專利名稱：一種保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核磁共振技術(shù)，具體而言是一種保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干的
方法。
背景技術(shù)：
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)是核磁共振譜儀的兩個(gè)重要組成部分。其中，發(fā)射機(jī)用于發(fā)射射 頻脈沖，接收機(jī)用于接收核磁共振信號(hào)。 一般核磁共振譜儀在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上各使用一 個(gè)頻率源，最終接收到的核磁共振信號(hào)的相位將由發(fā)射機(jī)頻率源的相位(以下簡(jiǎn)稱發(fā)射機(jī) 相位)和接收機(jī)頻率源的相位(以下簡(jiǎn)稱接收機(jī)相位)共同決定。 在核磁共振技術(shù)中，把射頻脈沖、梯度脈沖和信號(hào)采集等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置及其在 時(shí)序上的排列稱為脈沖序列。通常情況下，磁共振掃描需要進(jìn)行累加和梯度相位編碼，這 就意味著脈沖序列需要被多次重復(fù)執(zhí)行。為了能夠正常進(jìn)行累加和梯度相位編碼，在脈沖 序列重復(fù)執(zhí)行的過(guò)程中，需要保證發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相位相干。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相位相干是 指，在脈沖序列重復(fù)執(zhí)行時(shí)，序列中的每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)相位和接收機(jī)相位的 差A(yù) 以下簡(jiǎn)稱發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的相位差)每一次都是相同的。該條件可以用等式(1)
描述
'M); =……=A①i =......
M)12 = M)=……=A①卜……
'…… (1)
△(D; = M),2 =......= A<D/ =...... 其中，A OV'代表第j次重復(fù)執(zhí)行脈沖序列時(shí)，序列中第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)射 機(jī)與接收機(jī)的相位差。 對(duì)于一般的脈沖序列來(lái)說(shuō)，在序列執(zhí)行期間不需要切換頻率。如圖1所示，由于發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)的相位差始終沒有發(fā)生改變，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)能保持相位相干。但是對(duì) 于多層面掃描的脈沖序列來(lái)說(shuō)，序列中有兩個(gè)時(shí)段分別對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率有特定要 求。其中，在激發(fā)階段，需要多次切換發(fā)射機(jī)的頻率；在數(shù)據(jù)采集階段，接收機(jī)的頻率需要切 換到共振頻率上。圖2中以發(fā)射機(jī)切換頻率為例，說(shuō)明當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩者只有一個(gè)切 換頻率時(shí)，它們的相位差會(huì)發(fā)生改變。這樣，脈沖序列執(zhí)行之后，相位差的改變會(huì)被累計(jì)下 來(lái)。當(dāng)脈沖序列下一次執(zhí)行時(shí)，序列中對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)上的相位差與前一次不相等，等式(1)不 成立，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)不能保持相位相干，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法正常進(jìn)行累加和梯度相位編 碼。 解決這一問題的一種方法是采用回繞技術(shù)。該方法中，在脈沖序列的激發(fā)階段之 后增加一個(gè)回繞階段。在序列執(zhí)行期間，接收機(jī)的頻率固定在共振頻率上。在序列的其他 時(shí)段(除了激發(fā)階段和回繞階段)，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的頻率相同。根據(jù)發(fā)射機(jī)在激發(fā)階段的
