專利名稱：具有可變比特速率的數(shù)字化的mr信號(hào)數(shù)據(jù)編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振(MR)成像領(lǐng)域，具體地涉及MR信號(hào)的編碼。
背景技術(shù)：
國(guó)際申請(qǐng)WO 2006/048816 Al公開了一種MR設(shè)備，其包括設(shè)置在主 磁體中的檢查區(qū)域中或其附近的多個(gè)接收單元。每一個(gè)單個(gè)接收單元都包 括數(shù)字化裝置，用于將MR信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)采樣。還提供給每一個(gè)接 收單元適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的并行傳輸而不會(huì)造成單個(gè)信號(hào) 之間的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸效率，從而在本申請(qǐng)中公開了一種數(shù)字接收 器電路，所述數(shù)字接收器電路包括編碼器，該編碼器能夠在傳輸之前對(duì)數(shù) 字化的MR信號(hào)進(jìn)行編碼。在此還公開了用于對(duì)數(shù)字化MR信號(hào)進(jìn)行編碼 的相應(yīng)方法，以及一種使用這種數(shù)字接收器電路的MR系統(tǒng)，和一種計(jì)算 機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括用以使這種數(shù)字接收器電路能夠?qū)?shù)字化的MR 信號(hào)進(jìn)行編碼的指令。
由一種數(shù)字接收器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)男实母倪M(jìn)，所述數(shù)字 接收器電路包括編碼器，用于對(duì)數(shù)字化的MR信號(hào)進(jìn)行編碼，其中，數(shù)字 化的MR信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示MR信號(hào)的一 部分，并且其中，編碼器被配置為基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述MR 信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
當(dāng)對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，MR信號(hào)由一系列數(shù)字比特表示。這些比 特的集合可以稱為一個(gè)數(shù)據(jù)包，因此每一個(gè)數(shù)據(jù)包可以以數(shù)字形式表示MR 信號(hào)的一部分。當(dāng)數(shù)字接收器電路使用固定點(diǎn)數(shù)據(jù)表示來(lái)表示數(shù)字化的MR 信號(hào)時(shí)，數(shù)字化的MR信號(hào)的每一個(gè)數(shù)據(jù)包都包含相同數(shù)量的比特。這意味著在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸期間，不管所表示的MR信號(hào)的性質(zhì)如何，都必 須傳輸相同數(shù)量的比特。另一方面，如果采用可變點(diǎn)表示，其中用于組成 特定數(shù)據(jù)包的比特的數(shù)量是基于由該特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述MR信號(hào) 的該部分的特征，于是與具有較大特征值的數(shù)據(jù)包相比，具有較小特征值 的數(shù)據(jù)包能夠包含較少數(shù)量的比特。因此，減小了用于表示MR信號(hào)的比 特的總數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在傳輸數(shù)字化的MR信號(hào)時(shí)的效率提高?？梢杂糜诖_定 數(shù)據(jù)包中比特?cái)?shù)量的特征的實(shí)例包括MR信號(hào)的振幅、帶寬和信噪比 (SNR)。
對(duì)應(yīng)于包括編碼器的公開的數(shù)字接收器電路，在此還公開了一種用于 對(duì)數(shù)字化的MR信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，所述方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)男?率提高。所述方法包括對(duì)包含一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)字化的MR信號(hào)進(jìn)行 編碼，其中，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示MR信號(hào)的一部分。所述方法包括步驟 基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述MR信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù) 據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
