專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高核磁共振信噪比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核磁共振技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種通過(guò)提高核磁共振接收機(jī)的 性能來(lái)改善核磁共振信號(hào)的信噪比的方法。
背景技術(shù)：
核磁共振技術(shù)己經(jīng)成為科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)臨床診斷中非常有用的手段。要 獲得高質(zhì)量的圖像和譜圖，提高核磁共振信號(hào)的信噪比是非常關(guān)鍵的。通常， 在核磁共振系統(tǒng)中， 一個(gè)完整的接收系統(tǒng)包括射頻接收線(xiàn)圈、前置放大器和 接收機(jī)，如圖1所示。在接收系統(tǒng)中，信號(hào)經(jīng)過(guò)每一級(jí)，都會(huì)有這一級(jí)產(chǎn)生 的噪聲加入。接收線(xiàn)圈和前置放大器位于接收系統(tǒng)的最前端，其噪聲特性對(duì) 核磁共振信號(hào)的信噪比影響十分顯著。因此，在通常情況下，提高接收系統(tǒng) 噪聲特性的措施主要是針對(duì)接收線(xiàn)圈和前置放大器的。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)前置放 大器放大的核磁共振信號(hào)仍然是比較微弱的。隨著核磁共振技術(shù)的進(jìn)步，新 的實(shí)驗(yàn)技術(shù)(如高分辨成像)對(duì)核磁共振儀器接收系統(tǒng)的性能提出了更高的 要求，而位于前置放大器之后的接收機(jī)逐漸成為提高接收系統(tǒng)噪聲特性的瓶 頸。此外，在一些常規(guī)應(yīng)用中，由于樣品本身的特性(如樣品中不同待測(cè)組 分的含量相差較大)，接收機(jī)的噪聲特性對(duì)譜圖質(zhì)量影響也比較大。
接收機(jī)的噪聲主要有如下三種第一，模擬噪聲。盡管射頻接收線(xiàn)圈感 應(yīng)出的核磁共振信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器的放大，但是其幅度仍無(wú)法達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn) 換的要求，仍然需要在接收機(jī)中首先進(jìn)行電壓放大。此外，接收機(jī)中的這一 級(jí)放大器需要根據(jù)被測(cè)樣品所產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的大小進(jìn)行增益設(shè)置。這 些模擬放大器和增益控制模擬電路均不可避免地會(huì)產(chǎn)生模擬噪聲。第二，數(shù) 模噪聲。在接收機(jī)上傳輸?shù)男盘?hào)包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)。接收機(jī)自身的數(shù)字信號(hào)及其硬件工作平臺(tái)(如工業(yè)控制計(jì)算機(jī))上的數(shù)字信號(hào)，會(huì)通過(guò)電源 耦合與空間耦合等方式，對(duì)接收機(jī)上的模擬信號(hào)造成干擾，從而降低核磁共 振信號(hào)的信噪比。這種由數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲耦合到接收機(jī)模擬電路中的噪 聲稱(chēng)為數(shù)模噪聲。第三，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的量化噪聲。核磁共振信號(hào)需 要進(jìn)行采集，以便在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。而完成對(duì)核磁共振信號(hào)的采集
需要采用ADC。任何ADC器件均存在量化噪聲，其大小取決于ADC的數(shù) 字分辨率。在高場(chǎng)核磁共振系統(tǒng)中，或者在進(jìn)行三維高分辨核磁共振成像掃 描時(shí)，進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào)具有很高的信噪比。這時(shí)，量化噪聲通常成為影響 信噪比的主要因素。
為了降低接收機(jī)板上的模擬和數(shù)模噪聲，除了選用低噪聲模擬器件之外， 在電路設(shè)計(jì)中要采取嚴(yán)格的措施，包括對(duì)模擬電源進(jìn)行濾波，為模擬器件加 射頻屏蔽罩等。雖然這些措施在一定程度上提高了接收機(jī)的噪聲特性，但是 增加了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和制作成本。
為了降低接收機(jī)的量化噪聲， 一般可以選用更高位數(shù)的ADC器件。另 外，過(guò)采樣(Over-Sampling)技術(shù)也是降低量化噪聲的有效方法。但是， 這些技術(shù)均會(huì)受到微電子技術(shù)發(fā)展的限制。實(shí)際上，在采用了上述技術(shù)之后， ADC的有效位數(shù)得到很大提高，然而，仍然無(wú)法滿(mǎn)足核磁共振實(shí)驗(yàn)日益增長(zhǎng) 的要求。
核磁共振信號(hào)可以分為兩大類(lèi)，自由衰減信號(hào)和回波信號(hào)。其中，自由
衰減信號(hào)的特點(diǎn)是信號(hào)的幅度按照負(fù)e指數(shù)變化，逐漸變??；回波信號(hào)的
特點(diǎn)是在回波中心信號(hào)幅度最大(峰點(diǎn))，從中心向兩側(cè)信號(hào)幅度按照負(fù)e
指數(shù)變化。