3頻率調(diào)整其在回繞階段的頻率，使發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的相位差在激發(fā)階段的改變與在回繞階 段的改變相互抵消。這樣，當(dāng)脈沖序列下一次執(zhí)行時(shí)，序列中對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)上的相位差與前一 次相等，使得等式(1)成立，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)保持相位相干。然而，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率 精度都是有限的，而通常情況下，回繞階段和激發(fā)階段所取的頻率值不相同，由于存在舍入 誤差，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)不能很好地保持相位相干。 為了克服頻率舍入誤差對(duì)相干性的影響，授權(quán)專利ZL 200410053153. 9公開了另 一種方法來(lái)保證發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相位相干。如圖3所示，該方法中發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的頻率 同步切換。即，在激發(fā)階段，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的頻率同步切換到激發(fā)頻率上；在序列的其他 時(shí)段(除了激發(fā)階段)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率都切換到共振頻率上。這樣，發(fā)射機(jī)和接收 機(jī)的頻率始終是相同的，它們的相位差沒有發(fā)生改變，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)能保持相位相 干。而且，頻率舍入誤差對(duì)它們各自的相位所產(chǎn)生的影響也是相同的，因此舍入誤差不會(huì)對(duì) 相位相干性產(chǎn)生影響。 隨著技術(shù)的發(fā)展，多個(gè)接收機(jī)在磁共振成像中被廣泛應(yīng)用，以便加快成像速度和 提高成像靈敏度。在一種相對(duì)簡(jiǎn)單的情況下，多個(gè)接收機(jī)以相同的射頻頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 即，多個(gè)接收機(jī)在數(shù)據(jù)采集階段的頻率相同，這時(shí)多個(gè)接收機(jī)被稱為多通道接收機(jī)。對(duì)于發(fā) 射機(jī)與多通道接收機(jī)的相位相干問題，仍然可以采用專利ZL 200410053153. 9的方法來(lái)解 決。 然而，當(dāng)多個(gè)接收機(jī)以各自不同的射頻頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，即在脈沖序列的數(shù) 據(jù)采集階段多個(gè)接收機(jī)的頻率不同，上述兩種方法都無(wú)法保證發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)的相位 相干。其原因(1)、由于受到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)頻率精度的限制，"回繞技術(shù)"無(wú)法消除頻率舍 入誤差對(duì)相位相干性的影響。與單個(gè)接收機(jī)以及多個(gè)接收機(jī)頻率相同兩種情況相比，當(dāng)多 個(gè)接收機(jī)工作在不同頻率時(shí)，舍入誤差對(duì)相位相干性會(huì)產(chǎn)生更大的影響。因此"回繞技術(shù)" 不能很好地保證發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)相位相干。(2)、專利ZL 200410053153. 9的方法只能 保證多個(gè)接收機(jī)中一個(gè)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)相位相干，而其它接收機(jī)與發(fā)射機(jī)相位不相干。為 了簡(jiǎn)明起見，圖4給出了兩個(gè)接收機(jī)的例子。在接收機(jī)數(shù)據(jù)采集期間(圖4中1和2的之 間)，為了滿足脈沖序列的要求，接收機(jī)1和接收機(jī)2的頻率不能相同。因此，發(fā)射機(jī)的頻率 只能切換到其中一個(gè)接收機(jī)的頻率上。在圖4的例子中，在數(shù)據(jù)采集期間，發(fā)射機(jī)頻率切換 到接收機(jī)1的頻率上。脈沖序列每次執(zhí)行的過(guò)程中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的相位差沒有發(fā)生 改變，因此，滿足等式(1)的要求，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)l相位相干。而發(fā)射機(jī)和接收機(jī)2的相 位差發(fā)生了改變，因此，不滿足等式(1)的要求，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)2相位不相干。