而且，在此還公開了一種MR系統(tǒng)，所述MR系統(tǒng)包括在此公開的數(shù) 字接收器電路，還公開了一種計(jì)算機(jī)程序，用于根據(jù)公開的方法操作這個(gè) 數(shù)字接收器電路。包括數(shù)字接收器電路的MR系統(tǒng)包括編碼器，所述編碼 器用于對(duì)數(shù)字化的MR信號(hào)進(jìn)行編碼，其中，數(shù)字化的MR信號(hào)包括一個(gè) 或多個(gè)數(shù)據(jù)包，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示MR信號(hào)的一部分，并且其中，所述 編碼器被配置為基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述MR信號(hào)的該部分的特 征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。計(jì)算機(jī)程序包括指令，用于根 據(jù)公開的方法對(duì)數(shù)字化的MR信號(hào)進(jìn)行編碼，其中，數(shù)字化的MR信號(hào)包 括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示MR信號(hào)的一部分。計(jì)算機(jī)程 序包括指令，用于使包括編碼器的數(shù)字接收器電路能夠基于由特定數(shù)據(jù)包 表示的至少所述MR信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多 個(gè)比特。


基于以下實(shí)施例并參考附圖，借助實(shí)例，在下文中會(huì)詳細(xì)說(shuō)明這些方 面及其它方面，其中-
5圖1示意性地顯示了包括編碼器電路的數(shù)字接收器電路的一種可能的
實(shí)現(xiàn)方式；
圖2示意性地顯示了直接數(shù)字接收器的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式的細(xì)節(jié)；
圖3顯示了對(duì)典型MR信號(hào)進(jìn)行編碼所需的比特?cái)?shù)量的直方圖； 圖4a顯示了在根據(jù)在此公開的方法的無(wú)損編碼方案的情況中的比特組 合模式；
圖4b顯示了在根據(jù)在此公開的方法的有損編碼方案的情況中的比特組 合模式；
圖5圖解顯示了在此公開的方法；以及
圖6示意性地顯示了包括如在此公開的編碼器的MR系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)在此公開的方法，借助于數(shù)據(jù)編碼來(lái)減小網(wǎng)絡(luò)帶寬是基于如下解 釋的MR信號(hào)的特性的先驗(yàn)知識(shí)。如此獲得的網(wǎng)絡(luò)帶寬減小實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化 的MR信號(hào)的傳輸效率的提高。MR信號(hào)常常被相位編碼的；當(dāng)自旋處于同 相時(shí)，來(lái)自感興趣區(qū)的信號(hào)級(jí)較高；當(dāng)自旋不同相時(shí)，信號(hào)級(jí)較低，該低 信號(hào)級(jí)是由噪聲造成的。高帶寬信號(hào)只會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間期間中同相， 由于高帶寬，自旋會(huì)快速失相。相反地，低帶寬信號(hào)會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間期間中 同相。因此，包括如在此公開的數(shù)字接收器電路的MR系統(tǒng)通常僅需要能 夠接收具有相對(duì)較低平均信號(hào)級(jí)的高帶寬信號(hào)，或者具有相對(duì)較高平均信 號(hào)級(jí)但稀少的低帶寬信號(hào)，實(shí)際上是具有高平均信號(hào)級(jí)的高帶寬信號(hào)。因 此，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的必需的維持帶寬正比于BW皿與Savg的乘積，其中BW^
是最大帶寬，Savg是在最大帶寬BWmax或其附近的平均信號(hào)級(jí)。平均信號(hào)級(jí)
S^直接確定了表示數(shù)字化的MR信號(hào)所必需的每個(gè)采樣的平均比特?cái)?shù)量。 因此，發(fā)明者的領(lǐng)悟是使用MR信號(hào)的性質(zhì)的先驗(yàn)知識(shí)實(shí)現(xiàn)在此公開的
高效的編碼方案。
圖1顯示了數(shù)字接收器電路的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，其由直接數(shù)字接
收器(DDR) 102、編碼器104和緩沖器106組成。DDR102接受MR信號(hào) 108 (其在性質(zhì)上是模擬的)，并且輸出數(shù)字采樣，數(shù)字采樣隨后由編碼器 104進(jìn)行編碼，并傳遞到緩沖器106，以便在通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)110傳遞之前進(jìn)行存儲(chǔ)。到DDR102的輸入包括模擬增益G和減小因子R。到編碼器104 的輸入包括有效性值(significance value) B、縮放值S和數(shù)據(jù)包中的采樣 數(shù)量N。緩沖器根據(jù)輸入采用緩沖器大小T。
圖2示意性地顯示了 DDR102的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式的細(xì)節(jié)，其中， 放大器202接收信號(hào)108，例如來(lái)自受檢査對(duì)象(圖6中的605)的MR信 號(hào)。放大器202基于增益G放大接收的信號(hào)108，并向帶通濾波器204輸 出放大的信號(hào)。帶通濾波器204的輸出饋入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 206。 ADC206以采樣速率f;對(duì)經(jīng)過(guò)帶通濾波的信號(hào)進(jìn)行采樣，并向解調(diào)器208 輸出數(shù)字采樣。解調(diào)器208基于解調(diào)頻率fd和解調(diào)相位(()對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)的信號(hào)輸出到低通濾波器212。低通濾波器212基于減小因 子R對(duì)解調(diào)的信號(hào)進(jìn)行十取一 (decimate),并輸出信號(hào)210，將其提供給 編碼器(圖1中的104)。
