專利名稱：具有本地自由運行時鐘的直接數(shù)字接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接數(shù)字接收器、一種包括RF線圈和直接數(shù)字接收器的磁共振成像設(shè)備、一種提供RF線圈的RF信號的方法以及一種計算機程序產(chǎn)品。目前，利用磁場與核自旋之間的交互作用以形成二維或三維圖像的MR成像方法被廣泛使用，尤其是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，因為對于軟組織的成像而言，它們在許多方面優(yōu)于其他成像方法、不需要致電離輻射并且通常是非侵入式的。根據(jù)一般的MR方法，將待檢查患者的身體布置在強的均勻磁場中，磁場的方向同時定義了測量所基于的坐標(biāo)系的軸(通常為z軸)。所述磁場針對依賴于該磁場強度的個體核自旋產(chǎn)生不同的能級，所述核自旋能夠通過施加具有限定頻率(所謂的拉莫頻率或MR頻率)的電磁交變場(RF場)來激勵(自旋共振)。從宏觀的角度看，個體核自旋的分布產(chǎn)生了總 體磁化,通過在磁場垂直于z軸(也被稱為縱軸)延伸的同時施加適當(dāng)頻率的電磁脈沖(RF脈沖)，能夠使所述磁化偏離平衡態(tài)，使得磁化執(zhí)行繞z軸的進動運動。進動運動描繪了錐形表面，其孔角被稱為翻轉(zhuǎn)角。翻轉(zhuǎn)角的大小取決于所施加的電磁脈沖的強度和持續(xù)時間。在所謂的90°脈沖的情況下，自旋從z軸偏離到橫向平面(翻轉(zhuǎn)角90° )。在終止RF脈沖之后，磁化馳豫返回最初的平衡狀態(tài)，其中，以第一時間常數(shù)Tl (自旋晶格或縱向馳豫時間)再次構(gòu)建在z方向上的磁化，并以第二時間常數(shù)T2 (自旋-自旋橫向馳豫時間)構(gòu)建在垂直于z方向的方向上磁化馳豫。能夠借助接收RF線圈來檢測磁化的變化，所述接收RF線圈以某種方式被布置并定向在MR裝置的檢查體積之內(nèi)，從而在垂直于z軸的方向上測量磁化的變化。在施加例如90°脈沖之后，橫向磁化的衰減伴隨著核自旋(由局部磁場不均一性感生的)從具有相同相位的有序狀態(tài)到所有相位角均勻分布(退相)的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。能夠借助重聚焦脈沖(例如180°脈沖)來補償退相。這在接收線圈中產(chǎn)生了回波信號(自旋回波)。為了在身體中實現(xiàn)空間分辨率，使沿三個主軸延伸的線性磁場梯度疊加到均勻磁場上，得到自旋共振頻率的線性空間依賴關(guān)系。在接收線圈中所拾取的信號則包含可能與身體中的不同位置相關(guān)聯(lián)的不同頻率分量。經(jīng)由接收線圈獲得的信號數(shù)據(jù)對應(yīng)于空間頻率域并且被稱作k空間數(shù)據(jù)。所述k空間數(shù)據(jù)通常包括利用不同相位編碼采集的多條線。通過收集若干樣本使每條線數(shù)字化。借助傅里葉變換將k空間數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成MR圖像。為了處理在接收線圈中所拾取的信號以供之后經(jīng)由MR圖像進行可視化，所述信號通常需要被放大、濾波和數(shù)字化。通常，包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的直接數(shù)字接收器(DDR)用于將模擬MR (磁共振)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號，所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對MR信號直接采樣，而無需使用中間頻率和后續(xù)數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換器。由RF線圈組件之內(nèi)的數(shù)字RF (射頻)信號傳輸代替所有模擬RF信號傳輸減小了 MR信號接收所要求的模擬RF部件的物理擴展部。這使得能夠簡化RF線圈設(shè)計并提供了使線圈組件部件標(biāo)準(zhǔn)化的機會。
背景技術(shù)：
WO 2008/075268A1公開了一種用于尤其是磁共振成像系統(tǒng)的RF線圈的直接數(shù)字接收器。為了達到該目的，可以獨立于后續(xù)數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換器工作所處的數(shù)字操作頻率來選擇數(shù)字接收器的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，引入了重采樣單元，其耦合在所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器與所述數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換器之間。然而，重采樣DDR仍然要求ADC采樣頻率保持在與系統(tǒng)時鐘鎖定的頻率中，所述系統(tǒng)時鐘用于控制系統(tǒng)的時間臨界數(shù)字功能。ADC時鐘的頻率鎖定有兩個缺點第一，它要求將系統(tǒng)時鐘分配到ADC。這一限制是將ADC和相關(guān)聯(lián)的時鐘限定到存在系統(tǒng)時鐘的位置。第二，從恢復(fù)的系統(tǒng)時鐘導(dǎo)出ADC采樣頻率固有地將系統(tǒng)時鐘上存在的噪聲引入到的ADC時鐘中。系統(tǒng)時鐘的保真度難以維持，因為其通常橫貫各種不同的數(shù)字電子組件。
