專利名稱：一種核磁共振成像信號的接收方法
技術(shù)領域：
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)字接收機在成像系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。圖7是典型的核磁共振數(shù)字接收機系統(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，進入混頻器(3)進行檢波，經(jīng)過中頻信號調(diào)理器(4)放大并且濾除高頻分量后進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(5)進行數(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現(xiàn)對磁共振信號的無失真采集。如果為了進一步減小ADC的量化噪聲，就要實現(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現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，有人曾用多個高性能微處理并行工作來解決這個問題。顯然，這會在很大程度上增加系統(tǒng)的復雜度和成本。更為簡便的做法是采用專用集成電路(ASIC)實現(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，然后進入級聯(lián)梳狀濾波器(CIC)(8A)、(8B)進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抽取濾波器(DEC1，DEC2)(9A)、(9B)則對磁共振信號再進行若干級濾波和抽取，最后把得到核磁共振基帶的復數(shù)信號(I，Q)存入主機(10)。
使用數(shù)字接收機可以得到無零頻峰、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)字接收機輸出信號的時序圖，其中，A是數(shù)字接收機輸出的核磁共振復數(shù)數(shù)字信號。A’是數(shù)字接收機數(shù)據(jù)幀信號，每一個信號代表了一次數(shù)據(jù)采樣點。B是采樣啟動信號，它由主機控制，在其上升沿開始采樣。C是實際的核磁共振模擬信號。D表示數(shù)字接收機第N-1個采樣點及其在實際核磁共振信號上的位置。D’則表示數(shù)字接收機第N個采樣點及其在實際核磁共振信號上的位置。采樣啟動時刻在實際核磁共振信號上對應的位置為E。由圖2可知，E與數(shù)字接收接收機輸出采樣點D會有tp時間誤差。并且有如下關(guān)系0≤tp＜tsts＝1/SW其中，ts是每次采樣的時間間隔；SW為接收機采樣譜寬。
這種時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抖動，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抖動，一個直接的做法是增加接收機的帶寬，使得SW增大，減小tp時間誤差。但是，這樣會使主機對接收機輸出的信號再次進行抽取濾波以得到合適的視野(FOV)，另外隨著接收機輸出譜寬的增加，需要用更快的計算機數(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，該方法通過增設計數(shù)器確定相位的偏差值，再對信號進行校正來消除相位抖動。
本發(fā)明目的實現(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)字接收機上設置有用于測量每次誤差時間的計數(shù)器，在每次采樣中，該計數(shù)器把測量得到誤差時間值發(fā)送給主機后，再在接收機譜寬內(nèi)對核磁共振信號的譜線進行線性相位校正，從而消除核磁共振信號的相位抖動。
在進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域變換到頻域。
所述的接收機譜寬內(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頻率點對應的數(shù)據(jù)點乘上相位校正因子α。
經(jīng)過線性相位校正核磁共振譜線需要進行快速反傅立葉變換，將核磁共振信號從頻域變換到時域，從而得到經(jīng)過矯正的核磁共振信號。
本發(fā)明的優(yōu)點是，與通過增大接收機譜寬減小核磁共振信號相位抖動的方法相比，從根本上消除了由數(shù)字接收機導致的核磁共振信號相位抖動；并且在最小硬件改動的前提下，消除了核磁共振的相位抖動，其實現(xiàn)方法非常簡潔、易行；同時由于使用了快速的傅立葉變換和反傅立葉變換實現(xiàn)對核磁共振信號相位抖動的校正，大大減輕了主機的運算負擔。
附圖概述附

圖1為本發(fā)明中數(shù)字接收機結(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)字接收機結(jié)構(gòu)框圖；具體技術(shù)方案以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解如圖1-7所示，標號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(10)、計數(shù)器(11)、寄存器(12)。
在核磁共振數(shù)字接收機上連接用于測量每次誤差時間的計數(shù)器(11)，在每次采樣中，該計數(shù)器(11)把測量得到誤差時間值發(fā)送給主機(10)后，再在接收機譜寬內(nèi)對核磁共振信號的譜線進行線性相位校正，從而消除核磁共振信號的相位抖動。
具體實施方案一般分三步進行第一步，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域變換到頻域。
第二步，在頻域中，接收機譜寬內(nèi)對譜線做一級相位校正，即對于譜寬范圍的每一個頻率點對應的數(shù)據(jù)點乘上相位校正因子α。