圖3顯示了對(duì)典型的MR信號(hào)進(jìn)行編碼所需的比特?cái)?shù)量的直方圖。在 這個(gè)特定情況中，用16-比特接收器獲得MR數(shù)據(jù)。該圖描繪了比特?cái)?shù)量和 出現(xiàn)頻率的比對(duì)，比特?cái)?shù)量由x軸顯示，出現(xiàn)頻率顯示為y軸上的百分比。 方形表示采樣的MR信號(hào)中實(shí)際的比特出現(xiàn)頻率，而菱形表示累計(jì)的比特 出現(xiàn)頻率。如可以由圖3的具體實(shí)例所見的，所獲得的采樣值的99%都可 以用8比特或更少的比特來(lái)表示。因此，通過(guò)使用可變比特?cái)?shù)量代替16-比特固定點(diǎn)表示來(lái)簡(jiǎn)單地對(duì)采樣值進(jìn)行編碼，可以實(shí)現(xiàn)50%的無(wú)損壓縮。 換句話說(shuō)，如果適當(dāng)?shù)剡x擇數(shù)據(jù)包大小N，就可以實(shí)現(xiàn)MR數(shù)據(jù)的無(wú)損編 碼。8或16比特的固定值對(duì)于包大小N最可能是足夠的。
數(shù)據(jù)編碼技術(shù)在其基本形式中需要確定表示整數(shù)采樣值所需的比特?cái)?shù) 量。在解碼端，解碼器需要知道每個(gè)采樣值實(shí)際傳遞了多少個(gè)比特。這還 需要向解碼器傳遞與用于編碼的比特?cái)?shù)量有關(guān)的信息。為了使這個(gè)額外的 開銷最小，將信號(hào)編碼在數(shù)據(jù)包中，在數(shù)據(jù)包中以相同的比特?cái)?shù)量對(duì)全部 采樣值進(jìn)行編碼；數(shù)據(jù)包的這個(gè)比特?cái)?shù)量被設(shè)定為數(shù)據(jù)包中的采樣值所需 的最大比特?cái)?shù)量。于是采樣值的每個(gè)包僅需要傳遞一次編碼比特的數(shù)量。 增加數(shù)據(jù)包大小減小了開銷，但是由于所需的比特?cái)?shù)量是最大值并且傾向 于增加編碼的信號(hào)值的平均比特?cái)?shù)量，因此也會(huì)降低編碼效率。因此，數(shù) 據(jù)包大小N是在編碼開銷與編碼效率的減小之間的折衷。數(shù)據(jù)包大小還影響實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大小和接收器等待時(shí)間；例如，增加數(shù)據(jù)包大小增大了實(shí)現(xiàn) 設(shè)備的大小和接收器等待時(shí)間。
可以用于確定數(shù)據(jù)包中比特?cái)?shù)量的MR信號(hào)的特征包括MR信號(hào)的振 幅、帶寬和信噪比(SNR)。其中，MR信號(hào)的一部分的振幅可以專用于確 定表示MR信號(hào)的該具體部分所需的總比特?cái)?shù)量。另一方面，帶寬和SNR 可以根據(jù)整個(gè)MR信號(hào)的平均屬性得到，針對(duì)數(shù)字化的MR信號(hào)的所有數(shù) 據(jù)包設(shè)置了每個(gè)包的比特?cái)?shù)量的上限。在確定數(shù)據(jù)包大小時(shí)，也可以使用 這些特征的組合。例如，基于MR信號(hào)的帶寬或SNR而確定的上限可以說(shuō) 表示信號(hào)的值。于是，可以通過(guò)使用比由帶寬和/或SNR施加的上限更少的 比特，將MR信號(hào)的特定部分的振幅用于進(jìn)一步減少用于表示MR信號(hào)的 該部分的比特?cái)?shù)量?？梢宰⒁獾?，在多通道(或多發(fā)射)RF系統(tǒng)中，可以 有多個(gè)MR信號(hào)，為每一個(gè)信號(hào)通道根據(jù)該特定通道中的信號(hào)特征而分配 唯一的上限。
可通過(guò)無(wú)損數(shù)據(jù)編碼實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)帶寬減小量取決于MR信號(hào)的特征， 尤其是噪聲級(jí)。噪聲級(jí)有效地限制了對(duì)采樣值進(jìn)行編碼所需的最小比特?cái)?shù) 量，而MR信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍定義了最大值。噪聲級(jí)限制了所需的最小比特 數(shù)量，因?yàn)榧词故窃跊](méi)有實(shí)際信號(hào)的情況下，也要對(duì)噪聲進(jìn)行編碼。DDR 增益G的較高數(shù)值會(huì)增大在DDR102的輸出中的噪聲級(jí)，從而增加了對(duì)信 號(hào)進(jìn)行編碼所需的平均比特?cái)?shù)量。另一方面，較低的DDR增益G會(huì)引入額 外的量化噪聲。
盡管在圖2中僅顯示了單個(gè)ADC，但也可以使用多個(gè)ADC。正交模式 的采樣也是可行的，其中DDR102產(chǎn)生由I采樣(同相分量)和Q采樣(正 交分量)組成的復(fù)式采樣。編碼器104根據(jù)實(shí)際采樣的特征，例如其振幅 或帶寬，以及編碼器設(shè)定，使用可變比特?cái)?shù)量對(duì)由DDR102產(chǎn)生的每一個(gè) 采樣繼續(xù)編碼。可替換地，編碼器104可以基于在釆樣包中包含的所有采 樣的特征的最大值，對(duì)采樣包進(jìn)行編碼。可替換地，編碼器104可以基于 在采樣包中包含的所有采樣的特征的平均值，對(duì)采樣包進(jìn)行編碼。編碼器 104這樣產(chǎn)生了可變比特速率。