從上文中應(yīng)當(dāng)容易地認(rèn)識到，需要一種經(jīng)改進的直接數(shù)字接收器。因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有減小的部件復(fù)雜度的直接數(shù)字接收器。根據(jù)本發(fā)明，公開了一種用于尤其是磁共振成像系統(tǒng)的RF線圈的直接數(shù)字接收器，以提供在系統(tǒng)時鐘的時基中的數(shù)字操作頻率下的數(shù)字樣本輸出信號。所述接收器包括用于將從RF線圈接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本輸入信號的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器由本地時鐘驅(qū)動。所述接收器還包括適于將本地時鐘時基中的本地時鐘提供給模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的本地時鐘振蕩器，其中，本地時鐘時基獨立于系統(tǒng)時鐘時基。所述接收器還包括適于確定系統(tǒng)時鐘與本地時鐘之間的相位差的相位檢測器，以及適于利用所述相位差將數(shù)字樣本輸入信號重采樣為數(shù)字樣本輸出信號的重采樣單元。這具有系統(tǒng)時鐘不必再被分配到ADC的優(yōu)點。這增加了關(guān)于ADC和相關(guān)聯(lián)的時鐘位置的設(shè)計自由度，因為不再要求系統(tǒng)時鐘來驅(qū)動ADC。優(yōu)選地，所述本地時鐘振蕩器是一種晶體振蕩器，其具有額外的優(yōu)點，振蕩器上不再要求電壓控制，而在現(xiàn)有技術(shù)的接收器中，要求電壓控制的晶體振蕩器(VCXO)以根據(jù)系統(tǒng)時鐘與ADC時鐘間之間的相位差調(diào)整ADC時鐘頻率。通過使用自由運行的ADC時鐘，即獨立于系統(tǒng)時鐘時基的本地(ADC)時鐘時基，能夠克服關(guān)于ADC相對于要求與系統(tǒng)時鐘同步的各部件的位置的限制。這使得能夠更改實施拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，能夠?qū)δM部件進一步定位并減小尺寸。具體而言，這使得通常包括線圈元件板(CEB)和數(shù)字接收器模塊(RXE)的RF接收線圈組件能夠利用單類型的模擬子組件和借助光學(xué)手段的全數(shù)字信號傳輸來實施，完全消除RF發(fā)射場與RF信號傳輸線纜的交互作用。根據(jù)本發(fā)明的實施例，線圈元件板(CEB)上包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器、本地時鐘振蕩器以及還有RF線圈的電子模擬接收部件。電子模擬接收部件例如是前置放大器、以及調(diào)諧和匹配電路和用于在發(fā)射期間對線圈元件去諧的電路。此外，數(shù)字接收器模塊(RXE)上包括相位檢測器和重采樣單元，其中，線圈元件板和數(shù)字接收器模塊是要特別分離的。此外，線圈元件板與數(shù)字接收器模塊之間的通信連接是純數(shù)字通信連接。通過這種接收器設(shè)計，接收器對RF發(fā)射場交互的敏感度被極大降低，因為通過模擬部件到CEB的信號路徑是有限的。此外，如上文已經(jīng)提到的，能夠?qū)δM部件定位并進一步減小尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述接收器還包括與模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合以將數(shù)字采樣輸入信號編碼為數(shù)字傳輸信號的編碼器、與重采樣單元耦合以根據(jù)數(shù)字傳輸信號對數(shù)字樣本輸入信號進行解碼的解碼器、以及耦合在所述編碼器與所述解碼器之間的時鐘恢復(fù)模塊。所述時鐘恢復(fù)模塊適于從數(shù)字傳輸信號恢復(fù)本地時鐘，其中，用于確定相位差的相位檢測器所使用的本地時鐘是由時鐘恢復(fù)模塊恢復(fù)的本地時鐘。這具有不要求本地時鐘從本地時鐘振蕩器被分離地傳輸?shù)较辔粰z測器的優(yōu)點。這還減小了電子部件的復(fù)雜度。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例 ，所述編碼器適于提供時鐘和數(shù)字采樣輸入信號的數(shù)據(jù)恢復(fù)兼容編碼。例如，可以采用8B/10B編碼或64B/66B編碼。這具有可以通過能夠?qū)崿F(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信部件的實施的單向串行連接來傳輸ADC數(shù)據(jù)的優(yōu)點。