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出了一種保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接 收機(jī)相位相干的方法。該方法可以同時(shí)保證發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干。而且，由于發(fā) 射機(jī)和每一個(gè)接收機(jī)經(jīng)歷了相同的頻率切換和保持時(shí)間，頻率舍入誤差對(duì)它們的相位所產(chǎn) 生的累計(jì)效果是相同的，因此舍入誤差對(duì)發(fā)射機(jī)和每一個(gè)接收機(jī)的相位差沒有貢獻(xiàn)，不會(huì) 影響相位相干性。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干的方法，該方法是在脈沖序列中增加補(bǔ)償階段。在脈沖序列的激發(fā)階段將所有接收機(jī)的頻率切換到激發(fā)頻率上；在數(shù)據(jù)采集階段將 所有接收機(jī)的頻率切換到各自的采樣頻率上；在補(bǔ)償階段將所有接收機(jī)的頻率都依次切換 到其他接收機(jī)的采樣頻率上。在脈沖序列的其他階段，所有接收機(jī)的頻率相同。在脈沖序 列執(zhí)行期間，發(fā)射機(jī)的頻率始終與其中一個(gè)接收機(jī)的頻率相同。 由于a av'是由脈沖序列中對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)上的操作(如射頻脈沖、梯度脈沖和信號(hào) 采集)產(chǎn)生的，因此，在脈沖序列每次執(zhí)行之后，只要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的相位差的累計(jì)變化
為o，則下一次重復(fù)執(zhí)行序列時(shí)，相位差的變化過(guò)程與上一次是完全相同的。這樣，就可以使
得等式(1)成立，保證發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相位相干。 為了使發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)的相位差的累計(jì)變化都等于O，本發(fā)明在脈沖序列的 數(shù)據(jù)采集階段之后增加補(bǔ)償階段。假設(shè)有N個(gè)接收機(jī)，當(dāng)脈沖序列執(zhí)行時(shí)，在激發(fā)階段，發(fā) 射機(jī)和所有接收機(jī)的頻率都切換到激發(fā)頻率Ft上。在數(shù)據(jù)采集階段，接收機(jī)切換到各自的 采樣頻率F巧、Fr2……Fr,上，發(fā)射機(jī)的頻率切換到其中一個(gè)接收機(jī)的頻率上(這里假設(shè)是 Fr》。將補(bǔ)償階段分為N-1個(gè)單元，每個(gè)單元的時(shí)間均等于數(shù)據(jù)采集時(shí)間。在第1個(gè)單元， 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率為Fiv接收機(jī)2的頻率為Fr3，……接收機(jī)N的頻率為F巧；在第 2個(gè)單元，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率為Fr3，接收機(jī)2的頻率為Fr4，……接收機(jī)N的頻率為 Fr2 ;……依此類推，在第N-l個(gè)單元，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率為Fiv接收機(jī)2的頻率為 F巧，……接收機(jī)N的頻率為Fr》d。在其他階段，發(fā)射機(jī)和所有接收機(jī)的頻率相同(例如， 都切換到Ft上)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)保證發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干。而且，由于發(fā)射 機(jī)和每一個(gè)接收機(jī)經(jīng)歷了相同的頻率切換和保持時(shí)間，頻率舍入誤差對(duì)它們的相位所產(chǎn)生 的累計(jì)效果是相同的，因此舍入誤差對(duì)發(fā)射機(jī)和每一個(gè)接收機(jī)的相位差沒有貢獻(xiàn)，不會(huì)影 響相位相干性。


圖1為發(fā)射機(jī)沒有切換頻率時(shí)相位相干示意圖
圖2為發(fā)射機(jī)切換頻率時(shí)相位不相干示意圖 圖3為同時(shí)切換發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率保持相位相干示意圖； 圖4為同時(shí)切換頻率只能保持發(fā)射機(jī)與一個(gè)接收機(jī)相位相干的示意圖 圖5為本發(fā)明保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干的示意圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解