通常，如果施加在ADC206的輸入上的噪聲密度級(jí)比由ADC自身所產(chǎn) 生的噪聲密度高16dB，就認(rèn)為量化噪聲是可忽略的。實(shí)際上，具有比其分辨率小1的有效比特?cái)?shù)量的ADC (大多數(shù)現(xiàn)代ADC都符合它)會(huì)輸出為 尼奎斯特帶寬計(jì)算的約0.6ADC單位RMS的噪聲級(jí)。簡(jiǎn)而言之，如果將噪 聲級(jí)控制在約6ADC單位以內(nèi)，數(shù)據(jù)編碼就會(huì)要求少于3比特。 一種可能 的實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)該能夠在編碼器104的輸出上具有每采樣值小于4比特(即 每復(fù)式采樣8比特)的最小比特速率。如果考慮到2MHz的最大采樣頻率 fs，則就可以僅用8比特或更少的比特來(lái)表示大多數(shù)所獲得的釆樣，得到了 16Mb/s的信道帶寬。
將編碼的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩沖器106中平均了可變比特速率。數(shù)字接收器 電路能夠容忍的可變性的程度由緩沖器106的大小來(lái)確定；緩沖器106越 大，則數(shù)字接收器電路能夠處理的比特速率中的可變性就越大。
在接收器的輸出上的噪聲特性取決于如何為信號(hào)接收設(shè)置接收器。放 大器增益G定義了在ADC的輸入上的噪聲級(jí)。根據(jù)等式
曹』
減小因子R定義了所得到的信號(hào)帶寬BW。而在接收器的輸出上的噪聲級(jí) (nl)由等式
"/ = "/直x
給出，其中，？^ix:是在ADC206的輸入上的噪聲級(jí)。
減小因子將信號(hào)級(jí)增大了R倍，將噪聲級(jí)增大了#倍，因此將信噪比 (SNR)有效地增大了V^倍。如果減小因子R從25變?yōu)?00，就針對(duì)ADC 的輸入，將增大SNR的因子由5變?yōu)?0。這意味著能夠丟棄至少2個(gè)低位 比特(在DDR的輸出上且在編碼之前)，而不會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)的完整性或 明顯增加量化噪聲。這對(duì)于數(shù)據(jù)編碼性能有影響。例如，可以用7個(gè)比特 對(duì)在DDR的輸出上的噪聲級(jí)進(jìn)行編碼；丟棄2個(gè)低位比特將對(duì)MR信號(hào)進(jìn) 行編碼所需的比特?cái)?shù)量從7減小到5，或者說(shuō)是減小了約30%。
實(shí)際上，將用于測(cè)量的MR信號(hào)采樣為特性圖(profile),每一個(gè)特性 圖都對(duì)應(yīng)于接收器的一個(gè)連續(xù)采樣區(qū)間。每一個(gè)特性圖都由用于編碼和數(shù) 字傳輸目的的可能的可變數(shù)量的數(shù)據(jù)包組成。MR信號(hào)的特定數(shù)據(jù)包可以由 單個(gè)采樣組成，其表示MR信號(hào)的非常小的一段?？商鎿Q地，數(shù)據(jù)包可以 由多個(gè)采樣組成，其表示MR信號(hào)的較長(zhǎng)時(shí)間區(qū)間。在一些MR獲取策略 中，用于單個(gè)特性圖的實(shí)際信號(hào)特征根據(jù)在獲取期間所用的具體相位編碼策略而變化。這些屬性影響了對(duì)在特定特性圖中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼所需的 比特?cái)?shù)量。對(duì)于笛卡爾采樣策略，通過(guò)相位編碼原點(diǎn)(即k空間的中心線) 的特性圖具有最大的信號(hào)強(qiáng)度，從而具有最大的編碼大小。笛卡爾采樣策
略的實(shí)例包括自旋回波序列和梯度回波序列，其在MR脈沖序列的一次重 復(fù)時(shí)間(TR)期間釆樣k空間的一條線。因此，在此情況下的每一個(gè)特性 圖都由k空間的一條線組成。其它采樣策略包括分段的方案或多激發(fā) (multi-shot)回波平面成像(EPI)方案，在該方案中在單次TR期間收集 多條k空間線。在此情況下，特性圖由k空間的多條線組成。在超快速成 像技術(shù)的情況下，如單激發(fā)(single-shot)快速自旋回波(SSFSE)或單激 發(fā)EPI序列，在單一TR中覆蓋了整個(gè)k空間，因此特性圖由k空間中的所 有線組成。對(duì)于徑向采樣技術(shù)，所有特性圖實(shí)際上都穿過(guò)原點(diǎn)，并可以用 相同的比特?cái)?shù)量來(lái)表示。對(duì)于螺旋采樣技術(shù)，所有特性圖也具有相似的表 現(xiàn)，但與笛卡爾或徑向采樣方案相比，在原點(diǎn)附近或在原點(diǎn)上進(jìn)行了更多 的連續(xù)釆樣。
對(duì)于典型的MR信號(hào)，可能只有一小段采樣具有較高信號(hào)值。然而， 如果在更長(zhǎng)的時(shí)間期間中得到了具有較高信號(hào)值的采樣，那么數(shù)據(jù)編碼器 104的輸出比特速率就可能會(huì)暫時(shí)超過(guò)分配的信道帶寬，即使是平均比特速 率完全在分配的信道帶寬內(nèi)。因此，必須將緩沖器106的大小選擇為能夠 暫時(shí)存儲(chǔ)足夠的數(shù)據(jù)，以使得數(shù)據(jù)編碼器104的變化的比特速率與相關(guān)聯(lián) 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的分配的比特速率相匹配。估計(jì)的所需緩沖器大小極大地取決于 如前所述的實(shí)際信號(hào)特性。螺旋k空間軌跡有可能是最苛求的方案，因?yàn)?它產(chǎn)生具有較高信號(hào)值的很多連續(xù)采樣。
會(huì)注意到，在圖1中的示范性實(shí)施例中僅顯示了DDR 102;編碼器對(duì) MR信號(hào)的數(shù)字表示進(jìn)行操作，該MR信號(hào)的數(shù)字表示也能夠從其它來(lái)源提 供。在編碼之前可以執(zhí)行或不執(zhí)行模擬或數(shù)字信號(hào)處理，例如濾波、解調(diào) 和/或轉(zhuǎn)換到基帶。