為了得到正確的核磁共振圖像或者譜圖，核磁共振信號(hào)每一個(gè)采樣點(diǎn)在接收系統(tǒng)中被放大的倍數(shù)必須是相同的。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，在一次采樣 過(guò)程中，接收機(jī)的增益是固定的。其接收機(jī)的增益設(shè)定為在核磁共振信號(hào) 的最大值不溢出的前提下，可用增益范圍中的最大值Go。如果接收機(jī)的增益 比Gc3大，信號(hào)中幅度較大的一部分信號(hào)將不能被正常采集(溢出)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種提高核磁共振信噪比的 方法，該方法降低了接收機(jī)噪聲在接收系統(tǒng)噪聲中所占的比例，從而達(dá)到提 高核磁共振信噪比的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種提高核磁共振信噪比的方法，它包括以下具體步驟
a) 將增益控制電路設(shè)于接收機(jī)前級(jí)。
b) 啟動(dòng)采樣之前，設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益；包括
i、 在幅度上，接收機(jī)增益波形與核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律相反，艮P: 核磁共振信號(hào)中較小的值對(duì)應(yīng)于該波形中較大的值，核磁共振信號(hào)中較大的 值對(duì)應(yīng)于該波形中較小的值；
ii、 增益波形中的最小值作為標(biāo)準(zhǔn)增益，記作Go;
iii、 將增益波形保存到接收機(jī)板上或者計(jì)算機(jī)上，并將增益波形指針指 向波形中的第一個(gè)值。
c) 在采樣過(guò)程中，按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)的增益；包括:
i、 當(dāng)接收機(jī)收到一個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，增益波形指針當(dāng)前所指向的值被 設(shè)置為接收機(jī)的增益；
ii、 增益波形指針指向下一個(gè)值；
設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為n，接收機(jī)將收到n個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，該步驟中的i和ii重復(fù)n次；其中，第n次時(shí)，ii中的"下一個(gè)值"是空值。
d)采樣結(jié)束后，按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)記作Aj在標(biāo) 準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的值；包括-
i、 接收機(jī)采集到n個(gè)數(shù)據(jù)Aj，每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj所對(duì)應(yīng)的增益值記作Gj， 計(jì)算Gj與標(biāo)準(zhǔn)增益Go的比值gj，即gj二G/Go，其中〗=1,2,……n;
ii、 接收機(jī)采集到的每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj除以對(duì)應(yīng)的gj，得到標(biāo)準(zhǔn)增益下所對(duì) 應(yīng)的數(shù)據(jù)3j，即3j二A/gj，其中〗=1，2, n。


圖1為核磁共振儀器中接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明接收機(jī)原理圖 圖3為本發(fā)明采樣結(jié)束后數(shù)據(jù)處理的流程圖
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在一次采樣過(guò)程中，接收機(jī)的增益是動(dòng)態(tài)改變的。 啟動(dòng)采樣之前，設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益。增益波形上的一個(gè)增 益值對(duì)應(yīng)于核磁共振信號(hào)的一個(gè)采樣點(diǎn)。增益波形上每一個(gè)增益值設(shè)定為 在與該增益值對(duì)應(yīng)的核磁共振信號(hào)采樣點(diǎn)的值不溢出的前提下，可用增益范 圍中的最大值；即在幅度上，接收機(jī)增益波形與核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律 相反，采用較大的增益采集信號(hào)中的較小的值，采用較小的增益采集信號(hào)中 較大的值；核磁共振信號(hào)的最大值對(duì)應(yīng)于增益波形中最小的增益值，該增益 值作為標(biāo)準(zhǔn)增益。
本發(fā)明中增益波形中的最小值，即標(biāo)準(zhǔn)增益，與現(xiàn)有技術(shù)所采用的固定 增益值相等，均為核磁共振信號(hào)的最大值不溢出的前提下，可用增益范圍中 的最大值Go參閱圖2，本發(fā)明在一次采樣過(guò)程中，接收機(jī)的增益是按照設(shè)定的增益
波形動(dòng)態(tài)改變的。設(shè)接收機(jī)的輸入信號(hào)為Sj，噪聲為Nj。其中Nj包括了來(lái)自
樣品、接收線(xiàn)圈和前置放大器的噪聲。接收機(jī)的第一級(jí)是低噪聲可變?cè)鲆娣?br> 大器(VGA)，設(shè)VGA的等效輸出噪聲為NVGA。設(shè)接收機(jī)上VGA之后各級(jí)(包 括ADC等)所產(chǎn)生的噪聲為NADc。采集到的信號(hào)為(SjXGj)，噪聲為(NjxGj) + (NVGA+NADC)。
