò)線混頻器58，它將載波頻率信號a4和RF包絡(luò)線信號e2組合，并輸出結(jié)果模擬脈沖信號a5；帶通濾波器81J，它從模擬RF脈沖信號a5中消除寄生頻率分量，并輸出結(jié)果RF脈沖信號；可編程增益放大器82J；以及發(fā)送/接收選擇開關(guān)83J。
上述傳統(tǒng)的RF發(fā)射電路10J的大部分過程、尤其是混頻過程和相關(guān)的帶通濾波過程是由模擬電路部分完成的。
但是，模擬零件不可避免地具有特性的不一致性，不能預(yù)知地產(chǎn)生信號質(zhì)量的不穩(wěn)定性。選擇特性不一致少的模擬零件的必要性又不能預(yù)知地造成成本上升。
在第一方面，本發(fā)明歸于一種RF發(fā)射電路，其特征在于包括系統(tǒng)接口，它從外界接收控制數(shù)據(jù)；復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，它根據(jù)來自系統(tǒng)接口的命令輸出基準(zhǔn)載波頻率信號；RF包絡(luò)線混頻器，它將基準(zhǔn)載波頻率信號和RF包絡(luò)線波形信號組合、并輸出復(fù)數(shù)形式的結(jié)果基準(zhǔn)脈沖信號；數(shù)字上變頻器，它把基準(zhǔn)RF脈沖信號的載波頻率上變頻成預(yù)期的靜態(tài)磁場強(qiáng)度下所需的諧振頻率，并把結(jié)果信號轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖信號；以及模擬激勵(lì)電路，它濾除出現(xiàn)在所述模擬RF脈沖信號中的混疊諧波并調(diào)整所述結(jié)果信號的振幅。
第一方面的RF發(fā)射電路，其中，在數(shù)字域中組合基準(zhǔn)載波頻率信號和RF包絡(luò)線波形信號，不需要模擬混頻電路，因而信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。另外，基準(zhǔn)載波頻率信號是在數(shù)字域直接產(chǎn)生并上變頻的，不需要模擬頻率轉(zhuǎn)換電路和模擬帶通濾波電路，因此信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高、而成本得以降低。
在第二方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于包括數(shù)字衰減器，后者根據(jù)系統(tǒng)接口的命令調(diào)整RF包絡(luò)線波形信號的振幅。
第二方面的RF發(fā)射電路可以在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)RF脈沖振幅的準(zhǔn)確微調(diào)。
在第三方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于包括諧振頻率調(diào)整控制器，后者根據(jù)系統(tǒng)接口的命令改變準(zhǔn)備由數(shù)字上變頻器上變頻的諧振頻率。
第三方面的RF發(fā)射電路可以在利用相同的硬件電路的同時(shí)在軟件的基礎(chǔ)上通過改變諧振頻率來處理不同的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，因此它降低了成本。
在第四方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于具有40MHz或更高的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。
第四方面的RF發(fā)射電路可以恰當(dāng)?shù)靥幚砀哌_(dá)15MHz(該頻率是奈奎斯特頻率的80％)的信號。
在第五方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于所述復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器具有40MHz或更高的工作時(shí)鐘頻率。
第五方面的RF發(fā)射電路可以處理高達(dá)15MHz(該頻率是奈奎斯特頻率的80％)的基準(zhǔn)載波頻率。
在第六方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器具有40MHz或更高的工作時(shí)鐘頻率。
第六方面的RF發(fā)射電路可以處理高達(dá)15MHz(該頻率是奈奎斯特頻率的80％)的諧振頻率(高達(dá)0.35T(特斯拉)的靜態(tài)磁場強(qiáng)度)。
在第七方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器具有160MHz或更高的工作時(shí)鐘頻率。
第七方面的RF發(fā)射電路可以處理高達(dá)64MHz(該頻率是奈奎斯特頻率的80％)的諧振頻率(高達(dá)1.5T(特斯拉)的靜態(tài)磁場強(qiáng)度)。
在第八方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于系統(tǒng)接口向復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器提供以下數(shù)據(jù)確定所述基準(zhǔn)載波頻率信號中心頻率的數(shù)據(jù)；使實(shí)際基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)；以及確定所述基準(zhǔn)載波頻率相對于RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)。