圖4a示出了用在此公開的方法的實(shí)現(xiàn)方式的無(wú)損編碼的概念。在一排 單元格402a中的每一個(gè)單元格都表示一個(gè)比特，在這排或字中的比特位置 由每一個(gè)單元格上的編號(hào)表示。用26-比特字以二進(jìn)制形式將示范值347表 示為00000000000000000101011011。由較小編號(hào)代表的比特位置指示該字的最低有效比特(LSB)，而由較大編號(hào)代表的比特位指示該26-比特字的 最高有效比特(MSB)。字母b指示準(zhǔn)確地表示該值(在此情況下是347) 所需的最小比特?cái)?shù)量。在水平線以上標(biāo)記為ENC的部分中的這一排單元格 402a顯示了在編碼器(圖1中的104)的輸入上的比特組合模式，而在水 平線以下標(biāo)記為DEC的部分中的這一排單元格406a顯示了在解碼器(未 示出)的輸出上的比特組合模式。在中間的這一排單元格404a顯示了在編 碼器(圖1中的104)的輸出上的壓縮比特組合模式。
如果DDR(圖1中的102)為MR信號(hào)的每一個(gè)采樣都輸出26-比特字， 那么信號(hào)值347的單元就可以如圖4a所示的來(lái)表示。如可見的，僅將10 個(gè)LSB用于表示整數(shù)值347,前9個(gè)LSB表示整數(shù)值347，稱為符號(hào)比特 的第IO個(gè)最低有效比特(LSB)表示該整數(shù)的符號(hào)。如果我們將有效性因 子B定義為用于對(duì)釆樣值進(jìn)行編碼的最大比特?cái)?shù)量，將縮放因子S定義為 要丟棄的低階比特的數(shù)量，那么就通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定B和S來(lái)控制數(shù)據(jù)編碼 器(圖1中的104)的比特速率。在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，首先應(yīng)用B， 隨后是S。 S小于B，以確保每個(gè)采樣值輸出至少一個(gè)比特。對(duì)于B-26和 S-O的示范值，會(huì)執(zhí)行無(wú)損數(shù)據(jù)編碼。然而與此相比，僅使用如圖4a所示 的10個(gè)比特來(lái)表示值347的單元，實(shí)現(xiàn)了所使用的比特?cái)?shù)量減小了 61%的 無(wú)損編碼。
對(duì)數(shù)值進(jìn)行編碼所需的有效比特?cái)?shù)量b可以在編碼過(guò)程中確定。如果 它超過(guò)了設(shè)定的有效性值B，那么就丟棄低階的[b-B]個(gè)比特，并輸出B個(gè) 比特；否則就輸出b個(gè)比特。因此，有效性值B限制了為任何單個(gè)編碼值 而輸出的最大比特?cái)?shù)量。
圖4b示出了用在此公開的方法的一種實(shí)現(xiàn)方式的有損編碼的概念。在 這排單元格402b中的每一個(gè)單元格都表示一個(gè)比特，在這排或字中的比特 位置由每一個(gè)單元格上的編號(hào)指示。用26-比特字以二進(jìn)制形式將示范值 -638118表示為11111101100100001101011001。由較小編號(hào)指示的比特位置 表示該字的LSB，而由較大編號(hào)代表的比特位置指示該26-比特字的MSB。 字母b指示用于表示該值(在此情況下是-638118)所需的最小比特?cái)?shù)量， 而字母s指示要丟棄的LSB的數(shù)量。在水平線以上標(biāo)記為ENC的部分中的 這一排單元格402b顯示了在編碼器(圖1中的104)的輸入上的比特組合模式，而在水平線以下標(biāo)記為DEC的部分中的這一排單元格406b顯示了 在解碼器(未示出)的輸出上的比特組合模式。在中間的這一排單元格404b 顯示了在編碼器(圖1中的104)的輸出上的壓縮比特組合模式。
為了完全表示釆樣值-638118，需要21個(gè)比特。然而，如果有效性值B 背設(shè)定為12，將縮放因子設(shè)定為9，那么就丟棄低階的9個(gè)比特或9個(gè)LSB， 實(shí)際上編碼器(圖1中的104)僅輸出了接著的較高的12個(gè)比特。這包括 在位置20顯示的符號(hào)比特。當(dāng)截?cái)嗟碗A比特時(shí)，可以在解碼過(guò)程中引入舍 入比特(在此情況下是解碼器輸出406b中的比特位置8)，以確保截?cái)嗟谋?特不會(huì)在解碼的信號(hào)中引入DC偏移。用于表示值-638118的比特?cái)?shù)量的實(shí) 際減小是54%。
B對(duì)于編碼器的平均比特速率的實(shí)際效果會(huì)是微小的，因?yàn)樗ǔH 對(duì)MR信號(hào)的采樣中需要大量比特來(lái)進(jìn)行編碼的有限片段有影響。只有將B 設(shè)定為小數(shù)值時(shí)，B才會(huì)有效果(即近似于信號(hào)的平均無(wú)損編碼比特速率)。 如果要顯著減小編碼器(圖1中的104)的比特速率，就需要通過(guò)將縮放因 子S設(shè)定為某個(gè)大于0的值來(lái)調(diào)整比特長(zhǎng)度。這具有無(wú)條件地截?cái)噍^低階 比特的效果。例如，對(duì)于在20Mb/s帶寬的2MHz采樣，可以用平均值
來(lái)對(duì)采樣進(jìn)行編碼?？紤]B的預(yù)期值8，應(yīng)將S的值設(shè)定為3。
可以將有效性值B設(shè)定為確保不會(huì)超過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的所分配帶寬。例如 在20Mb/s的帶寬和700KHz的采樣速率的情況下，能夠確保每個(gè)采樣值14-比特的傳遞。于是，將B設(shè)定為14會(huì)確保不超過(guò)網(wǎng)絡(luò)帶寬。當(dāng)數(shù)據(jù)編碼器 的平均比特速率預(yù)期超過(guò)所分配的信道帶寬時(shí)，就應(yīng)當(dāng)設(shè)定縮放因子S。會(huì) 注意，所分配的信道帶寬不必是常數(shù)，而可以是所用的RF線圈或RF線圈 組合的函數(shù)。例如，可以為以每250Mb/s鏈接4個(gè)通道實(shí)現(xiàn)的8通道RF線 圈每通道分配40Mb/s。
