专利名称：一种核磁共振成像信号的接收方法
技术领域：
本发明涉及核磁共振成像方法和核磁共振成像仪器类，更具体地讲是涉及一种核磁共振成像信号的接收方法。
背景技术：
随着磁共振数字正交检波方法的发展，数字接收机在成像系统中的应用越来越广泛。图7是典型的核磁共振数字接收机系统示意图。由探头(1)采集到的核磁共振信号，经低噪声前置放大器(2)放大后，进入混频器(3)进行检波，经过中频信号调理器(4)放大并且滤除高频分量后进入模数转换器ADC(5)进行数字化采样。根据乃奎斯特采样定理，ADC的采样频率fs通常要比磁共振信号的共振频率ffid至少高两倍以上才能实现对磁共振信号的无失真采集。如果为了进一步减小ADC的量化噪声，就要实现对核磁共振信号的过采样，ADC的采样频率往往要比中频高十几至几十倍。就目前而言，从ADC输出的高速数字信号较难用微处理器实现数字信号的实时处理，有人曾用多个高性能微处理并行工作来解决这个问题。显然，这会在很大程度上增加系统的复杂度和成本。更为简便的做法是采用专用集成电路(ASIC)实现。如图7，ADC采样所得数据送给数字下变频器(6)，其中(7A)、(7B)是具有90度固定相位差的数字正交混频器，磁共振信号经过它由中频下变频到零频附近，然后进入级联梳状滤波器(CIC)(8A)、(8B)进行对信号的第一级抽取和滤波，得到速率较慢的码流，可编程有限冲击响应抽取滤波器(DEC1，DEC2)(9A)、(9B)则对磁共振信号再进行若干级滤波和抽取，最后把得到核磁共振基带的复数信号(I，Q)存入主机(10)。
使用数字接收机可以得到无零频峰、镜像峰干扰的磁共振谱图，此外由于在数字接收机中使用了数字滤波器，它还具有非常好的通带内的线性相移和带外噪声抑制能力。从图7可知，高速ADC采样输出的数字信号(带宽通常为几十兆赫兹)，由数字接收机处理后，输出的往往是慢速的窄带数字信号(带宽通常为几十千赫兹)。图2是数字接收机输出信号的时序图，其中，A是数字接收机输出的核磁共振复数数字信号。A’是数字接收机数据帧信号，每一个信号代表了一次数据采样点。B是采样启动信号，它由主机控制，在其上升沿开始采样。C是实际的核磁共振模拟信号。D表示数字接收机第N-1个采样点及其在实际核磁共振信号上的位置。D’则表示数字接收机第N个采样点及其在实际核磁共振信号上的位置。采样启动时刻在实际核磁共振信号上对应的位置为E。由图2可知，E与数字接收接收机输出采样点D会有tp时间误差。并且有如下关系0≤tp＜tsts＝1/SW其中，ts是每次采样的时间间隔；SW为接收机采样谱宽。
这种时间误差在核磁共振信号的单次采样上表现为核磁共振信号相位的随机抖动，从而影响到核磁共振信号的累加或者抵消。在核磁共振成像上则表现为产生相位编码方向上的伪影。
为了减小这种相位的随机抖动，一个直接的做法是增加接收机的带宽，使得SW增大，减小tp时间误差。但是，这样会使主机对接收机输出的信号再次进行抽取滤波以得到合适的视野(FOV)，另外随着接收机输出谱宽的增加，需要用更快的计算机数据总线来传输数据，用更大的内存空间存放数据，这会对系统的软，硬件提出很高的要求。

发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种核磁共振成像信号的接收方法，该方法通过增设计数器确定相位的偏差值，再对信号进行校正来消除相位抖动。
本发明目的实现由以下技术方案完成一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于在核磁共振数字接收机上设置有用于测量每次误差时间的计数器，在每次采样中，该计数器把测量得到误差时间值发送给主机后，再在接收机谱宽内对核磁共振信号的谱线进行线性相位校正，从而消除核磁共振信号的相位抖动。
在进行线性相位校正之前，需将采集得到的核磁共振信号做快速傅立叶变换(FFT)，把核磁共振信号从时域变换到频域。
所述的接收机谱宽内对谱线做线性相位校正，指的是在频域中，对于谱宽范围的每一个频率点对应的数据点乘上相位校正因子α。
经过线性相位校正核磁共振谱线需要进行快速反傅立叶变换，将核磁共振信号从频域变换到时域，从而得到经过矫正的核磁共振信号。
本发明的优点是，与通过增大接收机谱宽减小核磁共振信号相位抖动的方法相比，从根本上消除了由数字接收机导致的核磁共振信号相位抖动；并且在最小硬件改动的前提下，消除了核磁共振的相位抖动，其实现方法非常简洁、易行；同时由于使用了快速的傅立叶变换和反傅立叶变换实现对核磁共振信号相位抖动的校正，大大减轻了主机的运算负担。