這例如可能被實施為直流低壓差分信號(LVDS)路徑，或者被實施為光學(xué)路徑，其中光學(xué)發(fā)射器在ADC端，光學(xué)接收器在重采樣器端。光學(xué)路徑的使用還便于RF線圈設(shè)計，因為其在根本上消除了與RF發(fā)射場的RF交互作用。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，相位檢測器包括第一計數(shù)器、第二計數(shù)器和相位計算電路，第一計數(shù)器對本地時鐘脈沖計數(shù)，而第二計數(shù)器對系統(tǒng)時鐘脈沖計數(shù)，其中，相位計算電路適于根據(jù)第一計數(shù)器與第二計數(shù)器的計數(shù)差來計算系統(tǒng)時鐘與本地時鐘之間的相位差。這允許通過純數(shù)字裝置實施相位檢測器，避免與模擬解決方案相關(guān)聯(lián)的固有保真度問題，以及通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)微型化和集成。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種磁共振成像設(shè)備，其包括RF線圈和根據(jù)本發(fā)明的直接數(shù)字接收器。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種提供尤其是磁共振成像系統(tǒng)的RF線圈的RF信號作為在系統(tǒng)時鐘的時基中的數(shù)字操作頻率下的數(shù)字樣本輸出信號，其中，所述方法包括由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器將從RF線圈接收的模擬RF信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本輸入信號，其中，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器是由本地時鐘驅(qū)動的，其中，本地時鐘振蕩器正將本地時鐘時基中的本地時鐘提供給模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，本地時鐘時基獨立于系統(tǒng)時鐘時基。所述方法還包括確定系統(tǒng)時鐘與本地時鐘之間的相位差并利用所述相位差將數(shù)字樣本輸入信號重采樣為數(shù)字樣本輸出信號。必須提到的是，本發(fā)明的方法能夠有利地在目前臨床使用中的大多數(shù)MR裝置中執(zhí)行。對此，僅需要利用控制MR裝置以使其執(zhí)行上文所解釋的本發(fā)明的方法步驟的計算機程序。所述計算機程序可以在數(shù)據(jù)載體上提供或者在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上提供，從而被下載以安裝到MR裝置的控制單元中。因此，本發(fā)明還涉及包括計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述方法的計算機程序產(chǎn)品。還必須提到的是，優(yōu)選地，直接數(shù)字接收器的數(shù)字側(cè)上的所有部件可以利用軟件來實施。


所公開的附圖公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅設(shè)計用于圖示說明的目的，而非作為對本發(fā)明的限制。在附圖中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的MR裝置；圖2示出了具有功能分區(qū)的常規(guī)數(shù)字線圈組件的示意圖3示出了通過電壓控制的晶體振蕩器控制的ADC ；
圖4圖示了由自由運行的ADC時鐘驅(qū)動的ADC ；圖5圖示了使用8/10位編碼通過串行連接實現(xiàn)ADC時鐘恢復(fù)；圖6圖示了全數(shù)字ADC時鐘相位檢測器；圖7圖示了 ADC時鐘相位格式；圖8圖示了具有額外系數(shù)內(nèi)插的重采樣器；圖9示出了具有根據(jù)本發(fā)明的功能分區(qū)的數(shù)字線圈組件的示意圖。
具體實施例方式參考圖1，示出了 MR裝置I。所述裝置包括超導(dǎo)或電阻主磁體線圈2，使得貫穿檢查體積沿z軸創(chuàng)建大致均勻、時間上恒定的主磁場。磁共振生成和操縱系統(tǒng)施加一系列RF脈沖和切換的磁場梯度以翻轉(zhuǎn)或激勵核磁自旋、感生磁共振、重聚焦磁共振、操縱磁共振、在空間上或以其他方式編碼磁共振、使自旋飽和等來執(zhí)行MR成像。更具體而言，梯度脈沖放大器3將電流脈沖施加到沿檢查體積的x、y和z軸的全身梯度線圈4、5和6中的所選擇那些。RF頻率發(fā)射器7經(jīng)由發(fā)送/接收開關(guān)8將RF脈沖或脈沖群發(fā)射到全身體積RF線圈9，以將RF脈沖傳送到檢查體積中。典型的成像序列或?qū)Ш叫蛄邪ū槐舜艘黄皤@得的短持續(xù)時間的RF脈沖段的群，并且任何所施加的磁場梯度實現(xiàn)了對核磁共振的所選擇的操縱。所述RF脈沖用于使共振飽和，激勵共振，翻轉(zhuǎn)磁化，重聚焦共振，或操縱共振并選擇置于檢查體積中的身體10的部分。