參閱圖5，以采用本發(fā)明保持發(fā)射機(jī)與兩個(gè)接收機(jī)相位相干為例，(即圖5中N = 2，且3'與3重合)，在激發(fā)階段把發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī)的頻率同時(shí)切換到激發(fā)頻是采用本 發(fā)明保持發(fā)射機(jī)與兩個(gè)接收機(jī)相位相干的示意圖，如圖所示，在激發(fā)階段把發(fā)射機(jī)和兩個(gè) 接收機(jī)的頻率同時(shí)切換到激發(fā)頻率Ft上。在數(shù)據(jù)采集階段(圖5中l(wèi)到2之間)，兩個(gè)接 收機(jī)需要以不同的頻率F巧和Fr2采集數(shù)據(jù))，并將發(fā)射機(jī)的頻率切換到F巧上。從圖5中 可以看到，在數(shù)據(jù)采集完成之后(圖5中2處)，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)1相位相干，發(fā)射機(jī)與接收 機(jī)2相位不相干。在數(shù)據(jù)采集階段之后增加一個(gè)與數(shù)據(jù)采集相等的補(bǔ)償階段(圖5中的2
5到3之間)，并將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率切換至Fr2上，同時(shí)將接收機(jī)2的頻率切換到F巧
上。在脈沖序列的其他階段，發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī)的頻率相同(圖5中都切換到Ft上)。
這樣，在脈沖序列執(zhí)行期間(圖5中1 4)，發(fā)射機(jī)跑過(guò)的相位為 OH = Ft X (T「T0) X (T2-T》+Fr2 X (T3_T2) +Ft X (T4_T3) (2) 接收機(jī)1跑過(guò)的相位為 ①巧=Ft X (T「T。) X (T2-T》+Fr2 X (T3_T2) +Ft X (T4_T3) (3)
接收機(jī)2跑過(guò)的相位為 ①r2 = Ft X (T「T。) +Fr2 X (T2-T》X (T3_T2) +Ft X (T4_T3) (4) 假設(shè)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)1的相位差的初始值為A①p發(fā)射機(jī)與接收機(jī)2的相位差的
初始值為A 。2，則脈沖序列執(zhí)行完成之后，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)1的相位差為 AO/ = A C),(C)r「C)t) = AC)! (5) 發(fā)射機(jī)與接收機(jī)2的相位差為 A①2' = A 02+(cl5r2-clH) (6)
= △①2+ (Fr2-Fr》X [ (T2-T》-(T3_T2)] 其中，(Fr2_Fri) # 0， (T2-T》為數(shù)據(jù)采集階段，(T3_T2)為補(bǔ)償階段。從(2) (6) 可以看出，當(dāng)(T2-T》=(T3_T2)時(shí)，AO/ = Ad^， A02' = A 。2。這樣，在脈沖序列執(zhí) 行完成之后，發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī)的相位差與初始相位差相等，相位差累計(jì)變化均為0。當(dāng) 下一次重復(fù)執(zhí)行序列時(shí)，它們的相位差的變化過(guò)程與上一次是完全相同的。這樣，就可以使 得等式(1)成立，保證發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī)相位相干。 當(dāng)多個(gè)接收機(jī)以各自不同的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，要保證發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)相 位相干，就必須要在脈沖序列每次執(zhí)行之后，使發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)的相位差的累計(jì)變化 都等于0。這需要從硬件和軟件兩方面加以實(shí)現(xiàn)。 在硬件上，發(fā)射機(jī)和每個(gè)接收機(jī)都需要有各自的頻率源。頻率源應(yīng)能夠快速切換 輸出信號(hào)的頻率。每一個(gè)頻率源都有數(shù)據(jù)接口、內(nèi)存、觸發(fā)信號(hào)源和邏輯控制單元。在脈沖 序列執(zhí)行之前，通過(guò)數(shù)據(jù)接口將脈沖序列執(zhí)行期間所切換的全部頻率數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。在脈 沖序列執(zhí)行期間，觸發(fā)信號(hào)源將根據(jù)序列的要求產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。每當(dāng)觸發(fā)信號(hào)源發(fā)出一個(gè) 觸發(fā)信號(hào)，頻率源就在邏輯控制單元的控制下用內(nèi)存中當(dāng)前的頻率值去更新輸出信號(hào)的頻 率，并將內(nèi)存指針指向下一組頻率數(shù)據(jù)。 在軟件上，通過(guò)脈沖序列編譯軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率切換。在脈沖序