附图概述附

图1为本发明中数字接收机结构框图；附图2为本发明中核磁共振信号采样示意图；附图3为本发明中核磁共振信号相位校正示意图；附图4为本发明中自旋回波脉冲序列示意图；附图5A为原始的核磁共振回波信号时域示意图；附图5B为核磁共振回波信号频域示意图；附图5C为经相位校正后的回波信号时域示意图；附图6A为SE序列(未加相位编码)核磁共振信号原始数据；附图6B为经相位校正后的SE序列(未加相位编码)的数据；附图7为现有技术中数字接收机结构框图；具体技术方案以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解如图1-7所示，标号1-11分别表示探头(1)、低噪声前置放大器(2)、混频器(3)、中频信号调理器(4)、ADC(5)、数字下变频器(6)、数字正交混频器(7A)(7B)、级联梳状滤波器(CIC)(8A)(8B)、抽取滤波器(9A)(9B)、主机(10)、计数器(11)、寄存器(12)。
在核磁共振数字接收机上连接用于测量每次误差时间的计数器(11)，在每次采样中，该计数器(11)把测量得到误差时间值发送给主机(10)后，再在接收机谱宽内对核磁共振信号的谱线进行线性相位校正，从而消除核磁共振信号的相位抖动。
具体实施方案一般分三步进行第一步，对采集得到的核磁共振信号做快速傅立叶变换(FFT)，把核磁共振信号从时域变换到频域。
第二步，在频域中，接收机谱宽内对谱线做一级相位校正，即对于谱宽范围的每一个频率点对应的数据点乘上相位校正因子α。
第三步，对核磁共振谱线进行快速反傅立叶变换，得到经过矫正的核磁共振信号。
从图2可见，采样启动时刻对应的数据点E与数字接收机输出的数据点C之间有tp的时间误差。设核磁共振信号的频率为f，则实际的核磁共振信号可表示为A(t)＝A(0)ei2πf×t(1)设数字接收机采样谱宽为SW，则最后得到的核磁共振信号为A′(t)=A(t)ei2πf×tp,(0<tp<1/SW)---(2)]]>比较1式和2式可以得到，对于每次信号采样，相位抖动的误差为0＜Δφ＜2πf/SW (3)对于每次采样，若误差时间tp的值可以测量，我们就可以通过引入相位修正因子，对核磁共振信号做线性相位纠正，相位修正因子α的表达式如下α=e-i2πf×tp---(4)]]>把2式乘以4式，可得A(t)×α＝A(t) (5)由此可见，在原始数据的基础上乘以相位校正因子就可以消除由数字接收机引起的相位误差。
图3是本发明中核磁共振信号相位校正示意图。其中计数器(11)的计数时钟接系统时钟(频率通常为几十兆赫兹)。采样启动信号作为计数器的计数启动信号，使用数据帧信号作为计数器的停止位。在采样启动时，在采样启动信号的上升沿，计数器开始计数，当遇到帧信号为高电平时停止计数，并且把计数器的值存入寄存器(12)。图3中，从计数器启动到计数器停止所用的时间为tc，设计数器的计数频率为fclk，则计数器的计数值N和误差时间tp有如下关系ts-N/fclk＝tp(6)其中ts表示数字接收机相邻数据点的时间间隔，通过读取计数器的计数值N，可以测量得到tp的值。
为了消除误差时间tp对核磁共振信号造成的影响，也可以利用相位校正因子在时域内进行对核磁共振信号进行卷积运算消除相位抖动。
以核磁共振成像的自旋回波(Spin Echo)序列为例如图4所示，其中Gs，Gp，Gr是梯度场，它们的作用是对样品进行空间编码。90°和180°是射频脉冲和样品磁化矢量扳倒角，其作用是激发样品的核自旋体系，产生核磁共振信号。当采样启动后，数字接收机采集核磁共振信号。对于图4的成像序列，其射频脉冲的频率为10.7MHz，数字接收机的谱宽SW为20KHz，核磁共振信号的带宽为2KHz，采样点数TD为256点。则根据3式，数字接收机接收数据时产生最大相位误差为2π×2KHz/20KHz＝0.2π即36°。图4中，90°和180°射频脉冲的间隔时间为t＝5ms，根据核磁共振理论，其信号产生的回波顶点的时间t′也应为5ms。图5A是数字接收机采集到的时域原始核磁共振信号。由于核磁共振信号相位的发生随机抖动，所以从图上可以看出回波顶点并不5ms的时刻。由此可见，若不对核磁共振信号进行相位校正，则会在核磁共振数据的相位编码方向引入严重的相位随机抖动干扰，这必定会引起很严重的图像伪影。为了对核磁共振信号进行相位校正，采用以下步骤第一步，对时域核磁共振信号进行快速傅立叶变换(FFT)后得到频域的核磁共振谱如图5B。
