用于MR中的动态范围压缩的逆分散滤波器

摘要

用于接收或激励磁共振(MR)信号的射频(RF)设备包括被调谐到MR频带的MR线圈(22、32)、至少部分调谐到在基带处操作的数字信号处理链(40、44、58、70)、可操作地连接至MR线圈并且至少部分调谐到在MR频带处操作的模拟信号处理链(48、50、54、60)、以及连接数字信号处理链和模拟信号处理链的模数(A/D)或数模(D/A)转换器(46、56)。模拟信号处理链包括被调谐为施加频率相关的信号延迟(52、62)的模拟分散延迟线(50、60)，所述频率相关的信号延迟随着MR频带单调增加或单调减小。在更具体的实施例中，RF设备可以包括MR发射链(20)或MR接收链(30)。

说明书

技术领域

下文总体上涉及磁共振(MR)成像技术、MR光谱学技术、MR血管造影技术以及相关技术。

背景技术

磁共振(MR)设备采用在高动态范围内操作的发射和接收射频(RF)电子器件。例如，MR激励通常采用总体上以MR频率为中心的窄频带上的急剧到达高点的RF脉冲，因此在脉冲峰值处具有高振幅，而在其他地方具有低得多的振幅。通常接收到的MR信号是回声，在所述回声中，所有自旋会在靠近k-空间的中心的某个时刻连贯地相加，从而产生高信号，而在k-空间的某些其他区域是不连贯的，从而产生低得多的信号。为了处理这种大的动态范围，MR成像或光谱设备通常在发射RF链中采用专用的RF调制器，以及通常具有相对高速的ADC和大数目比特的专用接收器，以便保持可接受的SNR而不会对信号消波(clipping)。

通过在本地MR接收器线圈或线圈阵列的MR成像中的广泛使用，使这些昂贵且专用的硬件要求变得更加麻烦。这些具有结构上的优点，并且能够例如通过将局部线圈或线圈阵列定位在要被成像的解剖结构的表面上或紧邻要成像的解剖结构的表面上，或者使用围绕正在成像的头部的头部线圈等来提高灵敏度。但是，这些接收链中对于高动态范围和低噪声的要求导致这些设备的功率和成本相对较高。

下文公开了新的和改进的系统和方法。

发明内容

在一个所公开的方面中，公开了一种用于在MR成像或光谱学对象中接收或激励磁共振(MR)信号的射频(RF)设备。所述RF设备包括：MR线圈，其被调谐到MR频带；数字信号处理链，其至少部分地被调谐为在基带上操作；模拟信号处理链，其与MR线圈可操作地连接并且至少部分地被调谐为在所述MR频带上操作；以及，模数(A/D)或数模(D/A)转换器，其连接所述数字信号处理链和所述模拟信号处理链。所述模拟信号处理链包括模拟分散延迟线，其被调谐为施加频率相关的信号延迟，所述频率相关的信号延迟在MR频带上单调增加或单调减少。

在另一个所公开的方面中，一种RF设备包括：MR接收线圈，其被配置为接收MR频带中的MR信号；模拟分散延迟线，其被连接为分散由MR接收线圈接收的MR信号以产生分散的MR信号；以及A/D转换器，其被连接为根据分散的MR信号生成数字化的分散的MR信号。

在另一个所公开的方面中，一种RF设备包括：数字信号处理链，其被配置为生成MR频带中的数字信号；D/A转换器，其被配置为将数字信号转换为模拟信号；以及模拟分散延迟线，其被连接为增加模拟信号的动态范围以生成RF激励脉冲。RF设备还可以包括MR发射线圈，其被调谐为响应于接收由模拟分散延迟线生成的RF激励脉冲而发射MR激励信号。

