[发明专利]一种磁共振分布式谱仪

说明书

本发明公开一种磁共振分布式谱仪，应用于电子信息技术领域，针对现有的谱仪存在的信噪比低的问题，本发明采用近场接收技术，可以有效降低磁共振信号在传输过程中的衰减和干扰；在近场接收机上配置低相位噪声的时钟管理模块，使得接收机时钟管理模块输出时钟信号跟谱仪主控设备单元同源，同时接收机时钟管理模块输出时钟信号的抖动不受谱仪主控设备单元送至接收机时钟质量恶化的影响；谱仪采用链路矫正的方式，使得所有谱仪硬件终端基于同一起始点。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，特别涉及一种谱仪架构。

背景技术

谱仪是磁共振成像系统最关键和核心的设备，负责序列运行、射频信号产生、空间定位梯度信号生成和射频信号接收、采集数据重建等工作。在磁共振成像过程中，谱仪接收机将射频接收线圈感应获得的uV级磁共振信号经滤波、放大、采样、模数转化、数字滤波等处理后，生成并存储为k空间数据用于磁共振图像重建。由此可见，在主磁场确定的情况下，谱仪的架构与性能对磁共振成像系统的信噪比有决定性的影响。谱仪的实现是以电子学和通信技术等为基础的。本世纪以来，大量先进的电子通信芯片及信号采样处理技术开始被广泛用于5G等新兴领域。然而，在磁共振成像技术领域，出于成本等原因，这些最新技术尚未得到很好的利用。为此，本项目提出融合电子学和通信领域最新软硬件技术及理论，对谱仪的整体架构和部分关键技术进行创新发展，借以大幅提升磁共振成像系统的信噪比。

首先，从信号的采集环节看，磁共振K空间的信号动态范围很大，要不失真地采集到全部有用信号，需要对整个动态范围内的信号都精确地采样，特别是高分辨率三维成像需要磁共振接收机能有效采集接近热噪声水平的信号。早期谱仪采用模拟接收机，其自身信噪比不够，无法有效采集到接近热噪声水平的磁共振信号，限制了其信噪比。近年来,数字接收机逐渐取代了模拟接收机，数字接收机具有更高的信号灵敏度，将自身的电路噪声控制在较低的水平，使得谱仪信噪比和磁共振空间分辨率得到提高。

在架构设计方面，现行的谱仪一般采用集成式架构，接收机放置在设备间的谱仪机箱内，这种结构设计便于谱仪接收机跟谱仪其它板卡的时序同步,但是从射频接收线圈感应到的磁共振信号需要长距离从磁体间传输至设备间的谱仪，磁体间的空间干扰分量将串扰到有用的接收信号里，从而会降低接收信号的信噪比。因此，集中式布局的谱仪架构也是限制谱仪信噪比的一大因素。

谱仪接收机的模数转换器性能指标也是影响谱仪信噪比的关键因素。通过增加接收机模数转换器的位数可以提升采样信号信噪比，但是增加模数转换器的位数须对谱仪硬件进行改进设计，同时该方案实现的成本较高。除了通过增加模数转换器的位数可提升采样信噪比外，通过提高模数转换器的采样率也能提升采样信噪比，但是受限于市场上模数转换器采样率和转换位宽等关键指标的限制，传统的商业化磁共振谱仪接收机的模数转换器采样率一般设计为100MHz以下，转换位宽一般为14位或者16位。近几年来，模数转换器芯片性能得到迅速提升，出现了采样率1GHz以上、转换位宽为16位的模数转换器，而且这种新的模数转换器价格相对于现有商业化谱仪接收机上的模数转换器价格仅增加了50％，同时接收机的模数转换器物料成本只占MRI整机的很小一部分，因此将这种高采样率模数转换器应用到磁共振接收机的时机已经成熟。此外，已有文献报道，噪声加扰技术能提高采样信号的信噪比。事实上，噪声加扰技术最近几年已在通信行业得到应用，并在采样信号信噪比提升上取得了良好的效果，但该技术目前尚未用到磁共振谱仪上。