第二步，在频域中对核磁共振谱进行相位校正，其方法如下由于接收机的采样带宽为20KHz，采样点数为256点，根据傅立叶变换的性质，得到谱图上第n个数据点的频率值f为fn＝n×78.125Hz (0≤n＜256)(7)
则谱宽内每一个数据点的相位校正因子可以表示为αn=ei2π×n×fn×tp---(8)]]>对于此实施例，相位校正因子可表示为αn＝ei2π×n×78.125×tp(9)其中，tp是每次采样的时间误差值。对于此实施例，设数字接收机的谱宽为20KHz，则tp的最大值为50us。当系统计数时钟为50MHz时，计数值N最大为50us*50MHz＝2500。对于此次采样，设计数器的计数值为1000，则根据6式，得到时间误差值tp＝50us-20us＝30us。再根据9式，对数字接收机得到的原始谱图中的每一个数据点乘以相位校正因子αnαn=ei2π×n×78.125×30×10-6,(0≤n≤256)]]>计算出αn因子后，在所得的核磁共振谱图中从0Hz开始到SW谱宽范围内每个频率点的数据乘上相应的相位校正因子，这样便得到校正后的核磁共振谱。
第三步，对经过校正的核磁共振谱做反傅立叶变换，获得没有相位抖动的时域核磁共振信号，如图5C，回波顶点A在经过相位校正之后，消除了每次采样导致的相位抖动。
图6A是原始核磁共振K空间数据，K空间中的每一行数据对应于一次核磁共振信号的采样，其信号幅度用灰度来表示，亮度高表示信号幅度大，亮度低表示信号幅度小，从K空间上可以清晰的看到由于数字接收机每次采样导致核磁共振信号的相位抖动。图6B是本实施例的经过此相位校正方法处理后得到的核磁共振信号K空间数据，可以很明显的看出，通过此方法对核磁共振信号校正之后，在很大的程度上消除了由于数字接收机造成的每次采样的信号相位抖动。
权利要求
1.一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于在核磁共振数字接收机上设置有定时计数器，在每次采样中，该计数器测量每次采样时间误差值。
2.根据权利要求1所述的一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于通过使用计数器得到的采样时间误差值，在接收机谱宽内对核磁共振谱线进行线性相位校正。
3.根据权利要求1或2所述的一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于利用计数器得到的时间误差值，计算得到相位校正因子α。
4.根据权利要求1或2所述的一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于在进行线性相位校正之前，需将采集得到的核磁共振信号做快速傅立叶变换，把核磁共振信号从时域变换到频域。
5.根据权利要求1或2所述的一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于所述的接收机谱宽内对谱线做线性相位校正，指的是在频域中，对于谱宽范围的每一个频率点对应的数据点乘上相位校正因子α。
6.根据权利要求1或2所述的一种核磁共振成像信号的接收方法，其特征在于经过线性相位校正的核磁共振谱线需要进行快速反傅立叶变换，将核磁共振信号从频域变换到时域。
全文摘要
本发明涉及核磁共振成像方法和核磁共振成像仪器类，更具体地讲是涉及一种核磁共振成像信号的接收方法，该接收方法是在核磁共振数字接收机上设置有用于测量每次误差时间的计数器，该计数器把测量得到误差时间值发送给主机，在接收机谱宽内对核磁共振信号的谱线进行线性相位校正，其优点是，在最小硬件改动的前提下，从根本上消除了由数字接收机导致的核磁共振信号相位抖动，方法非常简洁、易行，同时由于使用了快速的傅立叶变换和反傅立叶变换来实现，大大减轻了主机的运算负担。
文档编号G01R33/48GK1588113SQ20041005315
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月23日 优先权日2004年7月23日
发明者徐勤, 蒋瑜, 李鲠颖 申请人:华东师范大学