一个优点在于提供一种具有降低的动态范围要求的用于磁共振(MR)成像和/或光谱设备的射频(RF)发射链。

另一个优点在于提供这种MR设备的现有RF发射链的改型，以通过有限的硬件修改来提供前述优点。

另一个优点在于提供具有降低的动态范围要求的MR成像和/或光谱设备的RF接收链。

另一个优点在于提供这种MR设备的现有RF接收链的改型，以通过有限的硬件修改来提供前述优点。

另一优点在于提供通过无损信号解压缩和/或压缩方法实现的前述优点中的一个或多个。

给定实施例可以不提供或者提供一个、两个、多个或所有前述优点，和/或可以提供其他优点，这对于本领域普通技术人员在阅读和理解本公开后将变得显而易见。

附图说明

本发明可以采取各种组件和组件布置以及各种步骤和步骤布置的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为限制本发明。在呈现日志或服务呼叫数据的图形中，某些标识信息已通过使用叠加的编辑框进行了编辑。

图1示意性图示了磁共振(MR)成像和/或光谱设备，其中示意性示出了射频(RF)发射和RF接收链。

图2示意性示出了在图1的MR接收链的分散延迟线分量的备选实施例中适当地实现的备选单调的频率相关的信号延迟。

具体实施方式

参考图1，磁共振(MR)成像和/或光谱设备10包括机架或壳体12，所述机架或壳体12包含内部组件(未示出)，所述内部组件通常包括产生静态磁场(通常表示为B

如在图1中进一步示意性描绘的，MR设备10还包括用于激励和接收MR信号的射频(RF)设备，诸如，驱动MR发射线圈22的示例性的MR发射链20以及处理由MR接收线圈32接收的MR信号的MR接收链30。MR激励和所接收的MR信号在MR频带中，所述MR频带通常以由

MR发射线圈22和MR接收线圈32在图1中均被示为单环线圈。然而，更一般地，术语“MR线圈”和本文所使用的类似措词应当理解为涵盖已知用于激励或接收MR信号的其他线圈类型和线圈阵列。例如，MR发射和接收线圈22、32能够是全身鸟笼线圈、头部线圈或线圈阵列、肢体线圈或线圈阵列、表面线圈阵列等。MR线圈22、32可以采用任何合适的RF电路技术，例如，可以采用带有集总电容和/或分布式电容和/或电感调谐元件等的带状线或微带状导体、传输线配置、实心导体等。此外，在一些实施例中，相同的物理线圈(即，MR收发器线圈或线圈阵列)可以使用合适的切换电路同时用作MR发射22和接收线圈32。

首先考虑MR发射链20。在常规设计中，发射链采用数字电路在基带处生成数字RF脉冲，所述数字RF脉冲被转换为模拟域并使用模拟或数字混频器等被调制到MR频带(即，频移)，被放大并应用于MR发射线圈。在这种常规方法中，数字RF脉冲具有大的动态范围(就幅度而言)，因此MR发射链的组件必须具有足够高的速度和高的(模拟)灵敏度或高的(数字)分辨率来处理RF脉冲而没有削波或过度失真。图1的MR发射链20避免了这种问题，如下所述。

继续参考图1，示例性的MR发射链20包括数字信号发生器40，其在基带处生成数字信号，表示期望的RF激励脉冲。在示例性的图1中，这种数字信号是数字啁啾信号42，其中，信号频率在时间T上从基带内的初始频率f1

如本文所公开的，MR频带处的模拟信号通过模拟分散延迟线50在动态范围内适当地增加，以生成具有窄且大的峰值(因此具有较大的动态范围)的期望的RF激励信号。为了实现这一点，模拟分散延迟线50施加频率相关的信号延迟52，其在MR频带上单调增加(如在示例范例中)或单调减少(在备选实施例中)。更具体地，频率相关的信号延迟52被选择为消除啁啾信号42的线性信号频率斜坡，使得所有信号频率在时间上对准，从而产生具有大峰值的较高的动态范围RF激励脉冲。由于示例性啁啾信号42随着时间间隔T在频率上从f1

