专利名称：一种保持发射机与多个接收机相位相干的方法
技术领域：
本发明涉及核磁共振技术，具体而言是一种保持发射机与多个接收机相位相干的
方法。
背景技术：
发射机和接收机是核磁共振谱仪的两个重要组成部分。其中，发射机用于发射射 频脉冲，接收机用于接收核磁共振信号。 一般核磁共振谱仪在发射机和接收机上各使用一 个频率源，最终接收到的核磁共振信号的相位将由发射机频率源的相位(以下简称发射机 相位)和接收机频率源的相位(以下简称接收机相位)共同决定。 在核磁共振技术中，把射频脉冲、梯度脉冲和信号采集等相关参数的设置及其在 时序上的排列称为脉冲序列。通常情况下，磁共振扫描需要进行累加和梯度相位编码，这 就意味着脉冲序列需要被多次重复执行。为了能够正常进行累加和梯度相位编码，在脉冲 序列重复执行的过程中，需要保证发射机和接收机相位相干。发射机和接收机相位相干是 指，在脉冲序列重复执行时，序列中的每一个时间点所对应的发射机相位和接收机相位的 差A 以下简称发射机与接收机的相位差)每一次都是相同的。该条件可以用等式(1)
描述
'M); =……=A①i =......
M)12 = M)=……=A①卜……
'…… (1)
△(D; = M),2 =......= A<D/ =...... 其中，A OV'代表第j次重复执行脉冲序列时，序列中第i个时间点所对应的发射 机与接收机的相位差。 对于一般的脉冲序列来说，在序列执行期间不需要切换频率。如图1所示，由于发 射机和接收机的相位差始终没有发生改变，因此发射机和接收机能保持相位相干。但是对 于多层面扫描的脉冲序列来说，序列中有两个时段分别对发射机和接收机的频率有特定要 求。其中，在激发阶段，需要多次切换发射机的频率；在数据采集阶段，接收机的频率需要切 换到共振频率上。图2中以发射机切换频率为例，说明当发射机和接收机两者只有一个切 换频率时，它们的相位差会发生改变。这样，脉冲序列执行之后，相位差的改变会被累计下 来。当脉冲序列下一次执行时，序列中对应时间点上的相位差与前一次不相等，等式(1)不 成立，因此发射机和接收机不能保持相位相干，进而导致无法正常进行累加和梯度相位编 码。 解决这一问题的一种方法是采用回绕技术。该方法中，在脉冲序列的激发阶段之 后增加一个回绕阶段。在序列执行期间，接收机的频率固定在共振频率上。在序列的其他 时段(除了激发阶段和回绕阶段)，发射机与接收机的频率相同。根据发射机在激发阶段的
3频率调整其在回绕阶段的频率，使发射机与接收机的相位差在激发阶段的改变与在回绕阶 段的改变相互抵消。这样，当脉冲序列下一次执行时，序列中对应时间点上的相位差与前一 次相等，使得等式(1)成立，发射机和接收机保持相位相干。然而，发射机和接收机的频率 精度都是有限的，而通常情况下，回绕阶段和激发阶段所取的频率值不相同，由于存在舍入 误差，发射机和接收机不能很好地保持相位相干。 为了克服频率舍入误差对相干性的影响，授权专利ZL 200410053153. 9公开了另 一种方法来保证发射机和接收机相位相干。如图3所示，该方法中发射机与接收机的频率 同步切换。即，在激发阶段，接收机与发射机的频率同步切换到激发频率上；在序列的其他 时段(除了激发阶段)，发射机和接收机的频率都切换到共振频率上。这样，发射机和接收 机的频率始终是相同的，它们的相位差没有发生改变，因此发射机和接收机能保持相位相 干。而且，频率舍入误差对它们各自的相位所产生的影响也是相同的，因此舍入误差不会对 相位相干性产生影响。 随着技术的发展，多个接收机在磁共振成像中被广泛应用，以便加快成像速度和 提高成像灵敏度。在一种相对简单的情况下，多个接收机以相同的射频频率进行数据采集， 即，多个接收机在数据采集阶段的频率相同，这时多个接收机被称为多通道接收机。对于发 射机与多通道接收机的相位相干问题，仍然可以采用专利ZL 200410053153. 9的方法来解 决。 然而，当多个接收机以各自不同的射频频率进行数据采集时，即在脉冲序列的数 据采集阶段多个接收机的频率不同，上述两种方法都无法保证发射机和多个接收机的相位 相干。其原因(1)、由于受到发射机和接收机频率精度的限制，"回绕技术"无法消除频率舍 入误差对相位相干性的影响。与单个接收机以及多个接收机频率相同两种情况相比，当多 个接收机工作在不同频率时，舍入误差对相位相干性会产生更大的影响。因此"回绕技术" 不能很好地保证发射机和多个接收机相位相干。(2)、专利ZL 200410053153. 9的方法只能 保证多个接收机中一个接收机与发射机相位相干，而其它接收机与发射机相位不相干。为 了简明起见，图4给出了两个接收机的例子。在接收机数据采集期间(图4中1和2的之 间)，为了满足脉冲序列的要求，接收机1和接收机2的频率不能相同。因此，发射机的频率 只能切换到其中一个接收机的频率上。在图4的例子中，在数据采集期间，发射机频率切换 到接收机1的频率上。脉冲序列每次执行的过程中，发射机和接收机1的相位差没有发生 改变，因此，满足等式(1)的要求，发射机与接收机l相位相干。而发射机和接收机2的相 位差发生了改变，因此，不满足等式(1)的要求，发射机与接收机2相位不相干。