也通過全身體積RF線圈9拾取所述MR信號。為了借助并行成像生成身體10的有限區(qū)域的MR圖像，在被選擇用于成像的區(qū)域附近放置一組本地陣列RF線圈11、12、13。所述陣列線圈11、12、13能夠用于接收由身體線圈RF發(fā)射感生的MR信號。所得的MR信號由全身體積RF線圈9和/或由陣列RF線圈11、12、13拾取并由優(yōu)選包括前置放大器(未示出)的接收器14進行解調(diào)。所述接收器14經(jīng)由發(fā)送/接收開關(guān)8被連接到RF線圈9、11、12和13。主機計算機15控制梯度脈沖放大器3或發(fā)射器7以生成諸如回波平面成像(EPI)、回波體積成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等的多個成像序列中的任何一個。針對所選擇的序列，接收器14接收單個或緊接著每個RF激勵脈沖快速相繼的多個MR數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16執(zhí)行對所接收的信號的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換并將每個MR數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)換到適于進一步處理的數(shù)字格式。在現(xiàn)代MR裝置中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16是專門采集原始圖像數(shù)據(jù)的分離的計算機。最后，數(shù)字原始圖像數(shù)據(jù)被重建處理器17應(yīng)用傅里葉變換或其他適當(dāng)?shù)闹亟ㄋ惴ㄖ亟ǔ蓤D像表示。所述MR圖像可以表示貫穿患者的平面切片、平行平面切片的陣列、三維體積等。然后將圖像儲存在圖像存儲器中，其中，可以訪問所述圖像存儲器，以將圖像表示的切片、投影或其他部分轉(zhuǎn)換成用于例如經(jīng)由視頻監(jiān)視器18進行可視化的適當(dāng)格式，所述視頻監(jiān)視器18提供所得的MR圖像的人可讀的顯示。代替使用分離的接收器14和執(zhí)行對所接收的信號的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的分離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16，根據(jù)本發(fā)明，使用用于RF線圈的直接數(shù)字接收器。因此，開關(guān)8和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器16被集成在線圈元件板中。此外，提供數(shù)字接收器模塊，其處理數(shù)字化的信號并以希望的方式對其進行重采樣，使得信號能夠用于由重建處理器17進行重建。圖2圖示了具有功能分區(qū)的常規(guī)直接數(shù)字接收器的示意圖。直接數(shù)字接收器是包括線圈元件板(CEB) 202和數(shù)字接收器模塊(RXE) 204的數(shù)字線圈組件。與每個線圈元件200相關(guān)聯(lián)的模擬電子器件包括前置放大器208、以及調(diào)諧和匹配電路206、以及在發(fā)射期間對線圈元件去諧的電路。部件206和208位于CEB 202上。RXE 204包括放大器210、帶通濾波器212、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 214、解調(diào)器218、低通濾波器220、重采樣器224以及振蕩器216。解調(diào)器218、低通濾波器220和振蕩器216 —起包括通常被稱為數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換器(DDC)的部件。將系統(tǒng)時鐘222提供給ADC214，使得確保對系統(tǒng)時鐘的頻率鎖定。圖2中所示的并且也在本發(fā)明中使用的直接數(shù)字接收器優(yōu)選使用帶寬受限的欠采樣以避開中間頻率(IF)。這消除了相關(guān)聯(lián)的模擬混合器以將MR載體頻率向下變換到適于模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的頻率。中間頻率或相關(guān)聯(lián)的混合器的消除顯著地減小了模擬元件的計數(shù)。這些功能的數(shù)字實施通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路技術(shù)實現(xiàn)了極大地微型化和節(jié)能。為了提供系統(tǒng)設(shè)計自由度并簡化抗混疊濾波設(shè)計，使用重采樣DDR。這種技術(shù)允許選擇獨立于控制和處理諸如解調(diào)和濾波的后續(xù)數(shù)字功能的頻率的采樣頻率。然而，在圖2中，重采樣DDR仍然要求ADC采樣頻率以保持與用于控制系統(tǒng)的時間臨界數(shù)字功能的系統(tǒng)時鐘222的頻率鎖定。因此，系統(tǒng)時鐘222必須從外部源接收并被提供給ADC 214和解調(diào)振蕩器216兩者。