可以在MR獲取序列的專用準(zhǔn)備階段中確定S的值，其中，獲得參考 特性圖以估計(jì)編碼的特性圖的最大大小?？商鎿Q地，可以將S作為緩沖器 填充的函數(shù)而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。例如，當(dāng)緩沖器(圖1中的106)填充超過(guò)某 個(gè)閾值級(jí)別時(shí)可以增大S，并且當(dāng)緩沖器填充降低到低于同一個(gè)閾值級(jí)別或另一個(gè)閾值級(jí)別時(shí)可以減小s。要注意，作為采用這個(gè)方案的結(jié)果而在圖像
中引起的偽像是無(wú)法預(yù)測(cè)的。
圖5顯示了示出在此公開的方法的算法的流程圖。在步驟502中，將 一個(gè)或多個(gè)采樣輸入到臨時(shí)存儲(chǔ)緩沖器。該臨時(shí)存儲(chǔ)緩沖器在編碼器(圖1 中的104)的內(nèi)部。在步驟504，確定用于準(zhǔn)確表示臨時(shí)存儲(chǔ)緩沖器中的采 樣所需的比特?cái)?shù)量"b"。在步驟506中，將這個(gè)值"b"輸出，并在步驟508 中用于提取每一個(gè)采樣的"b"個(gè)最高有效比特。將所提取的比特以原始采 樣的順序輸出到緩沖器(圖1中的106)。
同時(shí)進(jìn)行處理的釆樣數(shù)，即在步驟502中存儲(chǔ)在臨時(shí)緩沖器中的采樣 數(shù)，是該算法的參數(shù)。甚至可以對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)的設(shè)置以優(yōu)化帶寬。將比特 數(shù)量b增大到最大值是可任選的。
對(duì)于需要以數(shù)據(jù)內(nèi)容中的一些損失為代價(jià)的額外壓縮的情況，可以如 下修改算法
在步驟502中將一個(gè)或多個(gè)采樣輸入到臨時(shí)存儲(chǔ)緩沖器。臨時(shí)存儲(chǔ)緩 沖器在編碼器(圖1中的104)內(nèi)部。在步驟504中，確定用于準(zhǔn)確表示臨 時(shí)存儲(chǔ)緩沖器中的采樣所需的比特?cái)?shù)量"b"，以及用于確定要截?cái)嗟腖SB 數(shù)的縮放因子"s"。在步驟506中輸出"b"和"s"的值，并在步驟508 中用于從臨時(shí)存儲(chǔ)緩沖器中提取每一個(gè)采樣的"b"個(gè)最高有效比特。將所 提取的比特以原始采樣的順序輸出到緩沖器(圖1中的106)。
對(duì)編碼的MR信號(hào)進(jìn)行解碼可以通過(guò)對(duì)可變大小的值進(jìn)行"符號(hào)擴(kuò)展" 并且調(diào)整并可任選地舍入它們來(lái)實(shí)現(xiàn)。"符號(hào)擴(kuò)展"包括根據(jù)符號(hào)比特(在 圖4a中的比特位置9或圖4b中的比特位置20)以O(shè)填充LSB，以0或1 填充MSB。而且，將解碼與到已解碼信號(hào)的浮點(diǎn)表示的轉(zhuǎn)換相結(jié)合是適當(dāng) 且更有效的。
圖6顯示了使用公開的數(shù)字接收器電路的MR系統(tǒng)的一個(gè)可能的實(shí)施 例。該MR系統(tǒng)包括一組主線圈601、連接到梯度驅(qū)動(dòng)器單元606上的多個(gè) 梯度線圈602、以及連接到RF線圈驅(qū)動(dòng)器單元607的RF線圈603。還可 以由一個(gè)或多個(gè)發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)613控制RF線圈603的功能，RF 線圈603可以以體線圈的形式集成到磁體中，和/或可以是單獨(dú)的表面線圈。 所述多個(gè)梯度線圈602和RF線圈603由電源單元612供電。運(yùn)送系統(tǒng)604，例如患者檢査臺(tái)，用于將對(duì)象605，例如患者，設(shè)置在MR成像系統(tǒng)內(nèi)?？?制單元608控制RF線圈603和梯度線圈602。控制單元608還控制重建單 元609的操作?？刂茊卧?08還控制顯示單元610 (例如監(jiān)視器屏幕或投影 機(jī))、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元615和用戶輸入接口單元611 (例如鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤 球等)。
主線圈601產(chǎn)生穩(wěn)定且均勻的靜磁場(chǎng)，例如具有場(chǎng)強(qiáng)1T、 1.5T或3T。 公開的方法和設(shè)備還可用于其它場(chǎng)強(qiáng)。以這樣的方式布置主線圈601:即使 它們通常包含隧道形的檢查空間，可以將對(duì)象605引入到其中。另一個(gè)常 見結(jié)構(gòu)包括相對(duì)的柱面，在其之間具有空氣間隙，可以用運(yùn)送系統(tǒng)604將 對(duì)象605引入其中。為了能夠進(jìn)行MR成像，由多個(gè)梯度線圈602響應(yīng)于 由梯度驅(qū)動(dòng)器單元606提供的電流，產(chǎn)生隨時(shí)間可變的磁場(chǎng)梯度，其疊加 在靜磁場(chǎng)上。電源單元612配備了電子梯度放大電路，向多個(gè)梯度線圈602 提供電流，其結(jié)果產(chǎn)生了梯度脈沖(也稱為梯度脈沖波形)。控制單元608 控制流過(guò)梯度線圈的電流的特征，特別是其強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和方向，以產(chǎn) 生適當(dāng)?shù)奶荻炔ㄐ巍F線圈603在對(duì)象605中產(chǎn)生RF激發(fā)脈沖，并接收 由由對(duì)象605響應(yīng)于RF激發(fā)脈沖而產(chǎn)生的MR信號(hào)。RF線圈驅(qū)動(dòng)器單元 607向RF線圈603提供電流，以發(fā)射RF激發(fā)脈沖，并放大由RF線圈603 接收的MR信號(hào)?？刂茊卧?08經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)T/R開關(guān)613來(lái)控制RF 線圈603或RF線圈組的發(fā)射和接收功能。T/R開關(guān)613配有電子電路，其 將RF線圈603在發(fā)射和接收模式之間進(jìn)行切換，并保護(hù)RF線圈303及其 它相關(guān)電子電路免受擊穿或其它過(guò)載等。發(fā)射的RF激發(fā)脈沖的特征，特別 是其強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，受控制單元608控制。