发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提出了一种保持发射机与多个接 收机相位相干的方法。该方法可以同时保证发射机与多个接收机相位相干。而且，由于发 射机和每一个接收机经历了相同的频率切换和保持时间，频率舍入误差对它们的相位所产 生的累计效果是相同的，因此舍入误差对发射机和每一个接收机的相位差没有贡献，不会 影响相位相干性。 本发明的目的是这样实现的 —种保持发射机与多个接收机相位相干的方法，该方法是在脉冲序列中增加补偿阶段。在脉冲序列的激发阶段将所有接收机的频率切换到激发频率上；在数据采集阶段将 所有接收机的频率切换到各自的采样频率上；在补偿阶段将所有接收机的频率都依次切换 到其他接收机的采样频率上。在脉冲序列的其他阶段，所有接收机的频率相同。在脉冲序 列执行期间，发射机的频率始终与其中一个接收机的频率相同。 由于a av'是由脉冲序列中对应时间点上的操作(如射频脉冲、梯度脉冲和信号 采集)产生的，因此，在脉冲序列每次执行之后，只要发射机和接收机的相位差的累计变化
为o，则下一次重复执行序列时，相位差的变化过程与上一次是完全相同的。这样，就可以使
得等式(1)成立，保证发射机和接收机相位相干。 为了使发射机和多个接收机的相位差的累计变化都等于O，本发明在脉冲序列的 数据采集阶段之后增加补偿阶段。假设有N个接收机，当脉冲序列执行时，在激发阶段，发 射机和所有接收机的频率都切换到激发频率Ft上。在数据采集阶段，接收机切换到各自的 采样频率F巧、Fr2……Fr,上，发射机的频率切换到其中一个接收机的频率上(这里假设是 Fr》。将补偿阶段分为N-1个单元，每个单元的时间均等于数据采集时间。在第1个单元， 发射机和接收机1的频率为Fiv接收机2的频率为Fr3，……接收机N的频率为F巧；在第 2个单元，发射机和接收机1的频率为Fr3，接收机2的频率为Fr4，……接收机N的频率为 Fr2 ;……依此类推，在第N-l个单元，发射机和接收机1的频率为Fiv接收机2的频率为 F巧，……接收机N的频率为Fr》d。在其他阶段，发射机和所有接收机的频率相同(例如， 都切换到Ft上)。 本发明的优点在于可以同时保证发射机与多个接收机相位相干。而且，由于发射 机和每一个接收机经历了相同的频率切换和保持时间，频率舍入误差对它们的相位所产生 的累计效果是相同的，因此舍入误差对发射机和每一个接收机的相位差没有贡献，不会影 响相位相干性。


图1为发射机没有切换频率时相位相干示意图
图2为发射机切换频率时相位不相干示意图 图3为同时切换发射机和接收机的频率保持相位相干示意图； 图4为同时切换频率只能保持发射机与一个接收机相位相干的示意图 图5为本发明保持发射机与多个接收机相位相干的示意图
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解
参阅图5，以采用本发明保持发射机与两个接收机相位相干为例，(即图5中N = 2，且3'与3重合)，在激发阶段把发射机和两个接收机的频率同时切换到激发频是采用本 发明保持发射机与两个接收机相位相干的示意图，如图所示，在激发阶段把发射机和两个 接收机的频率同时切换到激发频率Ft上。在数据采集阶段(图5中l到2之间)，两个接 收机需要以不同的频率F巧和Fr2采集数据)，并将发射机的频率切换到F巧上。从图5中 可以看到，在数据采集完成之后(图5中2处)，发射机与接收机1相位相干，发射机与接收 机2相位不相干。在数据采集阶段之后增加一个与数据采集相等的补偿阶段(图5中的2
5到3之间)，并将发射机和接收机1的频率切换至Fr2上，同时将接收机2的频率切换到F巧
上。在脉冲序列的其他阶段，发射机和两个接收机的频率相同(图5中都切换到Ft上)。
这样，在脉冲序列执行期间(图5中1 4)，发射机跑过的相位为 OH = Ft X (T「T0) X (T2-T》+Fr2 X (T3_T2) +Ft X (T4_T3) (2) 接收机1跑过的相位为 ①巧=Ft X (T「T。) X (T2-T》+Fr2 X (T3_T2) +Ft X (T4_T3) (3)
接收机2跑过的相位为 ①r2 = Ft X (T「T。) +Fr2 X (T2-T》X (T3_T2) +Ft X (T4_T3) (4) 假设发射机与接收机1的相位差的初始值为A①p发射机与接收机2的相位差的