可以使用能够生成期望的频率相关的信号延迟52的任何已知技术来构造模拟分散延迟线50。例如，模拟分散延迟线50可以是利用频率相关的声波延迟的表面声波(SAW)设备，或者可以是利用频率相关的反射相移的反射模式延迟线。

继续参考图1，现在考虑MR接收链30。MR接收线圈32接收由于在k-空间的中心附近的大的信号峰值以及在k-空间的周围区域的低的多的信号强度而通常具有高动态范围的MR信号。备选地，在时域中观察，信号强度在MR信号的初始RF激励处以及在任何后续的自旋回波或梯度回波峰值处最高，而在成像序列的其他点处低得多。所接收的MR信号通常也很弱，因此，在MR信号由模数(A/D)转换器56数字化并由将MR信号从MR频带移至基带的数字RF解调器58解调之前，可以首先应用前置放大器54来增强MR信号强度。在备选实施例中，接收链可以包括模拟RF调制器，其后是A/D转换器，以在解调到基带之后将MR信号数字化。

为了更容易地适应由MR接收线圈32接收的MR信号的典型的高动态范围，在MR线圈32之后(以及在示例性实施例中，在前置放大器54之后，以及在下游A/D转换器56和RF解调器58之前)将模拟分散延迟线60插入MR接收链。模拟分散延迟线60施加频率相关的信号延迟62，频率相关的信号延迟62随着MR频带单调增加或(如在示例性范例中)或单调减少(在备选实施例中)。频率相关的信号延迟62被选择为扩展峰值的MR信号，从而产生与所接收的(以及可选地，经前置放大的)MR信号相比具有更低动态范围的MR信号。示例性的频率相关的信号延迟62从较低的f1

与MR发射链20的模拟分散延迟线50一样，MR接收链30的模拟分散延迟线60可以使用能够生成期望的频率相关的信号延迟62的任何已知技术来构造。例如，模拟分散延迟线60可以是利用频率相关的声学延迟的表面声波(SAW)设备，或者可以是利用频率相关的反射相移的反射模式延迟线。

由模拟分散延迟线60分散后所接收的MR信号由图像重建处理器64处理(例如，在示例性服务器计算机66、台式计算机67上或在一些其他计算机或电子数字处理器上实施)，以生成重建的MR图像，其被适当地显示在计算机67的显示器68上、存储在图片存档和通信系统(PACS，未示出)中和/或以其他方式被利用。图像重建处理器64能够利用适合于由MR成像设备10执行的MR成像脉冲序列所采用的空间编码的任何合适的图像重建算法，以生成MR信号，例如，图像重建处理器64可以采用傅立叶图像重建、迭代重建算法等。同样，如果执行MR光谱，则对MR信号进行适当的傅里叶处理或其他处理，以生成MR光谱数据(可选地在空间上编码，例如，MR光谱图像)。

除了动态范围的有利地缩小之外，由模拟分散延迟线60施加在MR信号上的频率相关的信号延迟62的影响还在于，仅移动在不同频率处的信号的相位，而不移动振幅。即，模拟分散延迟线60作为纯相位线性分散滤波器操作。因此，如果图像重建处理器64操作为生成不依赖于MR信号中包含的相位信息的振幅图像，则由模拟分散延迟线60引入的频率相关的信号延迟62对重建的图像没有影响。同样，对于MR光谱，如果仅利用振幅信息，则由模拟分散延迟线60引入的频率相关的信号延迟62对提取的MR光谱信息没有影响。在这种情况下，将模拟分散延迟线60插入MR接收链30的模拟信号处理子链中，除了有利的动态范围缩小之外，没有任何实际影响，并且不需要对MR接收链30的任何模拟或数字信号处理子链进行其他修改。