列編譯器軟件中，發(fā)射機(jī)頻率源和每一個(gè)接收機(jī)頻率源都具有獨(dú)立的控制模塊，每一個(gè)控
制模塊都有獨(dú)立的頻率列表。此外，發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)能同時(shí)切換頻率。 為了簡(jiǎn)單起見，以圖5所示的情況為例。如圖所示，脈沖序列執(zhí)行一次需要設(shè)置4次
頻率?？紤]到脈沖序列重復(fù)執(zhí)行時(shí)，F(xiàn)t的取值會(huì)根據(jù)序列的要求改變，為了加以區(qū)別，分別記做
fpf2 fm。這樣，發(fā)射機(jī)的頻率值依次為(frFr「Fr2-f》-(f2-FrrFr2-f2)……(fm-FrrFr^fm)，
接收機(jī)1的頻率值依次為(frFr「Fr2-f》-(f2-Fr「Fr2-f2)……，接收機(jī)2的頻率 值依次為(frFr2-Frrf》-(f2-Fr2-Fr「?！?fm-Fr廠FrrfJ 。在脈沖序列第一次執(zhí)行之前，將 上述頻率值分別寫入發(fā)射機(jī)頻率源和接收機(jī)頻率源的內(nèi)存中，同將上述頻率值寫入編譯軟件 中對(duì)應(yīng)的頻率列表中。在脈沖序列執(zhí)行期間，根據(jù)脈沖序列編譯軟件的結(jié)果，依次用頻率列表 中的頻率值更新發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率。
權(quán)利要求
一種保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干的方法，其特征在于在脈沖序列中增加補(bǔ)償階段；在脈沖序列的激發(fā)階段將所有接收機(jī)的頻率切換到激發(fā)頻率上；在數(shù)據(jù)采集階段將所有接收機(jī)的頻率切換到各自的采樣頻率上；在補(bǔ)償階段將所有接收機(jī)的頻率都依次切換到其他接收機(jī)的采樣頻率上；在脈沖序列的其他階段，所有接收機(jī)的頻率相同；在脈沖序列執(zhí)行期間，發(fā)射機(jī)的頻率始終與其中一個(gè)接收機(jī)的頻率相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于補(bǔ)償階段是將其分為N-l個(gè)單元，每個(gè)單元的時(shí)間均等于數(shù)據(jù)采集時(shí)間；在第1個(gè)單元，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率為Fr2，接收機(jī)2的頻率為Fr3，……接收機(jī)N的頻率為F巧；在第2個(gè)單元，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率為Fr3，接收機(jī)2的頻率為Fr4，……接收機(jī)N的頻率為Fr2 ;……依此類推，在第N_l個(gè)單元，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)1的頻率為FrN，接收機(jī)2的頻率為F巧，……接收機(jī)N的頻率為Fr(N—d 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在數(shù)據(jù)采集階段，接收機(jī)切換到各自的采樣頻率F巧、Fi^……Fr,上，發(fā)射機(jī)的頻率切換到其中一個(gè)接收機(jī)的頻率上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種保持發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干的方法，其特點(diǎn)在脈沖序列中增加補(bǔ)償階段；在脈沖序列的激發(fā)階段將所有接收機(jī)的頻率切換到激發(fā)頻率上；在數(shù)據(jù)采集階段將所有接收機(jī)的頻率切換到各自的采樣頻率上；在補(bǔ)償階段將所有接收機(jī)的頻率都依次切換到其他接收機(jī)的采樣頻率上；在脈沖序列的其他階段，所有接收機(jī)的頻率相同；在脈沖序列執(zhí)行期間，發(fā)射機(jī)的頻率始終與其中一個(gè)接收機(jī)的頻率相同。本發(fā)明可以同時(shí)保證發(fā)射機(jī)與多個(gè)接收機(jī)相位相干。而且，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率舍入誤差對(duì)相位的影響是相同的，因此不會(huì)影響相位相干性。
文檔編號(hào)G01R33/48GK101793950SQ201010134678
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者寧瑞鵬, 李鯁穎 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)