初始值为A 。2，则脉冲序列执行完成之后，发射机与接收机1的相位差为 AO/ = A C),(C)r「C)t) = AC)! (5) 发射机与接收机2的相位差为 A①2' = A 02+(cl5r2-clH) (6)
= △①2+ (Fr2-Fr》X [ (T2-T》-(T3_T2)] 其中，(Fr2_Fri) # 0， (T2-T》为数据采集阶段，(T3_T2)为补偿阶段。从(2) (6) 可以看出，当(T2-T》=(T3_T2)时，AO/ = Ad^， A02' = A 。2。这样，在脉冲序列执 行完成之后，发射机和两个接收机的相位差与初始相位差相等，相位差累计变化均为0。当 下一次重复执行序列时，它们的相位差的变化过程与上一次是完全相同的。这样，就可以使 得等式(1)成立，保证发射机和两个接收机相位相干。 当多个接收机以各自不同的频率进行数据采集时，要保证发射机和多个接收机相 位相干，就必须要在脉冲序列每次执行之后，使发射机和多个接收机的相位差的累计变化 都等于0。这需要从硬件和软件两方面加以实现。 在硬件上，发射机和每个接收机都需要有各自的频率源。频率源应能够快速切换 输出信号的频率。每一个频率源都有数据接口、内存、触发信号源和逻辑控制单元。在脉冲 序列执行之前，通过数据接口将脉冲序列执行期间所切换的全部频率数据写入内存。在脉 冲序列执行期间，触发信号源将根据序列的要求产生触发信号。每当触发信号源发出一个 触发信号，频率源就在逻辑控制单元的控制下用内存中当前的频率值去更新输出信号的频 率，并将内存指针指向下一组频率数据。 在软件上，通过脉冲序列编译软件来实现发射机和接收机的频率切换。在脉冲序
列编译器软件中，发射机频率源和每一个接收机频率源都具有独立的控制模块，每一个控
制模块都有独立的频率列表。此外，发射机和多个接收机能同时切换频率。 为了简单起见，以图5所示的情况为例。如图所示，脉冲序列执行一次需要设置4次
频率。考虑到脉冲序列重复执行时，Ft的取值会根据序列的要求改变，为了加以区别，分别记做
fpf2 fm。这样，发射机的频率值依次为(frFr「Fr2-f》-(f2-FrrFr2-f2)……(fm-FrrFr^fm)，
接收机1的频率值依次为(frFr「Fr2-f》-(f2-Fr「Fr2-f2)……，接收机2的频率 值依次为(frFr2-Frrf》-(f2-Fr2-Fr「。……(fm-Fr厂FrrfJ 。在脉冲序列第一次执行之前，将 上述频率值分别写入发射机频率源和接收机频率源的内存中，同将上述频率值写入编译软件 中对应的频率列表中。在脉冲序列执行期间，根据脉冲序列编译软件的结果，依次用频率列表 中的频率值更新发射机和接收机的频率。
权利要求
一种保持发射机与多个接收机相位相干的方法，其特征在于在脉冲序列中增加补偿阶段；在脉冲序列的激发阶段将所有接收机的频率切换到激发频率上；在数据采集阶段将所有接收机的频率切换到各自的采样频率上；在补偿阶段将所有接收机的频率都依次切换到其他接收机的采样频率上；在脉冲序列的其他阶段，所有接收机的频率相同；在脉冲序列执行期间，发射机的频率始终与其中一个接收机的频率相同。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于补偿阶段是将其分为N-l个单元，每个单元的时间均等于数据采集时间；在第1个单元，发射机和接收机1的频率为Fr2，接收机2的频率为Fr3，……接收机N的频率为F巧；在第2个单元，发射机和接收机1的频率为Fr3，接收机2的频率为Fr4，……接收机N的频率为Fr2 ;……依此类推，在第N_l个单元，发射机和接收机1的频率为FrN，接收机2的频率为F巧，……接收机N的频率为Fr(N—d 。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于在数据采集阶段，接收机切换到各自的采样频率F巧、Fi^……Fr,上，发射机的频率切换到其中一个接收机的频率上。
全文摘要
本发明公开了一种保持发射机与多个接收机相位相干的方法，其特点在脉冲序列中增加补偿阶段；在脉冲序列的激发阶段将所有接收机的频率切换到激发频率上；在数据采集阶段将所有接收机的频率切换到各自的采样频率上；在补偿阶段将所有接收机的频率都依次切换到其他接收机的采样频率上；在脉冲序列的其他阶段，所有接收机的频率相同；在脉冲序列执行期间，发射机的频率始终与其中一个接收机的频率相同。本发明可以同时保证发射机与多个接收机相位相干。而且，发射机和接收机的频率舍入误差对相位的影响是相同的，因此不会影响相位相干性。
文档编号G01R33/48GK101793950SQ201010134678
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者宁瑞鹏, 李鲠颖 申请人:华东师范大学