另一方面，如果图像重建处理器64利用包含在MR信号中的相位信息(如在某些成像技术中，例如某些扩散加权成像(DWI)方法中的情况)，则由模拟分散延迟线60施加的频率相关的信号延迟62可能是有问题的。在这样的情况下，将数字分散延迟线70适当地插入数字信号处理子链中，优选地在诸如数字RF解调器58之类的任何组件的下游，这可以得益于由模拟分散延迟线60赋予的缩小的动态范围。数字分散延迟线70被调谐为施加单调减小(如在示例性实施例中)或单调增加(在备选实施例中)的频率相关的信号延迟72，这有效地消除由模拟分散延迟线60施加的频率相关的信号延迟62。因此，由于由模拟分散延迟线60施加的示例性频率相关的信号延迟62在频率上从f1

模拟分散延迟线60可以总体上与MR接收线圈32或与接收器电子器件一起定位。例如，在数字MR接收线圈设计中，A/D转换器56与MR接收线圈32和前置放大器54一起设置在单独的接收线圈基板76上。在这种数字MR接收线圈实施例中，模拟分散延迟线60也被设置在单独的接收线圈基板76上，以便沿MR接收线圈32与机载A/D转换器56之间的MR接收链插入。因此，在这些实施例中，单独的接收线圈基板76共同支撑MR接收线圈32、模拟分散延迟线60和A/D转换器56。

另一方面，在模拟MR接收线圈实施例中，由MR线圈32接收的模拟MR信号从接收线圈基板上移出(ported off)，然后将A/D转换器56与接收电子器件一起定位(例如，在包含A/D转换器56，并且还容纳RF解调器58的电子组件外壳中)。在这种情况下，模拟分散延迟线60可以定位在支撑MR接收线圈的相同接收线圈基板上，或者在沿A/D转换器的接收RF链的上游与接收电子器件一起定位。

在图1中，一方面用于表示示例性MR发射链20的用于啁啾信号42和模拟分散延迟线50的各种参数的符号f1

一方面，图1图示了在MR发射链20中采用模拟分散延迟线50，还图示了在MR接收链30中采用模拟分散延迟线60(和可选的数字分散延迟线70)。应当理解，这些是可以独立操作的。

例如，给出的实现方式可以在MR发射链20中采用模拟分散延迟线50，而在MR接收链分30中不采用模拟散延迟线60(和可选的数字分散延迟线70)。

同样，在另一范例中，给出的实现方式可以在MR接收链30中采用模拟分散延迟线60(和可选的数字分散延迟线70)，而在MR发射链20中不采用模拟分散延迟线50。

参照图2和图3，在其他变型中，设想采用具有非线性但仍是单调的、频率相关的信号延迟的分散延迟线。图2图示了备选的频率相关的信号延迟62

总体上，发射链20的数字信号处理(子)链40、44和接收链30的数字信号处理(子)链58、70的数字组件可以包括任何类型的硬连线或可编程数字组件。作为非限制性示例性范例，这些数字组件可以包括微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字专用集成电路(ASIC)、一个或多个分立逻辑门组件中的一个或多个，及其各种组合，等等。发射链20的模拟信号处理(子)链48、50和接收链30的模拟信号处理(子)链54、60的模拟组件可以包括任何类型的模拟分立组件或集成电路(IC)或其各种组合，例如混频器IC芯片可以用于实现模拟RF调制器或解调器组件，并且如前所述，模拟分散延迟线可以被实现为SAW设备和/或反射模式延迟线等。A/D和D/A转换器可以类似地实现为分立和/或IC组件，可选地采用一组A/D或D/A转换器来处理总位数(例如，一组四个八位的转换器能够提供32位转换)。

总体上，用于调节信号动态范围以控制所发射的激励RF信号或所接收的MR信号中的峰值幅度的分散延迟线50、60、70应当近似地匹配于MR采集的频率范围。带宽越小(或更精确，T的值越小)，滤波器将产生的动态范围调整就越少。如果来自系统的通信能够将优选状态通知本地电路，则可以设想使用具有适当的切入/切出电路的多条分散延迟线。有效使用此方法的最终结果是低得多的动态范围，以及水平更好预测的MR信号采样。

已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解了前述详细说明书之后，其他人可能想到修改和变更。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和变更，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。