第三步，對核磁共振譜線進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，采樣啟動時刻對應的數(shù)據(jù)點E與數(shù)字接收機輸出的數(shù)據(jù)點C之間有tp的時間誤差。設核磁共振信號的頻率為f，則實際的核磁共振信號可表示為A(t)＝A(0)ei2πf×t(1)設數(shù)字接收機采樣譜寬為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，相位抖動的誤差為0＜Δφ＜2πf/SW (3)對于每次采樣，若誤差時間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)的基礎上乘以相位校正因子就可以消除由數(shù)字接收機引起的相位誤差。
圖3是本發(fā)明中核磁共振信號相位校正示意圖。其中計數(shù)器(11)的計數(shù)時鐘接系統(tǒng)時鐘(頻率通常為幾十兆赫茲)。采樣啟動信號作為計數(shù)器的計數(shù)啟動信號，使用數(shù)據(jù)幀信號作為計數(shù)器的停止位。在采樣啟動時，在采樣啟動信號的上升沿，計數(shù)器開始計數(shù)，當遇到幀信號為高電平時停止計數(shù)，并且把計數(shù)器的值存入寄存器(12)。圖3中，從計數(shù)器啟動到計數(shù)器停止所用的時間為tc，設計數(shù)器的計數(shù)頻率為fclk，則計數(shù)器的計數(shù)值N和誤差時間tp有如下關(guān)系ts-N/fclk＝tp(6)其中ts表示數(shù)字接收機相鄰數(shù)據(jù)點的時間間隔，通過讀取計數(shù)器的計數(shù)值N，可以測量得到tp的值。
為了消除誤差時間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域內(nèi)進行對核磁共振信號進行卷積運算消除相位抖動。
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。當采樣啟動后，數(shù)字接收機采集核磁共振信號。對于圖4的成像序列，其射頻脈沖的頻率為10.7MHz，數(shù)字接收機的譜寬SW為20KHz，核磁共振信號的帶寬為2KHz，采樣點數(shù)TD為256點。則根據(jù)3式，數(shù)字接收機接收數(shù)據(jù)時產(chǎn)生最大相位誤差為2π×2KHz/20KHz＝0.2π即36°。圖4中，90°和180°射頻脈沖的間隔時間為t＝5ms，根據(jù)核磁共振理論，其信號產(chǎn)生的回波頂點的時間t′也應為5ms。圖5A是數(shù)字接收機采集到的時域原始核磁共振信號。由于核磁共振信號相位的發(fā)生隨機抖動，所以從圖上可以看出回波頂點并不5ms的時刻。由此可見，若不對核磁共振信號進行相位校正，則會在核磁共振數(shù)據(jù)的相位編碼方向引入嚴重的相位隨機抖動干擾，這必定會引起很嚴重的圖像偽影。為了對核磁共振信號進行相位校正，采用以下步驟第一步，對時域核磁共振信號進行快速傅立葉變換(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行相位校正，其方法如下由于接收機的采樣帶寬為20KHz，采樣點數(shù)為256點，根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，得到譜圖上第n個數(shù)據(jù)點的頻率值f為fn＝n×78.125Hz (0≤n＜256)(7)
則譜寬內(nèi)每一個數(shù)據(jù)點的相位校正因子可以表示為αn=ei2π×n×fn×tp---(8)]]>對于此實施例，相位校正因子可表示為αn＝ei2π×n×78.125×tp(9)其中，tp是每次采樣的時間誤差值。對于此實施例，設數(shù)字接收機的譜寬為20KHz，則tp的最大值為50us。當系統(tǒng)計數(shù)時鐘為50MHz時，計數(shù)值N最大為50us*50MHz＝2500。對于此次采樣，設計數(shù)器的計數(shù)值為1000，則根據(jù)6式，得到時間誤差值tp＝50us-20us＝30us。再根據(jù)9式，對數(shù)字接收機得到的原始譜圖中的每一個數(shù)據(jù)點乘以相位校正因子αnαn=ei2π×n×78.125×30×10-6,(0≤n≤256)]]>計算出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)每個頻率點的數(shù)據(jù)乘上相應的相位校正因子，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，獲得沒有相位抖動的時域核磁共振信號，如圖5C，回波頂點A在經(jīng)過相位校正之后，消除了每次采樣導致的相位抖動。
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)字接收機每次采樣導致核磁共振信號的相位抖動。圖6B是本實施例的經(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)字接收機造成的每次采樣的信號相位抖動。
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)字接收機上設置有定時計數(shù)器，在每次采樣中，該計數(shù)器測量每次采樣時間誤差值。
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數(shù)器得到的采樣時間誤差值，在接收機譜寬內(nèi)對核磁共振譜線進行線性相位校正。
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，其特征在于利用計數(shù)器得到的時間誤差值，計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頻率點對應的數(shù)據(jù)點乘上相位校正因子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行快速反傅立葉變換，將核磁共振信號從頻域變換到時域。
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)字接收機上設置有用于測量每次誤差時間的計數(shù)器，該計數(shù)器把測量得到誤差時間值發(fā)送給主機，在接收機譜寬內(nèi)對核磁共振信號的譜線進行線性相位校正，其優(yōu)點是，在最小硬件改動的前提下，從根本上消除了由數(shù)字接收機導致的核磁共振信號相位抖動，方法非常簡潔、易行，同時由于使用了快速的傅立葉變換和反傅立葉變換來實現(xiàn)，大大減輕了主機的運算負擔。
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