參閱圖3，在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)Aj是在不同增益下采集到的。為了得到正 確的圖像或者譜圖，需要得到標(biāo)準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)3j。首先計(jì)算每一個(gè) 數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的增益值與標(biāo)準(zhǔn)增益的比值gj = G/G0。然后將采集到的數(shù)據(jù)Aj 除以對(duì)應(yīng)的比值，得到標(biāo)準(zhǔn)增益下的數(shù)據(jù)aj。其中，標(biāo)準(zhǔn)增益下的信號(hào)為S'j =(SjXGj)Xgj = (SjXGo)，噪聲為N'j = (N,Gj)Xgj + (NVGA+NADC)xgj = (NjxG0) + (NVGA + NADC)/gj。
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。 實(shí)施例1
當(dāng)核磁共振信號(hào)為自由衰減信號(hào)時(shí)，本發(fā)明包括以下步驟
a) 將增益控制電路設(shè)于接收機(jī)前級(jí)；
b) 啟動(dòng)采樣之前，設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益；
c) 在采樣過(guò)程中，按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)增益；
d) 采樣結(jié)束后，按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)記作Aj在標(biāo) 準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的值。
其中-
所述"設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益"的過(guò)程包括以下步驟
i、在幅度上，接收機(jī)增益波形與自由衰減信號(hào)的變化規(guī)律相反；由于自由衰減信號(hào)的幅度按照負(fù)e指數(shù)變化，因此接收機(jī)增益波形按照正e指數(shù) 變化；
ii、 增益波形中的第一個(gè)增益值作為標(biāo)準(zhǔn)增益Go;
iii、 將增益波形保存到接收機(jī)板上或者計(jì)算機(jī)上，并將增益波形指針指 向波形中的第一個(gè)值。
所述"按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)增益"的過(guò)程包括以下步
驟
i 、當(dāng)接收機(jī)收到一個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，增益波形指針當(dāng)前所指向的值被 用來(lái)設(shè)置接收機(jī)的增益；
ii、增益波形指針指向下一個(gè)值。
設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為n，接收機(jī)將收到n個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，步驟i和ii重復(fù)n 次。其中，第n次時(shí)，步驟ii中的"下一個(gè)值"是空值。
所述"按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)記作Aj在標(biāo)準(zhǔn)增益下所 對(duì)應(yīng)的值"的過(guò)程包括以下步驟
i 、接收機(jī)采集到n個(gè)數(shù)據(jù)Aj，每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj所對(duì)應(yīng)的增益值為Gi。 計(jì)算Gj與標(biāo)準(zhǔn)增益Go的比值gj，即g,G/Go，其中〗=1，2，……n;
ii、接收機(jī)采集到的每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj除以對(duì)應(yīng)的gj，得到標(biāo)準(zhǔn)增益下所對(duì) 應(yīng)的數(shù)據(jù)3j，即3j二Aj/gj，其中j4,2，……n。 實(shí)施例2
當(dāng)核磁共振信號(hào)為回波信號(hào)時(shí)，本發(fā)明包括以下步驟-
a) 將增益控制電路設(shè)于接收機(jī)前級(jí)；
b) 啟動(dòng)采樣之前，設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益；
c) 在采樣過(guò)程中，按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)增益；d)采樣結(jié)束后，按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)記作Aj在標(biāo)
準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的值。
其中
所述的"設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益"的過(guò)程包括以下步驟
i 、在幅度上，接收機(jī)增益波形與回波信號(hào)的變化規(guī)律相反?；夭ㄐ盘?hào) 具有如下特點(diǎn)在回波中心，信號(hào)幅度最大(峰點(diǎn))；從中心向兩側(cè)，信號(hào)幅 度按照負(fù)e指數(shù)變化。因此，接收機(jī)增益波形具有如下特點(diǎn)在回波中心， 增益最小；從回波中心向回波兩側(cè)，增益按照正e指數(shù)變化；
ii 、回波信號(hào)的峰點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的增益值作為標(biāo)準(zhǔn)增益Go;
iii、將增益波形保存到接收機(jī)板上或者計(jì)算機(jī)上，并將增益波形指針指 向波形中的第一個(gè)值。
所述"按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)增益"的過(guò)程包括以下步
驟