第八方面的RF發(fā)射電路可以規(guī)定所述基準(zhǔn)載波頻率的中心頻率、所述頻率偏移量和所述初相位。
在第九方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器包括中心頻率累加器，用以對確定基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；偏移頻率累加器，用以對使實(shí)際基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；初相位寄存器，用以保存確定基準(zhǔn)載波頻率相對于RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)；加法器，用于將上述數(shù)據(jù)相加；余弦查詢表，它具有余弦波形數(shù)據(jù)的記錄，并通過根據(jù)從所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出余弦波形數(shù)據(jù)、并將其以同相分量數(shù)據(jù)的形式輸出；以及正弦查詢表，它具有正弦波形數(shù)據(jù)記錄，并通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出正弦波形數(shù)據(jù)、并將其以正交分量數(shù)據(jù)的形式輸出。
第九方面的RF發(fā)射電路可以產(chǎn)生基準(zhǔn)載波頻率信號，同時(shí)，直接以復(fù)數(shù)形式規(guī)定其中心頻率、偏移頻率和初相位。
在第十方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器包括復(fù)數(shù)插值濾波器，對同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)實(shí)行插值處理和濾波處理、并輸出具有提高了的數(shù)據(jù)采樣速率的結(jié)果同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)；復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，它產(chǎn)生混頻信號的同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)；上變頻混頻器，它將數(shù)據(jù)采樣速率提高了的同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)與混頻信號組合，以此產(chǎn)生并輸出載波頻率提高了的同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)；加法器，它將載波頻率提高了的同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)組合，并輸出結(jié)果數(shù)字RF脈沖信號；以及D/A轉(zhuǎn)換器，它把數(shù)字RF脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖信號。
第十方面的RF發(fā)射電路可以以數(shù)字形式把載波頻率直接轉(zhuǎn)換成期望的諧振頻率并輸出模擬RF脈沖信號。
在第十一方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于數(shù)字上變頻器包括PLL合成器，它從系統(tǒng)時(shí)鐘信號為數(shù)字上變頻器產(chǎn)生其頻率高于系統(tǒng)時(shí)鐘信號頻率的工作時(shí)鐘信號。
其中數(shù)字上變頻器的工作時(shí)鐘頻率可以通過PLL合成器改變的第十一方面的RF發(fā)射電路，可以處理不同的諧振頻率(不同的靜態(tài)磁場強(qiáng)度)。
在第十二方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的RF發(fā)射電路，其特征在于激勵(lì)(Rousing)電路包括低通濾波器，它從模擬RF脈沖信號消除混疊諧波；可編程增益放大器，它調(diào)整模擬RF脈沖信號的振幅；以及發(fā)送/接收選擇開關(guān)。
第十二方面的RF發(fā)射電路可以恰當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生其載波頻率等于預(yù)期的靜態(tài)磁場強(qiáng)度下所需的諧振頻率的模擬RF脈沖信號。
在第十三方面，本發(fā)明歸于一種MRI設(shè)備，其特征在于包括上述配置的RF發(fā)射電路。
第十三方面的MRI設(shè)備可以促進(jìn)電路的數(shù)字化，并使信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。