要注意，盡管在該實(shí)施例中將發(fā)射和接收RF線圈顯示為一個(gè)單元，但 其也可以具有分別用于發(fā)射和接收的分離的線圈。其還可以具有多個(gè)RF線 圈603，用于發(fā)射或接收或者二者。RF線圈603可以以體線圈形式集成到 磁體中，或者可以是分離的表面線圈。它們可以具有不同幾何結(jié)構(gòu)，例如 鳥籠結(jié)構(gòu)或簡(jiǎn)單的環(huán)形結(jié)構(gòu)等?？刂茊卧?08優(yōu)選地是計(jì)算機(jī)形式，其包 括處理器，例如微處理器?？刂茊卧?08經(jīng)由T/R開關(guān)613控制RF脈沖激 發(fā)的應(yīng)用和MR信號(hào)的接收，MR信號(hào)包括回波、自由感應(yīng)衰減等。用戶輸 入接口設(shè)備611，如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、跟蹤球等，能夠使操作者與MR系統(tǒng)交互。用RF線圈603接收的MR信號(hào)包含與在所成像的對(duì)象605的感 興趣區(qū)中局部自旋密度有關(guān)的實(shí)際信息。由重建單元609重建所接收的信 號(hào)，并作為MR圖像或MR頻譜顯示在顯示單元610上?？商鎿Q地，可以 在等待進(jìn)一步的處理時(shí)，將來(lái)自重建單元609的信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元615 中。有利的是，將重建單元609構(gòu)造為數(shù)字圖像處理單元，其被編程以取 得從RF線圈603接收的MR信號(hào)。
由RF線圈603接收的MR信號(hào)構(gòu)成了在此公開的數(shù)字接收器電路的輸 入(圖1和2中的108)，更具體地，是到數(shù)字接收器電路中的DDR (圖l 和2中的102)。 DDR對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行采樣并解調(diào)。這個(gè)采樣并解調(diào)的信號(hào) 被提供給編碼器(圖1中的104)，其以無(wú)損或有損方式對(duì)該信號(hào)進(jìn)行編碼， 這取決于有效性值B和縮放因子S的選擇。在作為數(shù)字信號(hào)(圖1中的110) 通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳送之前，編碼器的輸出存儲(chǔ)在緩沖器(圖1中的106)中。
在此公開的方法可以以采用低成本且低功率的專用集成電路(ASIC) 形式的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)?？商鎿Q地，在此公開的方法可以在作為計(jì)算機(jī)程序的 軟件中實(shí)現(xiàn)，其使編碼器(圖1中的104)能夠基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至 少部分磁共振信號(hào)的特征，來(lái)為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
公開的設(shè)備的所述實(shí)施例或公開的方法的所述實(shí)現(xiàn)方式中的順序不是 強(qiáng)制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以改變步驟的順序或用線程模型、多處理器 系統(tǒng)或多個(gè)進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行多個(gè)步驟，而不會(huì)脫離公開的概念。
在此公開的計(jì)算機(jī)程序可以駐留在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，例如CD-ROM、 DVD、軟盤、記憶棒、磁帶，或可以由計(jì)算機(jī)讀取的任何其它實(shí)際的介質(zhì)。 計(jì)算機(jī)程序還可以是可下載的程序，例如其經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)下載或其它方式傳 遞到計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)程序可以經(jīng)由傳遞裝置，例如光學(xué)驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū) 動(dòng)器、軟驅(qū)、USB或其它計(jì)算機(jī)端口、以太網(wǎng)端口等，傳遞到計(jì)算機(jī)。
