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专利名称：用于从成像目标接收磁共振(mr)信号的系统和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁共振成像(MRI)系统，特别地涉及一种用于转 换从成像目标(subject)接收的MR信号的频率的变频前置放大器。
背景技术：
磁共振成像(MRI)是一种不需要使用X射线或其他电离辐射而能 够生成人体内部的图像的医学成像程式(modality)。 MRI使用强力磁体产 生强大、均匀、静态的》兹场(即"主》兹场")。当人体或人体的一部分 -波放置在该主磁场中时，与组织水(tissue water)中的氢核相关的核自旋 被极化。这意味着与这些自旋相关联的磁矩变得优先沿着该主磁场方向 对齐，从而导致沿着该轴("z轴"，按照惯例)产生小的净组织磁化 (net tissue magnetization) 。 MRI系统还包括4皮称为梯度线圈的组件， 用于在被施加电流时产生更小幅度的空间变化磁场。典型地，梯度线圈 -陂设计成产生沿着该z轴对齐并且幅度随着沿x、y或z轴之一的位置线 性变化的磁场成分。该梯度线圏的效果是沿着单个轴使该磁场强度以及 伴随地使核自旋共振频率形成小斜坡(ramp)。这些具有正交轴的梯度 线圈被用于通过在人体的每个位置产生特征(signature)共振频率而"空 间编码"该MR信号。射频(RF)线圈被用于在该氪核的共振频率或其 附近产生RF脉冲能量。该RF线圏用于以受控方式向该核自旋系统增加 能量。当该核自旋弛豫(relax)回到它们的静止能量状态时，它们以 RF信号的形式释放能量。该RF信号被一个或多个RF接收线圈检测并 且使用计算机和已知的重建算法变换为图像。
被RF接收线圏检测到的信号的幅度通常较小。RF接收线圏可以被 连接到前置放大器，以便在进一步的信号处理之前放大该RF接收线圏 冲全测到的信号。在具有多个RF接收线圈的MRI系统中，可以为每个 RF接收线圏提供前置放大器。前置放大器减少了环-环耦合(loop to loop coupling)并且改善了系统的噪声指数。然而，前置放大器会从其 输出接口辐射并形成振荡器。可以使用低损耗、高屏蔽的输出电缆和连 接器来减小耦合和损耗，然而这种电缆和连接器的尺寸或成本不会是高
效的，特别是在具有多个RF接收线圏的系统中。因此，需要一种减少 或消除由前置放大器产生的振荡的系统和设备。

发明内容
根据一个实施例， 一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR) 信号的设备包括配置成检测该MR信号的接收线圈，和耦合到该接收 线圏并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率 的变频前置放大器(frequency translating preamplifier )。
根据另一实施例， 一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR) 信号的系统包括至少一个被配置成检测该MR信号的接收线圈，和耦 合到该至少一个接收线圏并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的 频率变换为中间频率的至少一个变频前置放大器，以及耦合到该至少一 个变频前置放大器并且被配置成处理该放大的MR信号的接收器。
根据另一实施例， 一种用于磁共振成像(MRI)系统中的接收线圏 的变频前置放大器包括具有预定增益并且被配置成从该接收线圏接收 至少一个磁共振(MR)信号和生成放大的MR信号的放大器，耦合到 该放大器并且被配置成过滤至少一个预定频率的频率滤波器，以及耦合 到该频率滤波器并且被配置成将该放大的MR信号的频率变换为中间频 率的混频器。


根据以下详细说明并结合附图，本发明将变得更容易理解，其中 图1是根据一个实施例的示例性磁共振成像系统的示意性框图； 图2是根据一个实施例的MRI系统的接收路径的简化示意性框图； 图3是根据 一 个实施例的包括变频前置放大器细节的接收路径的简 化示意性框图4是根据一个替代实施例的MRI系统的接收路径的简化示意性 框图。
具体实施例方式
图1是根据一个实施例的示例性磁共振成像系统的示意性框图。 MRI系统10的操作由操作员控制台12控制，该控制台12包括键盘或