在第十四方面，本發(fā)明歸于一種復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，其特征在于包括中心頻率累加器，用以對確定基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；偏移頻率累加器，用以對使實(shí)際的基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；初相位寄存器，用以保存確定基準(zhǔn)載波頻率相對于RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)；加法器，用于將上述各數(shù)據(jù)相加；余弦查詢表，它具有余弦波形數(shù)據(jù)的記錄，通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出余弦波形數(shù)據(jù)，并將其以同相分量數(shù)據(jù)的形式輸出；以及正弦查詢表，它具有正弦波形數(shù)據(jù)，通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出正弦波形數(shù)據(jù)，并將其以正交分量數(shù)據(jù)的形式輸出。
第十四方面的復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器可以產(chǎn)生基準(zhǔn)載波頻率信號，同時(shí)，直接以復(fù)數(shù)形式規(guī)定其中心頻率、偏移頻率和初相位。
在第十五方面，本發(fā)明歸于一種具有上述配置的復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，其特征在于具有40MHz或更高的工作時(shí)鐘頻率。
第十五方面的復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器可以產(chǎn)生高達(dá)15MHz(該頻率是奈奎斯特頻率的80％)的基準(zhǔn)載波頻率。
在第十六方面，本發(fā)明歸于一種MRI設(shè)備，其特征在于包括上述配置的復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器。
第十六方面的MRI設(shè)備可以促進(jìn)電路數(shù)字化，使信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。
按照本發(fā)明的RF發(fā)射電路、復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器和MRI設(shè)備，在數(shù)字域中組合載波和RF包絡(luò)線，不需要模擬混頻電路，從而使信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。在數(shù)字域中產(chǎn)生所述載波并對其進(jìn)行上變頻，不需要模擬上變頻電路和模擬帶通濾波電路，從而使信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。
正如附圖所舉例說明的，從對本發(fā)明推薦的實(shí)施例的以下描述中本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會顯現(xiàn)出來。
圖5是表示模擬激勵(lì)電路的實(shí)例的方框圖；圖6是作為實(shí)例表示基準(zhǔn)載波頻率信號的功率譜的示意圖；圖7是作為實(shí)例表示RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)的波形的示意圖；圖8是作為實(shí)例表示基準(zhǔn)RF脈沖信號數(shù)據(jù)的波形的示意圖；圖9是作為實(shí)例表示基準(zhǔn)RF脈沖信號數(shù)據(jù)的功率譜的示意圖；

圖10是作為實(shí)例表示采樣速率提高后的基準(zhǔn)RF脈沖信號數(shù)據(jù)的功率譜的示意圖；圖11是作為實(shí)例表示混頻信號的功率譜的示意圖；圖12是作為實(shí)例表示將采樣速率提高后的基準(zhǔn)RF脈沖信號數(shù)據(jù)與混頻信號組合而產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)的功率譜的示意圖；圖13是作為實(shí)例表示模擬RF脈沖信號的功率譜的示意圖；圖14是作為實(shí)例表示消除寄生諧波后的模擬RF脈沖信號的功率譜的示意圖；以及圖15是表示傳統(tǒng)RF發(fā)射電路的實(shí)例的方框圖。
圖1是表示基于本發(fā)明實(shí)施例的MRI設(shè)備100的方框圖。
在MRI設(shè)備100中，磁體組件1具有檢查對象置于其中的空間部分(Room Section)(孔)。設(shè)置在所述空間部分周圍的是永久磁鐵1p，它對所述對象施加恒定的靜態(tài)磁場；梯度磁場線圈1g，用來產(chǎn)生x軸、y軸和z軸(由x軸、y軸和z軸組合形成切片梯度軸、讀梯度軸、相位編碼梯度軸)梯度磁場；發(fā)射線圈1t，它產(chǎn)生RF脈沖，用以誘導(dǎo)產(chǎn)生對象中原子核的自旋；以及接收線圈1r，它檢測來自對象的核磁共振(NMR)信號。梯度磁場線圈1g、發(fā)射線圈1t和接收線圈1r分別連接到梯度磁場驅(qū)動電路3、RF功率放大器4和前置放大器5。
永久磁鐵1p可用靜態(tài)磁場電源和靜態(tài)磁場線圈代替。
按照來自計(jì)算機(jī)7的命令并基于所存儲的脈沖序列工作的順序存儲電路8對梯度磁場驅(qū)動電路3起作用、以便磁體組件1的梯度磁場線圈1g產(chǎn)生梯度磁場，對RF發(fā)射電路10起作用、以便產(chǎn)生RF脈沖信號、把該脈沖信號輸入到RF功率放大器4并把放大后的RF脈沖信號加到磁體組件1的發(fā)射線圈1t上、以激勵(lì)預(yù)期的圖像平面。