此外，ADC 214額外地要求轉(zhuǎn)換器(此處未示出)以將系統(tǒng)時鐘轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)腁DC采樣頻率。這限制了關(guān)于ADC和相關(guān)聯(lián)的時鐘位置的設(shè)計自由度，因為為了驅(qū)動ADC，必須使系統(tǒng)時鐘對ADC —直可用。如圖3中所圖示的，通常經(jīng)由包括模擬相位檢測器302和電壓控制的晶體振蕩器(VCXO) 300的鎖相環(huán)(PLL)在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中實施用于高保真度ADC時鐘的頻率鎖定，其中，相位檢測器302接收輸入的系統(tǒng)時鐘222和本地時鐘作為電壓控制的晶體振蕩器300的輸出。通常從由系統(tǒng)傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)流直接地恢復(fù)在這種電路中的系統(tǒng)時鐘。ADC時鐘上的頻率鎖定具有兩個缺點，即對ADC的時鐘分配和系統(tǒng)時鐘和ADC時鐘上存在的噪聲的引入。為了克服這些問題，自由運行的ADC時鐘可以從圖4中示出的晶體振蕩器400直接導(dǎo)出。這種方案的額外優(yōu)點在于振蕩器上不再要求電壓控制；更簡單的晶體振蕩器是足夠的。必須注意的是，術(shù)語“自由運行的ADC時鐘”應(yīng)當(dāng)被理解為具有獨立于系統(tǒng)時鐘時基的本地時鐘時基的本地時鐘。自由運行的ADC時鐘的使用要求擴展重采樣DDR的重采樣器224以解決自由運行的ADC時鐘的頻率偏移。這在圖4中實現(xiàn)了。ADC 214的晶體振蕩器400的本地時鐘與系統(tǒng)時鐘一起被輸入到相位檢測器402,其中，相位檢測器402適于確定系統(tǒng)時鐘與本地時鐘之間的相位差。這一相位差然后由重采樣單元224用于利用所述相位差將從ADC 214接收的數(shù)字樣本信號重采樣為希望的數(shù)字樣本輸出信號。
ADC時鐘現(xiàn)在不再被系統(tǒng)時鐘的噪聲污染。為了去除對ADC的位置的限定，方便對ADC的輸出進行編碼以通過串行數(shù)字連接實現(xiàn)傳輸。普通編碼方案是由各種串行數(shù)字通信協(xié)議使用的所謂的8到10位編碼(8B/10B編碼)。這種編碼方案能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘恢復(fù)并由此允許ADC時鐘從ADC數(shù)據(jù)路徑本身來恢復(fù)。這得到了圖5中圖示的電路。在圖5中所示的電路中，本地時鐘振蕩器400提供本地時鐘到ADC214。輸入到ADC214的模擬信號通過ADC數(shù)字化并由編碼器502利用例如8B/10B編碼進行編碼。串行器504和解串行器506能夠?qū)崿F(xiàn)通過串行鏈接的傳輸。從在串行器與解串行器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，時鐘恢復(fù)模塊500能夠使本地ADC時鐘恢復(fù)。這一本地ADC時鐘510然后連同系統(tǒng)時鐘222 —起被輸入到相位檢測器402中。所檢測的相位差最終由重采樣器224使用，以在利用解碼器508解串行和解碼之后對所述數(shù)據(jù)流進行重采樣。在本文中，解碼器508是10/8位解碼器。優(yōu)選地，針對在串行器與解串行器之間的ADC數(shù)據(jù)的傳輸，優(yōu)選光學(xué)路徑，其中光學(xué)發(fā)射器在ADC端，而光學(xué)接收器在重采樣器端。檢測ADC時鐘相位包括確定在系統(tǒng)時鐘單元表達的ADC時鐘頻率。例如，這種檢測器402的實施可以包括兩個計數(shù)器602和606，如圖6中詳細(xì)圖示的。在圖6中，計數(shù)器602對所恢復(fù)的ADC時鐘脈沖510進行計數(shù)并且計數(shù)器606對系統(tǒng)時鐘脈沖222進行計數(shù)。另外可以針對相位檢測器指定計數(shù)周期600。由計數(shù)周期600標(biāo)準(zhǔn)化的兩個計數(shù)器602與606的差異定義了 ADC時鐘與系統(tǒng)時鐘之間的頻率和相位偏移。在本文中，例如通過適于計算系統(tǒng)時鐘與本地時鐘之間的相位差的26位相位計數(shù)器604來執(zhí)行計數(shù)。通過一段延長時間的計數(shù)，可以使相位偏移的準(zhǔn)確度增加到任意程度。然而，優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)使計數(shù)周期與ADC時鐘振蕩器的典型穩(wěn)定性相匹配。例如，當(dāng)以50MHz操作時，大約I秒的檢測周期要求26位計數(shù)器并且得到小于IHz