其他输入装置13、控制面板14和显示器16。该控制台12通过链接(link) 18与计算机系统20通信，并且为操作员提供接口以指定(prescribe)MRI 扫描、显示所得到的图像、对图像执行图像处理以及存档(archive)数 据和图像。计算机系统20包括通过例如使用后面板20a提供的电连接 和/或数据连接互相通信的多个�？�。数据连接可以是直接有线链接 (wiredlink),或者可以是光纤连接或无线通信连接等等。该计算机系 统20的�？榘�括图像处理模块22、CPU�？�24和可以包括帧緩冲器以 存储图像数据阵列的存储�？�26。在一个替代实施例中，该图像处理模 块22可以被CPU�？�24上的图像处理功能替代。计算机系统20被链 接到存档介质装置、永久或备份存储设备或者网络。计算机系统20还 可以通过链接34与另外的系统控制计算机32通信。输入装置13可以 包括鼠标、操纵杆、键盘、触摸球、触摸屏、光笔、声控或任何类似或 等效的输入装置，并且可以用于交互式几何指令(interactive geometry prescription )。
系统控制计算机32包括通过电连接和/或数据连接32a互相通信 的一组�？�。数据连接32a可以是直接有线链接，或者可以是光纤连接 或无线通信连接等等。在一个替代实施例中，该计算机系统20和系统 控制计算机32的�？榭梢栽谙嗤�的计算机系统或多个计算机系统上实 现。该系统控制计算机32的才莫块包括CPU才莫块36和通过通信链接40 连接到操作员控制台12的脉冲生成�？�38。替代地，该脉冲生成�？� 38可以被集成到扫描仪设备中(例如磁体组件52)。系统控制计算机 32通过链接40从操作员接收命令以指示将要执行的扫描序列。脉沖生 成沖莫块38通过发送描述将要产生的RF脉冲和脉冲序列的时序(timing )、 强度和形状以及数据采集窗口的时序和长度的指令、命令和/或请求 (例如射频(RF)波形)，操作该系统部件发出(play out)(即执行) 预期的脉沖序列。该脉沖生成�？�38连接到梯度放大器系统42,并且 产生被称为梯度波形的数据以用于控制将要在扫描期间使用的梯度脉 冲的时序和形状。该脉冲生成^t块38还可以从生理采集控制器44接收 病人数据，该生理采集控制器44从连接到病人的多个不同传感器接收 信号，例如来自附着到病人身上的电极的ECG信号。该脉沖生成^^莫块 38连接到扫描房间接口电路46,该扫描房间接口电路46从与病人和磁 体系统条件(condition)相关联的各个传感器接收信号。病人定位系统
48还可以通过该扫描房间接口电路46接收命令以将病人放置台移动到 预期的位置以进行扫描。
由脉冲生成�？�38产生的梯度波形被施加到包括Gx、Gy和Gz放大 器的梯度放大器系统42。每个梯度放大器激发通常标记为50的梯度线 圏组件中的对应的物理梯度线圏，以产生用于空间编码所采集的信号的 磁场梯度脉沖。梯度线圈组件50形成磁体组件52的一部分，该磁体组 件52包括极化磁体54，并且可以包括整体RF线圈56，表面或平行成 <象线圈76或者两者都有。该RF线圈组件的线圏56、 76可以:故配置成 用于发送和接收或者仅用于发送或仅用于接收。病人或成像目标70可 以:故定位在磁体组件52的圆柱形病人成像空间(imaging volume ) 72。 系统控制计算机32中的收发�？�(transceiver module) 58产生脉沖， 该脉沖被RF放大器60放大并且通过发送/接收开关62耦合到RF线圈 56、 76。所得到的病人的受激核发送的信号可以通过同一RF线圏56感 测(sense),并且通过发送/接收开关62耦合到前置放大器64。替代 地，可以通过另外的接收线圈例如平行线圏或表面线圈76感测由该受 激核发射的信号。该放大的MR信号在收发器58的接收部分被解调、 滤波以及数字化。发送/接收开关62被来自脉冲生成�？�3 8的信号控 制以在发射模式期间将RF放大器60电连接到RF线圈56,并在接收模 式期间将前置放大器64电连接到RF线圏56。该发送/接收开关62还 可以使得在发射或接收模式期间能够使用另外的RF线圈(例如平行或 表面线圏76)。
由RF线圏56感测的MR信号被收发才莫块58数字化并且传送到系 统控制计算机32中的存储�？�66。典型地，对应于MR信号的数据帧 被临时存储在存储�？�66中直到它们后来被变换以生成图像。阵列处 理器68使用一种已知的变换方法，通常为傅里叶变换，根据该MR信 号生成图像。这些图像通过链接34传输到计算机系统20并在计算机系 统20被存储到存储器中。响应于从操作员控制台12接收的命令，该图 像数据被存档在长期(long - term )存储器中，或者被图像处理器22进 一步处理并传送到操作员控制台12并在显示器16上显示。
图2是根据一个实施例的用于MRI系统的接收路径的简化示意性 框图。接收路径200与上述图1的MRI系统或任何类似或等效的用于获 得MR图像的系统兼容。接收路径200包括RF接收线圏202、变频前
置放大器204和收发器206。为了清楚起见，在图2中省略了其他各个 部件例如发送/接收开关等。RF接收线圈202可以是例如整体RF线圏、 表面线圈、头线圈、线圏阵列中的线圈等等，并且被配置成检测响应于 施加到成像目标上的RF脉沖和磁场而从成像目标发射的信号。RF接收 线圈202被耦合到变频前置放大器204并且与其进行信号传输。接收线 圏202检测到的信号被提供到变频前置放大器204，变频前置放大器204 被配置成放大该信号并将该放大信号的频率变换为中间频率，这将在下 面参照图3更详细说明。该中间频率是与所采集信号的频率不同的频率。 因此，该变频前置》文大器204的^T出将不会以该MR频率辐射，并且不 会产生振荡。