下面將詳細(xì)地解釋RF發(fā)射電路10。
前置放大器5放大由磁體組件1接收線圈1t接收的來自對象的NMR信號，并將放大后的信號輸入到D/A轉(zhuǎn)換器11。D/A轉(zhuǎn)換器11把NMR信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并將其輸入到相位檢測器12。相位檢測器12通過數(shù)字信號處理對 MR信號實(shí)現(xiàn)相位檢測，并將結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)7。
計(jì)算機(jī)7接收從操作臺13輸入的信息。計(jì)算機(jī)7還從相位檢測器12讀出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行圖像重構(gòu)計(jì)算，以產(chǎn)生MR圖像。計(jì)算機(jī)7還執(zhí)行一般的控制。
顯示裝置13顯示MR圖像。
圖2是表示RF發(fā)射電路10的配置的方框圖。
RE發(fā)射電路10包括系統(tǒng)接口20、復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30、數(shù)字衰減器40、RF包絡(luò)線混頻器41和42、諧振頻率調(diào)整控制器43、數(shù)字上變頻器60和模擬激勵(lì)電路80。
RF發(fā)射電路10接收例如40MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘信號。
系統(tǒng)接口20包括數(shù)字解碼器/數(shù)字路由器邏輯電路，并且它從順序存儲器電路8接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)控制復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30等。
由順序存儲器電路8提供的數(shù)據(jù)包括載波頻率分量數(shù)據(jù)、偏移頻率分量數(shù)據(jù)、初相位信息、準(zhǔn)備發(fā)送的RF包絡(luò)線波形信息、用于RF包絡(luò)線波形微調(diào)計(jì)算的微調(diào)因數(shù)信息和用于控制模擬激勵(lì)電路80的控制命令信息。這些數(shù)據(jù)按照單獨(dú)規(guī)定的一定的時(shí)間間隔更新。
復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30根據(jù)由系統(tǒng)接口20輸入的中心頻率、偏移頻率和初相位工作，以便輸出基準(zhǔn)載波頻率信號的同相分量數(shù)據(jù)I1和正交分量數(shù)據(jù)Q1。同相分量數(shù)據(jù)I1和正交分量數(shù)據(jù)Q1分別相當(dāng)于復(fù)數(shù)形式的余弦信號分量和正弦信號分量。
例如，對于0.2T，0.35T，0.5T和1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，要產(chǎn)生的基準(zhǔn)載波頻率分別為6.04MHz，7.35MHz，3.79MHz或6.36MHz。
為了把數(shù)字式合成器的混疊效應(yīng)引起的SFDR(無寄生動態(tài)范圍)的下降減到最小，要產(chǎn)生的基準(zhǔn)載波頻率設(shè)置為奈奎斯特頻率的80％左右。
例如，當(dāng)40MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率完整地用于工作時(shí)鐘頻率(在這種情況下對于40MHz工作時(shí)鐘頻率Fs1，奈奎斯特頻率是20MHz)時(shí)，要產(chǎn)生的基準(zhǔn)載波頻率設(shè)置為15MHz或更低。
另一方面，例如，當(dāng)對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，要產(chǎn)生的基準(zhǔn)載波頻率分別為6.04MHz，7.35MHz，3.79MHz或6.36MHz時(shí)，例如，對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，工作時(shí)鐘頻率分別設(shè)置為15.1MHz，18.375MHz，9.745MHz或15.9MHz。
數(shù)字衰減器40是一種數(shù)字乘法器，它把RF包絡(luò)線波形數(shù)據(jù)和通過系統(tǒng)接口20輸入的微調(diào)因數(shù)數(shù)據(jù)相乘，并輸出振幅調(diào)整過的RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)En。當(dāng)微調(diào)因數(shù)為可能的最大值時(shí)，這樣調(diào)整振幅調(diào)整后的RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)En、使得它等于輸入的RF包絡(luò)線波形數(shù)據(jù)(亦即，0dB增益)。
RF包絡(luò)線混頻器41是一種數(shù)字乘法器，它把基準(zhǔn)載波頻率信號的同相分量數(shù)據(jù)I1與振幅調(diào)整后的RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)En組合，并輸出基準(zhǔn)RF脈沖信號的同相分量數(shù)據(jù)I2。