應(yīng)注意上述實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，在不脫離所附權(quán) 利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)許多可替換實(shí)施例。在 權(quán)利要求中，位于括號(hào)中的任何參考標(biāo)記都不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求。詞 語(yǔ)"包括"不排除除了在權(quán)利要求中列出的元件或步驟之外的其它元件或 步驟的存在。在元件前面的詞語(yǔ)"一"不排除多個(gè)此類元件的存在?？梢?借助于包括幾個(gè)不同元件的硬件，以及借助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)所公開的方法。在列舉了幾個(gè)裝置的系統(tǒng)權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè) 可以由同一計(jì)算機(jī)可讀軟件或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。起碼的事實(shí)是在相互不同的從 屬權(quán)利要求中所述的特定措施不表示這些措施的組合不能用于獲得良好效 果。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字接收器電路，包括編碼器(104)，所述編碼器(104)用于對(duì)數(shù)字化的磁共振信號(hào)進(jìn)行編碼，其中，所述數(shù)字化的磁共振信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示磁共振信號(hào)的一部分，并且其中，所述編碼器(104)被配置為基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述磁共振信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
2、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字接收器電路，包括采樣電路(102)，其被設(shè)置為對(duì)所述磁共振信號(hào)進(jìn)行釆樣，以產(chǎn)生所述數(shù)字化的磁共振信號(hào)。
3、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字接收器電路，其中，基于由所述特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述磁共振信號(hào)的該部分的所述特征的最大值，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包分配所述多個(gè)比特。
4、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字接收器電路，其中，至少所述磁共振信號(hào)的該部分的所述特征是其振幅。
5、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字接收器電路，其中，至少所述磁共振信號(hào)的該部分的所述特征是其帶寬。
6、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)字接收器電路，其中，至少所述磁共振信號(hào)的該部分的所述特征是其信噪比。
7、 如權(quán)利要求2所述的數(shù)字接收器電路，其中，所述數(shù)字接收器電路可操作地連接到射頻線圈元件(603)，所述射頻線圈元件(603)被配置為從受檢查對(duì)象(605)接收所述磁共振信號(hào)。
8、 一種磁共振系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的數(shù)字接收器電路。
9、 一種用于對(duì)數(shù)字化的磁共振信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，其中，所述數(shù)字化的磁共振信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示磁共振信號(hào)的一部分，所述方法包括基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述磁共振信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
10 、 一種用于對(duì)數(shù)字化的磁共振信號(hào)進(jìn)行編碼的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述數(shù)字化的磁共振信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包，每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示磁共振信號(hào)的一部分，所述計(jì)算機(jī)程序包括指令，用于基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少所述磁共振信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
全文摘要
在此公開了一種數(shù)字接收器電路，包括編碼器(104)，用于編碼數(shù)字化的磁共振信號(hào)。數(shù)字化的磁共振信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包，其中每一個(gè)數(shù)據(jù)包都表示磁共振信號(hào)的一部分。將編碼器(104)配置為基于由特定數(shù)據(jù)包表示的至少磁共振信號(hào)的該部分的特征，為每一個(gè)數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)地分配多個(gè)比特。
文檔編號(hào)G01R33/36GK101512372SQ200780031943
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
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