在一个实施例中，该中间频率是比所采集的MR信号频率更低的频 率。在另一实施例中，该中间频率是比所采集的MR信号频率更高的频 率。变频前置放大器204通过接口或连接器205耦合到收发器206并与 之进行信号传输。该放大的信号被从变频前置放大器204发送到例如收 发器206的接收部分以进行进一步处理(例如解调、滤波、数字化、进 一步放大等等)。在该中间频率低于所采集的MR信号频率的实施例中， 接口或连接器205是低频兼容接口或连接器，包括但不限于双扭线电缆 (twisted pair cable )。在该中间频率高于所采集的MR信号频率的实施 例中，接口或连接器205是高频兼容接口或连接器，包括但不限于同轴 电缆。
如上所述，变频前置放大器204被用于放大接收线圈202所接收的 信号并将该放大信号的频率变换为中间频率。图3是根据一个实施例的 包括变频前置放大器细节的接收路径的简化示意性框图。除了其他部 件，接收路径300包括RF接收线圏部件302、变频前置放大器304、接 口或连接器316和收发器306。为了清楚起见，图3中省略了其他各个 部件例如发送/接收开关。如上参照图2所述，RF接收线圏302例如 可以是整体RF线圈、表面线圏、头线圈、线圏阵列中的线圏等等。变 频前置放大器304包括放大器308、频率滤波器310和混频器(mixer)312。 具有预定频率的本地振荡器(local oscillator ,LO )信号314被提供到混 频器310。
接收线圏部件302所采集或感测的信号被发送到变频前置放大器 304。该信号^皮;改大器308 4吏用预定的增益^:大。在一个实施例中，放
大器308是低噪声、高增益放大器。然后该放大的信号被提供到频率滤 波器310,以滤掉不需要频率上的信号和允许预定(一个或多个)频率 或频带上的信号通过。然后使用混频器312基于通用本地振荡器信号 314的频率，将该放大的MR信号的频率变换为中间频率(IF)。该中 间频率是与该采集的信号频率不同的频率。因此，该变频前置放大器304 的输出将不会在该MR频率上辐射并且不会发生振荡。在一个实施例中， 该中间频率是4氐于该MR信号频率的频率。在这一实施例中，如图3所 示，混频器312 (以及变频前置放大器304)的输出通过低频兼容接口 或连接器316提供到收发器306,该接口或连接器316包括但不限于双 扭线电缆。低频兼容接口可以是较低复杂性和较廉价的接口。该变频前 置放大器304的配置可以允许使用不限制位置的高增益放大器(或前置 放大器)，从而能够获得更高的信噪比(SNR)。如上参照图2所述， 在一个替代实施例中，该中间频率是高于该MR信号频率的频率，接口 或连接器205 (图2所示)是高频兼容接口。
在一个替代实施例中，接收路径300可以包括多个或者阵列的RF 接收线圈。图4是根据一个替代实施例的用于MRI系统的接收路径的简 化示意性框图。接收路径400与上述图1的MRI系统或任何相似或等效 的用于获得MR图像的系统兼容。接收路径400包括RF接收线圈阵列 402,其中每个线圏部件单独检测MR信号。RF接收线圏阵列可以包括 但不限于，整体阵列以及分体(partial body)阵列例如头线圈阵列、心 脏(cardiac)线圏阵列和脊柱(spine)线圏阵列。线圈部件阵列402被 用于采集成像目标中的视场(field-of-view,FOV)的MR数据，包括四 个单独的线圈部件410、 411、 412和413。来自每个线圈部件410、 411、 412和413的MR信号^皮分别发送到对应的变频前置放大器420、 421、 422和423。变频前置放大器420、 421、 422和423每个^皮配置成放大 对应的接收线圈410、 411、 412和413接收的信号以及将该放大的信号 的频率变换为中间频率。该放大的MR信号被分别发送到接收器440的 对应接收通道(或数据采集通道)430、 431、 432和433以进行进一步 处理(例如解调、滤波、数字化、进一步放大等等)。该接收器440和 接收通道430、 431、 432和433例如可以是收发器的部件。
本说明书使用示例公开了本发明，包括最佳模式，并且使得本领域 技术人员能够作出和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限
如果具有与权利要求的字面语言没有区别的结构部件，或者如果包括与
权利要求的字面语言没有实质区别的等效结构部件，那么它们将在权利 要求的范围内。任何过程或方法步骤的顺序和序列都可以根据替代的实 施例而变化或重新排序。
可以对本发明作出许多其他改变和修改而不脱离本发明的精神。根 据所附的权利要求将会清楚这些和其他改变的范围。
部件列表
图1:10MRI系统
12操作员控制台
13输入装置
14控制面板
16显示器
18链接
20计算机系统