RF包絡(luò)線混頻器42是一種數(shù)字乘法器，它把基準(zhǔn)載波頻率信號的正交分量數(shù)據(jù)Q1與振幅調(diào)整過的RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)En組合，并輸出基準(zhǔn)RF脈沖信號的正交分量數(shù)據(jù)Q2。
數(shù)字上變頻器60基于插值處理和濾波處理實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)RF脈沖信號I2和Q2的采樣速率提升(up-sampling)和基準(zhǔn)載波頻率向預(yù)期的靜態(tài)磁場強(qiáng)度下所需的諧振頻率的上變頻，并把結(jié)果信號轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖信號A1。
例如，對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，基準(zhǔn)頻率分別是8.54MHz，14.85MHz，21.29MHz或63.86MHz。
上變頻的對象是RF脈沖信號的載波頻率，而不是RF包絡(luò)線的波形。RF包絡(luò)線波形與載波頻率相比具有低得多的頻率，它是為載波頻率信號的振幅信息而保留的。
為使數(shù)字上變頻器60達(dá)到令人滿意的SFDR，諧振頻率約設(shè)置為D/A轉(zhuǎn)換的采樣速率的奈奎斯特頻率的80％或更低。
例如，當(dāng)40MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率乘4用作工作時(shí)鐘頻率(在這種情況下對于160MHz的工作時(shí)鐘頻率Fs2，奈奎斯特頻率是80MHz)時(shí)，諧振頻率設(shè)置為64MHz。
另一方面，當(dāng)對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度諧振頻率分別為8.54MHz，14.85MHz，21.29MHz或63.86MHz時(shí)，例如，對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度工作時(shí)鐘頻率分別設(shè)置為21.35MHz，37.125MHz，53.225MHz或159.7MHz。
諧振頻率調(diào)整控制器43是一種微處理器，它將數(shù)字上變頻器60初始化并改變要上變頻的諧振頻率。
模擬激勵(lì)電路80濾除在模擬RF脈沖信號A1中出現(xiàn)的混疊諧波，并調(diào)整結(jié)果信號的振幅。
圖3是表示復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30配置實(shí)例的方框圖。
復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30包括中心頻率累加器31，用以對確定基準(zhǔn)載波頻率信號中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；偏移頻率累加器32，用以對使實(shí)際基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；初相位寄存器33，用以保存確定基準(zhǔn)載波頻率信號相對于RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)；加法器34，它把上述數(shù)據(jù)相加；余弦查詢表35，它具有余弦波形數(shù)據(jù)的記錄，通過根據(jù)加法器34累加求和所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋址而讀出余弦波形數(shù)據(jù)；和正弦查詢表36，它具有正弦波形數(shù)據(jù)的記錄，通過根據(jù)加法器34累加求和所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行尋址而讀出正弦波形數(shù)據(jù)。
圖4是表示數(shù)字上變頻器60配置的實(shí)例的方框圖。
數(shù)字上變頻器60包括復(fù)數(shù)插值濾波器61，它對同相分量數(shù)據(jù)I1和正交分量數(shù)據(jù)Q1執(zhí)行插值處理和濾波處理、并輸出其數(shù)據(jù)采樣速率提高到例如160MHz的結(jié)果同相分量數(shù)據(jù)I2和正交分量數(shù)據(jù)Q2；PLL(鎖相環(huán))62，它從40MHz系統(tǒng)時(shí)鐘信號產(chǎn)生160MHz的工作時(shí)鐘信號Fs2；復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器63，它產(chǎn)生混頻信號的同相分量數(shù)據(jù)I3和正交分量數(shù)據(jù)Q3；上變頻混頻器64和65，它們把同相分量數(shù)據(jù)I2和正交分量數(shù)據(jù)Q2與混頻信號分量I3和Q3組合，從而產(chǎn)生和輸出載波頻率提升了的同相分量數(shù)據(jù)I4和正交分量數(shù)據(jù)Q4；加法器66，它把同相分量數(shù)據(jù)I4和正交分量數(shù)據(jù)Q4組合并輸出結(jié)果數(shù)字RF脈沖信號D1；以及D/A轉(zhuǎn)換器67，它把所述數(shù)字RF脈沖信號D1轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖信號A1。