i、 當(dāng)接收機(jī)收到一個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，增益波形指針當(dāng)前所指向的值被 用來(lái)設(shè)置接收機(jī)的增益；
ii、 增益波形指針指向下一個(gè)值。
設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為n，接收機(jī)將收到n個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，上述步驟i和ii重 復(fù)n次。其中，第n次時(shí)，步驟ii中的"下一個(gè)值"是空值。
所述"按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)記作Aj在標(biāo)準(zhǔn)增益下所 對(duì)應(yīng)的值"的過(guò)程包括以下步驟
i 、接收機(jī)采集到n個(gè)數(shù)據(jù)Aj，每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj所對(duì)應(yīng)的增益值為Gi。 計(jì)算Gj與標(biāo)準(zhǔn)增益Go的比值gj，即g,G/Go，其中j",2,……n;
ii、接收機(jī)采集到的每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj除以對(duì)應(yīng)的gj，得到 準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)3j。即3j-A/gj，其中j-1,2,……n。
比較本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，其中信號(hào)(SjXGo)是相等的，來(lái) 自樣品、接收線(xiàn)圈和前置放大器的噪聲(NjxGo)也是相等的。采用現(xiàn)有技術(shù)，
來(lái)自接收機(jī)的噪聲為(NvoA+NADC);而采用本發(fā)明，由于Go是增益波形中最
小的增益值，所以g產(chǎn)G/Go^1 (Gj中只有一個(gè)值等于Go，對(duì)應(yīng)的比值等于
1，其他的比值均大于1)，可以將來(lái)自接收機(jī)的噪聲降低為(NvGA+NADC)/gj。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，在信號(hào)相等的情況下，本發(fā)明降低了來(lái)自接收機(jī)的噪聲， 提高了核磁共振信噪比。
權(quán)利要求
1、一種提高核磁共振信噪比的方法，其特征在于該方法包括以下具體步驟a)將增益控制電路設(shè)于接收機(jī)前級(jí)；b)啟動(dòng)采樣之前，設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益；包括i、在幅度上，接收機(jī)增益波形與核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律相反，即核磁共振信號(hào)中較小的值對(duì)應(yīng)于該波形中較大的值，核磁共振信號(hào)中較大的值對(duì)應(yīng)于該波形中較小的值；ii、增益波形中的最小值作為標(biāo)準(zhǔn)增益，記作G0；iii、將增益波形保存到接收機(jī)板上或者計(jì)算機(jī)上，并將增益波形指針指向波形中的第一個(gè)值；c)在采樣過(guò)程中，按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)的增益；包括i、當(dāng)接收機(jī)收到一個(gè)采樣觸發(fā)信號(hào)，增益波形指針當(dāng)前所指向的值被設(shè)置為接收機(jī)的增益；ii、增益波形指針指向下一個(gè)值；d)采樣結(jié)束后，按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)記作Aj在標(biāo)準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的值；包括i、接收機(jī)采集到n個(gè)數(shù)據(jù)Aj，每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj所對(duì)應(yīng)的增益值記作Gi，計(jì)算Gj與標(biāo)準(zhǔn)增益G0的比值gj，即gj＝Gj/G0，其中j＝1，2，……n；ii、接收機(jī)采集到的每一個(gè)數(shù)據(jù)Aj除以對(duì)應(yīng)的gj，得到標(biāo)準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)aj，即aj＝Aj/gj，其中j＝1，2，……n。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高核磁共振信噪比的方法，該方法包括將增益控制電路設(shè)于接收機(jī)前級(jí)；啟動(dòng)采樣之前，設(shè)定接收機(jī)增益波形和標(biāo)準(zhǔn)增益；在采樣過(guò)程中，按照設(shè)定的增益波形，動(dòng)態(tài)改變接收機(jī)增益；采樣結(jié)束后，按照設(shè)定的增益波形，計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)增益下所對(duì)應(yīng)的值等步驟。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在信號(hào)相等的情況下，降低了來(lái)自接收機(jī)的噪聲，提高了核磁共振信噪比。
文檔編號(hào)G01R33/32GK101625402SQ200910055700
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者寧瑞鵬, 李鯁穎, 光 楊 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)