20a:后面4反22图像处理�？�
24CPU模块
26存储模块
32系统控制计算机
32a:数据连接34.链接
36:CPU�？�
38:脉沖生成�？�
40:通信链接
42:梯度放大器系统
44:生理采集控制器
46:扫描房间接口电路
48:病人定^f立系统
50:梯度线圏组件
52:磁体组件
54:磁体
56: RF线圏
58:收发�？�
60: RF放大器
62:发送/接收开关
64:前置放大器
66:存储模块
68:阵列处理器
70:病人或成像目标
72:圆柱形病人成像空间
76:表面或平行成像线圏
图2:
200: 4妻收路径 202: RF接收线圏 204:变频前置放大器 205:接口或连接器 206:收发器
图3:
300:接收路径
302: RF接收线圏部件
304:变频前置放大器
306:收发器
308:》t大器
310:频率滤波器
312:混频器
314:本地振荡器信号
316:连接器接口 图4:
400: 4妄收i 各径 402: RF接收线圈阵列 410:线圏部件 411:线圈部件 412:线圏部件 413:线圏部件 420:变频前置放大器 421:变频前置放大器 422:变频前置放大器 423:变频前置放大器 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
权利要求
1. 一种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR)信号的设备，该设备包括:配置成检测该MR信号的接收线圈(202，302)；和耦合到该接收线圈(202，302)并且配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率的变频前置放大器(204，304)。
2. 如权利要求l所述的设备，其中该中间频率与该MR信号的频率 不同。
3. 如权利要求1所述的设备，其中该变频前置放大器(304 )包括 具有预定增益的放大器(308 );耦合到该放大器(308 )并被配置成过滤至少一个预定频率的频率 滤波器(310);和耦合到该频率滤波器(310)并被配置成将该MR信号的频率变换为 该中间频率的混频器(312)。
4. 如权利要求3所述的设备，其中该混频器(312)被配置成基于 本地振荡器信号(314)频率将该MR信号的频率变换为该中间频率。
5. —种用于接收由成像目标发射的磁共振(MR)信号的系统，该 系统包4舌至少一个被配置成检测该MR信号的接收线圏(202， 302 );耦合到该至少一个接收线圈(202， 302 )并且配置成放大该MR信 号和将该MR信号的频率变换为中间频率的至少一个变频前置放大器 (204, 304 ),和耦合到该至少一个变频前置放大器并且被配置成处理该放大的MR 信号的接收器(206, 306 )。
6. 如权利要求5所述的系统，其中该至少一个接收线圈(202, 302 ) 被包含在接收线圈的阵列(402 )中。
7. 如权利要求5所述的系统，还包括将该接收器(206， 306 )耦 合到该至少一个变频前置放大器(204, 304 )的连接器(205, 316 )。
8. 如权利要求5所述的系统，其中该至少一个变频前置放大器(304 ) 包括具有预定增益的放大器(308 ); 耦合到该放大器(308 )并被配置成过滤至少一个预定频率的频率 滤波器(310);和耦合到该频率滤波器(310)并被配置成将该MR信号的频率变换为 该中间频率的混频器(312)。
9. 一种用于磁共振成像(MRI)系统中的接收线圈(302 )的变频 前置放大器(304 )，该变频前置放大器(304 )包括具有预定增益并且被配置成从该接收线圈(302 )接收至少一个磁 共振(MR)信号和生成放大的MR信号的放大器(308 );耦合到该放大器(308 )并且被配置成过滤至少一个预定频率的频 率滤波器(310);以及耦合到该频率滤波器(310)并且被配置成将该放大的MR信号的频 率变换为中间频率的混频器(312)。
10. 如权利要求9所述的变频前置放大器，其中该混频器(312) 被配置成基于本地振荡器信号(314)频率而将该放大的MR信号的频率 变换为该中间频率。
全文摘要
一种用于从成像目标接收磁共振(MR)信号的系统和设备，包括被配置成检测该MR信号的接收线圈(302)，和耦合到该接收线圈(302)的变频前置放大器(304)。该变频前置放大器(304)被配置成放大该MR信号和将该MR信号的频率变换为中间频率。该变频前置放大器(304)包括具有预定增益的放大器(308)，被配置成滤掉至少一个预定频率的频率滤波器(310)，和被配置成将该MR信号的频率变换为该中间频率的混频器(312)。
文档编号G01R33/36GK101382587SQ20081021281
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月7日
发明者D·楚, R·S·斯托尔蒙特 申请人:通用电气公司