例如，對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，混頻信號頻率分別為2.50MHz，7.5MHz，17.5MHz或57.5MHz。因而，例如，對于0.2T，0.35T，0.5T或1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，上變頻后的載波頻率分別變?yōu)?.54MHz，14.85MHz，21.29MHz或63.86MHz，它們與諧振頻率相等。
作為另一方案，例如，數(shù)字上變頻器60也可以利用諸如AD9856等LSI(大規(guī)模集成電路)模塊配置。
圖5是表示模擬激勵(lì)電路80的實(shí)例的方框圖。
模擬激勵(lì)電路80包括低通濾波器81，它消除在模擬RF脈沖信號A1中出現(xiàn)的混疊諧波并輸出結(jié)果模擬RF脈沖信號A2；可編程增益放大器82，它調(diào)整模擬RF脈沖信號A2的振幅；以及發(fā)送/接收選擇開關(guān)83。
圖6是表示由復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30輸出的同相分量數(shù)據(jù)I1和正交分量數(shù)據(jù)Q1的功率譜的概念圖。
圖6中所示的是基準(zhǔn)載波頻率為3.79MHz而工作時(shí)鐘(Fs1)頻率為40MHz的情況。
圖7是表示由數(shù)字衰減器40輸出的RF包絡(luò)線信號En波形的實(shí)例的概念圖。
圖7中所示的是SINC波形的情況。
圖8是表示由RF混頻器41和42輸出的同相分量數(shù)據(jù)I2和正交分量數(shù)據(jù)Q2的波形的概念圖。
圖9是表示基準(zhǔn)RF脈沖信號的同相分量數(shù)據(jù)I2和正交分量數(shù)據(jù)Q2的功率譜的概念圖。
中心處在基準(zhǔn)載波頻率上的頻譜按照RF包絡(luò)線信號En的頻率寬度擴(kuò)展。
圖10是表示例如借助復(fù)數(shù)插值濾波器61把采樣速率提高到160MHz的同相分量數(shù)據(jù)I2’和正交分量數(shù)據(jù)Q2’的功率譜的概念圖。
圖11是表示由復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器63產(chǎn)生的混頻信號的同相分量數(shù)據(jù)I3和正交分量數(shù)據(jù)Q3的功率譜的概念圖。
圖11中所示的是混頻信號頻率為17.5MHz的情況。
圖12是表示由上變頻混頻器64和65輸出的同相分量數(shù)據(jù)I4和正交分量數(shù)據(jù)Q4的功率譜的概念圖。
按照混頻信號頻率量(在本實(shí)例中為17.5MHz)將基準(zhǔn)載波頻率(在本實(shí)例中為3.75MHz)上變頻(在本實(shí)例中變?yōu)?1.29MHz)。
圖1 3是表示由D/A轉(zhuǎn)換器67輸出的模擬RF脈沖信號A1的功率譜的概念圖。
頻譜A1-1是基帶頻譜，而其他頻譜A1-2至A11-4是混疊諧波頻譜。
α所表示的是D/A轉(zhuǎn)換器67的SINC特性。
圖14是表示模擬RF脈沖信號A2的功率譜的概念圖，其寄生諧波A1-2至A11-4已被低通濾波器81消除。
結(jié)果獲得了具有從預(yù)期的靜態(tài)磁場強(qiáng)度(0.5T)下所需的諧振頻率(在本實(shí)例中為21.29MHz)產(chǎn)生的載波頻率的模擬RF脈沖信號A2。
上述RF發(fā)射電路10達(dá)到了以下效果(1)RF混頻包絡(luò)線混頻器41和42在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)載波頻率信號數(shù)據(jù)I1和Q1與RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)En的組合，不需要模擬混頻器，從而使信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。
復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30直接在數(shù)字域中產(chǎn)生基準(zhǔn)載波頻率信號數(shù)據(jù)I1和Q1。數(shù)字上變頻器60在數(shù)字域提升它們的頻率。結(jié)果，不需要模擬上變頻電路和模擬帶通濾波電路，從而使信號質(zhì)量的穩(wěn)定性得以提高，而成本得以降低。
(2)數(shù)字衰減器40在數(shù)字域中準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)RF脈沖信號振幅的微調(diào)。
(3)諧振頻率調(diào)整控制器43用來改變諧振頻率，使RF發(fā)射電路10能夠在軟件的基礎(chǔ)上處理不同的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，同時(shí)使用相同的硬件，從而使成本得以降低。
(4)復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器30具有設(shè)置為40MHz的工作時(shí)鐘頻率，使RF發(fā)射電路10能夠處理高達(dá)15MHz基準(zhǔn)載波頻率的產(chǎn)生。