的頻率誤差。特別方便地，所檢測的ADC相位精確定義了由重采樣器要求的相位步驟。相位計數(shù)能夠直接用作到重采樣器的輸入。盡管圖2中所圖示的現(xiàn)有技術(shù)的重采樣器僅允許IMHz的倍數(shù)的頻率，本文要求的重采樣器必須能夠以更高精度對頻率進行重采樣。所要求的精度必須顯著超過所采集的信號帶寬。施加在現(xiàn)有技術(shù)的重采樣設(shè)計中對IMHz的倍數(shù)的限定，以限制內(nèi)插器系數(shù)的數(shù)量和內(nèi)插器系數(shù)表的對應(yīng)大小。可以通過利用增加的相位精度維持這一表大小限制，以執(zhí)行針對有限數(shù)量的頻率所定義的系數(shù)的內(nèi)插。例如，通過檢測50X22°50MHz時鐘周期，所得的相位計數(shù)器將保持以20位的IMHz精度的相位以及在定義部分相位的較低階20位下的更高的精度。內(nèi)插可能限于12位內(nèi)插以與重采樣器系數(shù)位的數(shù)量相匹配。那么重采樣器僅要求相位部分的較高階的12位。圖7圖示了相位計數(shù)器字格式。在本文中，相位計數(shù)器必須被理解為相對于系統(tǒng)時鐘頻率的ADC時鐘頻率的相位。在圖7中，位25-20(參考標(biāo)記700)定義了以MHz的重采樣相位。位19-8定義了用于重采樣系數(shù)(參考標(biāo)記702)的內(nèi)插的12位部分相位。位7-0或未使用的位(參考標(biāo)記704)。 重采樣器現(xiàn)在要求額外的階段以對存儲在系數(shù)表中的系數(shù)進行內(nèi)插。這在圖8中被圖示。圖8中圖示的重采樣器224包括樣本轉(zhuǎn)換單元802、相位計數(shù)器800、內(nèi)插器804和系數(shù)表單元808。相位值例如通過相位檢測器在每個檢測周期結(jié)束時被周期性地提供給重采樣器。指數(shù)6位(位20-20)被輸入到12位系數(shù)表，而部分12位(位19-8)被輸入到系數(shù)內(nèi)插器。在操作中，重采樣器首先將在ADC采樣頻率下采集的輸入數(shù)字樣本信號的樣本(例如從ADC)傳輸?shù)皆跀?shù)字操作頻率下(即在系統(tǒng)時鐘的頻率下)運行的電子器件。隨后，內(nèi)插所傳輸?shù)臉颖疽陨稍跀?shù)字操作頻率下的第二數(shù)字樣本信號的樣本。相對于系統(tǒng)時鐘的數(shù)字操作頻率的第一數(shù)字輸入樣本信號的采樣頻率的相關(guān)相位來確定何時傳輸樣本。重采樣器中的26位相位計數(shù)器和I秒頻率的檢測周期的使用確保IHz頻率準(zhǔn)確度。這足以確保重采樣準(zhǔn)確度度滿足多數(shù)MR成像和波譜分析應(yīng)用施加的要求。然而，當(dāng)簡單地由解釋更長的時間期時，能夠獲得更高的準(zhǔn)確度。必須注意的是，盡管在上文的設(shè)計中，ADC頻率的精度為1Hz，但執(zhí)行內(nèi)插所具有 的精度僅為250Hz。這通常不是問題，因為采集信號時的信號帶寬與所采集的精度成比例。較低信號帶寬要求較高減少因子，并且因此由于帶寬限制濾波器執(zhí)行的平均運算，精度提高。這一增加與減少因子的平方根成比例。換言之，每個個體樣本點的頻率精度同樣是有限的，具有對應(yīng)于計數(shù)周期的頻率準(zhǔn)確度的最大值的減少因子的平方根使針對所采集的信號帶寬的信號濾波器的頻率精度增加。例如，在IMHz的信號帶寬下，減少因子為50并且所得的頻率精度為 250Hz/ V 50= 36Hz。5KHz的信號帶寬要求10. 000的減少因子并得到 250Hz/ V 10. 000= 2. 5Hz的頻率精度。如果重采樣器的頻率精度保持1MHz，如在不具有系數(shù)內(nèi)插器的當(dāng)前重采樣器設(shè)計中，那么在IMHz信號帶寬下的頻率精度將僅約為140KHz，而在5KHz的信號帶寬下的頻率精度僅約為IOKHz。在實踐中，商用晶體振蕩器提供在50MHz下(50ppm或< 2. 500Hz的頻率準(zhǔn)確度。上述設(shè)計的頻率精度因此遠(yuǎn)低于預(yù)期的準(zhǔn)確度并且足以補償晶體振蕩器頻率中的生產(chǎn)擴散。如果要求增加精度，那么在重采樣器系數(shù)和內(nèi)插階段兩者中都要求額外的位。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的直接數(shù)字接收器的示意圖。所述接收器也包括兩個部件，即CEB 202和RXE 204。在圖9的接收器設(shè)計中，抗混疊濾波器212和ADC 214被移動到CEB 202并且CEB與RXE之間的和RF信號傳輸是全數(shù)字的并且可能是光學(xué)的。外部可用的系統(tǒng)時鐘222僅被提供給RXE 204中的相位檢測器402和解調(diào)振蕩器216，而驅(qū)動ADC214的本地時鐘振蕩器400以單機方式工作，即自動的。因此，時鐘信息被從ADC214以串行和編碼的方式數(shù)字地傳輸?shù)街夭蓸悠?24。圖9中未示出的時鐘恢復(fù)模塊能夠根據(jù)所傳輸?shù)男盘枅?zhí)行時鐘恢復(fù)，使得相位檢測器402能夠確定ADC相對于系統(tǒng)時鐘222的采樣位置的相關(guān)相位。圖9中圖示的線圈組件內(nèi)的DDR的使用能夠?qū)崿F(xiàn)用于通過常規(guī)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘枎挼娘@著減少。如果足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬是可用的，那么備選實施方式可以將ADC數(shù)據(jù)直接發(fā)送到用于以軟件方式進行處理的計算機。仍然要求或者以例如通過使所采集的信號和其他信號相關(guān)聯(lián)的純軟件的方式，或者通過在每個通信通道上添加具體的相位檢測器來進行相位檢測。