(5)數(shù)字上變頻器60工作在160MHz的時(shí)鐘頻率，使RF發(fā)射電路10能夠處理高達(dá)40MHz的諧振頻率、亦即半工作時(shí)鐘頻率的80％。這預(yù)示著同樣硬件配置的MRI設(shè)備可以處理高達(dá)1.5T的靜態(tài)磁場強(qiáng)度，從而使成本得以降低。
(6)RF發(fā)射電路10可以容易地在LSI的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。還允許使用市場上可以購到的LSI部件，從而使成本得以降低。
若數(shù)字上變頻器60工作在325MHz或更高的時(shí)鐘頻率，則RF發(fā)射電路10可以應(yīng)用于靜態(tài)磁場強(qiáng)度高達(dá)3T的MRI設(shè)備上。若數(shù)字上變頻器60工作在450MHz或更高的時(shí)鐘頻率，則RF發(fā)射電路10可以應(yīng)用于靜態(tài)磁場強(qiáng)度高達(dá)4T的MRI設(shè)備上。
上述RF發(fā)射電路10可以部分地或完全用諸如CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)或FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯陣列)等可編程器件配置。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以配置出差異非常大的本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該明白，除后附的權(quán)利要求書所定義者外，本發(fā)明不限于本說明書所描述的具體的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種RF發(fā)射電路，其特征在于包括系統(tǒng)接口，它從外界接收控制數(shù)據(jù)；復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，它根據(jù)來自所述系統(tǒng)接口的命令輸出基準(zhǔn)載波頻率信號；RF包絡(luò)線混頻器，它將所述基準(zhǔn)載波頻率信號和RF包絡(luò)線波形信號組合，并輸出復(fù)數(shù)形式的結(jié)果基準(zhǔn)脈沖信號；數(shù)字上變頻器，它把基準(zhǔn)RF脈沖信號的載波頻率上變頻成預(yù)期的靜態(tài)磁場強(qiáng)度下所需的諧振頻率，并把結(jié)果信號轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖信號；以及模擬激勵(lì)電路，它濾除在所述模擬RF脈沖信號中出現(xiàn)的混疊諧波并調(diào)整所述結(jié)果信號的振幅。
2.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于還包括數(shù)字衰減器，它根據(jù)所述系統(tǒng)接口的命令調(diào)整所述RF包絡(luò)線波形信號的振幅。
3.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于還包括諧振頻率調(diào)整控制器，它根據(jù)所述系統(tǒng)接口的命令改變準(zhǔn)備由所述數(shù)字上變頻器上變頻的諧振頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于具有40MHz或更高的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器具有40MHz或更高的工作時(shí)鐘頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器的工作時(shí)鐘頻率為40MHz或更高。
7.如權(quán)利要求6所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器具有160MHz或更高的工作時(shí)鐘頻率。
8.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述系統(tǒng)接口向所述復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器提供以下數(shù)據(jù)確定所述基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率的數(shù)據(jù)；使實(shí)際的基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)；以及確定所述基準(zhǔn)載波頻率相對于所述RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器包括中心頻率累加器，用以對確定所述基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；偏移頻率累加器，用以對使實(shí)際的基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和求和計(jì)算；初相位寄存器，用以保存確定所述基準(zhǔn)載波頻率相對于所述RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)；加法器，用于將上述數(shù)據(jù)相加；余弦查詢表，它具有余弦波形數(shù)據(jù)的記錄，并通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出余弦波形數(shù)據(jù)、并將其以同相分量數(shù)據(jù)的形式輸出；以及正弦查詢表，它具有正弦波形數(shù)據(jù)記錄，并通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出正弦波形數(shù)據(jù)、并將其以正交分量數(shù)據(jù)的形式輸出。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器包括復(fù)數(shù)插值濾波器，它對同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理和濾波處理、并輸出具有提高了的數(shù)據(jù)采樣速率的結(jié)果同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)；復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，它產(chǎn)生混頻信號的同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)；上變頻混頻器，他將數(shù)據(jù)采樣速率提高了的所述同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)與所述混頻信號組合，從而產(chǎn)生并輸出具有提高了的載波頻率的同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)；加法器，它將載波頻率提高了的所述同相分量數(shù)據(jù)和正交分量數(shù)據(jù)組合、并輸出結(jié)果數(shù)字RF脈沖信號；以及D/A轉(zhuǎn)換器，它把所述數(shù)字RF脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖信號。
11.如權(quán)利要求10所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述數(shù)字上變頻器包括PLL合成器，它從所述系統(tǒng)時(shí)鐘信號為所述數(shù)字上變頻器產(chǎn)生頻率高于所述系統(tǒng)時(shí)鐘信號的工作時(shí)鐘信號。
12.如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路，其特征在于所述模擬激勵(lì)(Rousing)電路包括低通濾波器，它從所述模擬RF脈沖信號中消除混疊諧波；可編程增益放大器，它調(diào)整所述模擬RF脈沖信號的振幅；以及發(fā)送/接收選擇開關(guān)。
13.一種MRI設(shè)備，其特征在于包括如權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射電路。
14.一種復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器，其特征在于包括中心頻率累加器，用以對確定基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；偏移頻率累加器，用以對使實(shí)際的基準(zhǔn)載波頻率信號的中心頻率偏離所述中心頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加求和計(jì)算；初相位寄存器，用以保存確定基準(zhǔn)載波頻率相對于RF包絡(luò)線波形的初相位的數(shù)據(jù)；加法器，用于將上述各數(shù)據(jù)相加；余弦查詢表，它具有余弦波形數(shù)據(jù)的記錄，并通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出余弦波形數(shù)據(jù)、并將其以同相分量數(shù)據(jù)的形式輸出；以及正弦查詢表，它具有正弦波形數(shù)據(jù)記錄，并通過根據(jù)所述加法器求和所得的數(shù)據(jù)尋址而讀出正弦波形數(shù)據(jù)、并將其以正交分量數(shù)據(jù)的形式輸出。
全文摘要
RF發(fā)射電路、復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器和MRI設(shè)備用來提高信號質(zhì)量的穩(wěn)定性并降低成本，其中復(fù)數(shù)數(shù)字式合成器直接在數(shù)字域中產(chǎn)生基準(zhǔn)載波頻率信號數(shù)據(jù)，RF包絡(luò)線混頻器在數(shù)字域中組合所述結(jié)果數(shù)據(jù)和RF包絡(luò)線信號數(shù)據(jù)，而數(shù)字上變頻器在數(shù)字域中將結(jié)果信號數(shù)據(jù)上變頻并將其轉(zhuǎn)換成模擬RF脈沖數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/055GK1394549SQ02140630
公開日2003年2月5日 申請日期2002年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月4日
發(fā)明者宮野洋行, 木本昌一 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司