圖9中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有各種特征一個特征在于所有模擬RF部件被限定到CEB。此外，所有信號傳輸是全數(shù)字的。這能夠?qū)崿F(xiàn)具有對RF發(fā)射場交互完全抗干擾的可靠的光學(xué)信號傳輸。此外，RXE是全數(shù)字的，消除了與混合信號設(shè)計相關(guān)聯(lián)的工程挑戰(zhàn)。無需RXE中的高保真度時鐘，并且基于簡單電壓控制的振蕩器用于與系統(tǒng)進行數(shù)字鏈接的時鐘恢復(fù)足以維持與其他系統(tǒng)部件的同步。必須注意的是，代替電壓控制的振蕩器，可以采用可靠并且穩(wěn)定的任何種類的時鐘。此外，圖9圖示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特征是ADC時鐘從本地時鐘振蕩器(參考數(shù)字400)被直接導(dǎo)出。ADC時鐘是自由運行的由此保留了晶體振蕩器的極好的短時保真度。盡管使用自由運行的振蕩器，例如，代替鎖相環(huán)(PLL)中的電壓控制的振蕩器而使用晶體振蕩器，ADC時鐘沒有被電壓控制信號的噪音污染。此外，可以使所有依賴頻率的部件與單個部件(CEB)隔離。RXE不再是依賴頻率的。盡管如此，仍然有必要配置ADC時鐘頻率，RXE具有非依賴頻率的部件因此減少了部件類型計數(shù)。 圖9的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的另一特征在于CEB的部件計數(shù)也增加了，有用于通過混合集成電路技術(shù)獲得微型化可能性的空間。在生產(chǎn)期間所要求的CEB的數(shù)量可以顯著佐證ASIC(專用集成電路)的發(fā)展。ASIC是被自定義用于特定用途的集成電路，而不是用于一般目的的用途。因此，不再可能操縱ASIC的功能。然而，生產(chǎn)成本較低。最后，圖9的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個特征在于提供了額外的RF線圈設(shè)計自由度以實現(xiàn)備選的部件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這可以例如用于實現(xiàn)更均勻的能量分布。
權(quán)利要求
1.一種用于尤其是磁共振成像系統(tǒng)(I)的RF線圈(11、12、13、200)的直接數(shù)字接收器，用于提供在系統(tǒng)時鐘(222)時基中的數(shù)字操作頻率下的數(shù)字樣本輸出信號，所述接收器包括 -模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)，其用于將從所述RF線圈(11、12、13、200)接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本輸入信號，所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)由本地時鐘驅(qū)動， -本地時鐘振蕩器(400)，其適于將本地時鐘時基中的所述本地時鐘提供給所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)，所述本地時鐘時基獨立于所述系統(tǒng)時鐘時基， -相位檢測器(402)，其適于確定所述系統(tǒng)時鐘(222)與所述 本地時鐘之間的相位差(512)， -重采樣單元(224)，其適于利用所述相位差(512)將所述數(shù)字樣本輸入信號重采樣為所述數(shù)字樣本輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接收器，其中， -在線圈元件板(202)上包括所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)、所述本地時鐘振蕩器(400)和所述RF線圈(200)的電子模擬接收部件(206)， -在數(shù)字接收器模塊(204 )上包括所述相位檢測器(402 )和所述重采樣單元(224 )， -所述線圈元件板(202)和所述數(shù)字接收器模塊(206)是空間上分離的， 其中，所述線圈元件板與所述數(shù)字接收器模塊之間的通信連接是純數(shù)字通信連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接收器，還包括 -編碼器(502)，其與所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)耦合，用于將所述數(shù)字樣本輸入信號編碼為數(shù)字傳輸信號， -解碼器(508)，其與所述重采樣單元(224)耦合，用于根據(jù)所述數(shù)字傳輸信號對所述數(shù)字樣本輸入信號進行解碼， -時鐘恢復(fù)模塊(500)，其耦合在所述編碼器與所述解碼器之間，所述時鐘恢復(fù)模塊適于從所述數(shù)字傳輸信號恢復(fù)所述本地時鐘，其中，用于確定所述相位差的所述相位檢測器(402)所使用的本地時鐘是由所述時鐘恢復(fù)模塊恢復(fù)的所述本地時鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收器，其中，所述編碼器(502)適于提供所述數(shù)字樣本輸入信號的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)兼容編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收器，還包括耦合在所述編碼器與所述解碼器之間的串行器(504)和解串行器(506)，其中，所述串行器適于對所述數(shù)字傳輸信號串行化，并且所述解串行器適于使所述數(shù)字傳輸信號解串行化，其中，所述串行器和解串行器由所述本地時鐘驅(qū)動，其中，所述時鐘恢復(fù)模塊(500)適于從經(jīng)串行化的數(shù)字傳輸信號恢復(fù)所述本地時鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接收器，其中，所述相位檢測器(402)包括第一計數(shù)器(602)、第二計數(shù)器(606)和相位計算電路(604)，所述第一計數(shù)器(602)對本地時鐘脈沖進行計數(shù)，并且所述第二計數(shù)器(606)對系統(tǒng)時鐘脈沖進行計數(shù)，其中，所述相位計算電路(604)適于根據(jù)所述第一計數(shù)器與所述第二計數(shù)器的計數(shù)差來計算所述系統(tǒng)時鐘與所述本地時鐘之間的所述相位差(512)。
7.一種磁共振成像設(shè)備(1)，其包括1^線圈(11、12、13、200)和根據(jù)權(quán)利要求1中所述的直接數(shù)字接收器。
8.一種提供尤其是磁共振成像系統(tǒng)(I)的RF線圈(11、12、13、200)的RF信號作為在系統(tǒng)時鐘(222)時基中的數(shù)字操作頻率下的數(shù)字樣本輸出信號的方法，所述方法包括 -由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)將從所述RF線圈(11、12、13、200 )接收的模擬RF信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本輸入信號，其中，所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)由本地時鐘驅(qū)動，其中，本地時鐘振蕩器(400)將本地時鐘時基中的所述本地時鐘提供給所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)，所述本地時鐘時基獨立于所述系統(tǒng)時鐘時基， -確定所述系統(tǒng)時鐘與所述本地時鐘之間的相位差(512)， -利用所述相位差將所述數(shù)字樣本輸入信號重采樣為所述數(shù)字樣本輸出信號。
9.一種包括計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法的步驟中的任何一個的計算機程序產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于尤其是磁共振成像系統(tǒng)(1)的RF線圈(11、12、13、200)的直接數(shù)字接收器，用于提供在系統(tǒng)時鐘(222)的時基中的數(shù)字操作頻率下的數(shù)字樣本輸出信號，所述接收器包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)，其用于將從RF線圈(11、12、13、200)接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本輸入信號，所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)由本地時鐘驅(qū)動；本地時鐘振蕩器(400)，其適于將本地時鐘時基中的本地時鐘提供給模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(214)，所述本地時鐘時基獨立于系統(tǒng)時鐘時基；相位檢測器(402)，其適于確定系統(tǒng)時鐘(222)與本地時鐘之間的相位差(512)；重采樣單元(224)，其適于利用所述相位差(512)根據(jù)數(shù)字樣本輸出信號對所述數(shù)字樣本輸入信號進行重采樣。
文檔編號H03M1/12GK102656472SQ201080057099
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者F·范利埃 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司