CN100590447C - 磁共振系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一磁共振(MR)系统和方法，用于产生有关一物体的信息。该MR系统包括至少一MR检测器，被配置用于检测多个电磁信号、一调制器，其与该MR检测器相连接，并被配置用于以该电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号。该MR系统还包括一共振匹配电路，被配置用于将该MR检测器的阻抗与该调制器的阻抗相匹配，以获得电压增益或噪声性能中至少其一。与该调制器相连接的一光导管被配置用于将调制光信号从一屏蔽环境内传输到该屏蔽环境外。与该光导管相连接的一信号检测器被配置用于将调制光信号转换为电信号。

Description

磁共振系统和方法
技术领域
本发明通常涉及成像和光谱系统，且尤其涉及磁共振系统和方法。
背景技术
通常，强场磁系统如磁共振成像(MRI)系统位于一屏蔽环境如屏蔽室内。在MR I系统中使用几个MR检测器作为检测元件，并用于感应和传输电磁信号。用计算机处理器处理电磁信号，以产生相应物体的图象。
通常，MRI系统的计算机处理器位于屏蔽室外。通常使用同轴电缆连接屏蔽室内的电路和屏蔽室外的电路。在这种应用中，将通过电缆从屏蔽室外传播到屏蔽室内的信号加以分离是一主要挑战，且通常要进行这样的分离以防止射频干扰降低图象采集和处理的质量。
为提升图象质量，MRI系统有时包含几个磁共振(MR)检测器。MR检测器的例子包括接收线圈。增加线圈数量带来的问题是将线圈连接到计算机处理器所需的同轴电缆相应增加。增加同轴电缆数产生多方面问题，如电缆连接头体积大、电磁干扰以及交叉干扰。与将MR检测器或RF线圈连接到该系统的传导同轴电缆有关的另一问题是传导电缆可形成回路，其在MRI中使用的高能发射脉冲期间又可产生局部过热，而成为一安全隐患。
因此，存在有关如何在屏蔽室内的MR检测器与屏蔽室外的计算机处理器之间高保真地传输信号的需求。
发明内容
概括而言，根据本发明的一个方面，提供一种使用磁共振系统产生物体信息的方法。该方法包括使用一检测元件检测多个电磁信号，并将该检测元件的阻抗与一调制器的阻抗进行匹配，以获得电压增益或噪声性能。该方法还包括使用该调制器以电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号，并使用一光导管将该调制光信号从一屏蔽环境内传输到该屏蔽环境外。之后将该调制光信号转换为数字电信号。
在另一实施例中，提供一产生物体图象的磁共振(MR)系统。该MR系统包括至少一MR检测器，被配置用于检测多个电磁信号、以及一共振匹配电路，被配置用于将该MR检测器的阻抗与该调制器的阻抗进行匹配，以获得电压增益或噪声性能中至少其一。该MR系统还包括一调制器，其与该MR检测器相连，并被配置用于以电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号。一光导管与该调制器相连，并被配置用于将调制光信号从一屏蔽环境内传输到该屏蔽环境外。该MR系统还包括一信号检测器，其与该光导管相连接，并被配置用于将该调制光信号转换为电信号。
在另一实施例中，提供一种使用一磁共振(MR)系统采集表征一物体图象的信号的方法。该方法包括使用传输部件从一屏蔽环境外传输能量，并将电能提供给位于该屏蔽环境内的多个电子器件。该方法还包括使用一MR检测器和多个电子电路中的至少一个来检测电磁信号，并产生表征该电磁信号的光MR信号。该方法也包括使用一光导管将光MR信号从屏蔽环境内传输到屏蔽环境外。
在另一实施例中，提供一产生物体图象的磁共振(MR)系统。该MR系统包括至少一MR检测器，其位于一屏蔽环境内，并被配置用于检测多个电磁信号、以及多个电子器件，其与该MR检测器相连接。该MR系统还包括至少一光导管，被配置用于将光MR信号从该屏蔽环境内传输到该屏蔽环境外，该光MR信号表征该电磁信号。该一光导管还被配置用于将光能从该屏蔽环境外传输到该屏蔽环境内。该MR系统还包括一光电能转换器，用于将光能信号转换为电能，供至少一电子器件使用。
在另一实施例中，提供一产生物体图象的磁共振(MR)系统。该MR系统包括至少一MR检测器，被配置用于检测多个电磁信号。该MR系统还包括一调制器，其与该MR检测器相连，并被配置用于以电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号。一第一光导管与该调制器相连，并被配置用于将调制光信号从一屏蔽环境内传输到该屏蔽环境外。该MR系统还包括一信号检测器，其与该光导管相连接，并被配置用于将该调制光信号转换为电信号、以及一处理器，被配置用于将该调制信号线性化以及处理该电信号以产生物体图象。
附图说明
在参照附图阅读了下面的详细描述之后，将会更加了解本发明的这些及其他特性、方面和优点，附图中相同的字符表示相同部分，其中：
图1是表示根据本发明的一个方面实现的一磁共振成像系统的实施例的方框图；
图2是表示以一光导管将信号从屏蔽室内传输到屏蔽室外的方式的方框图；以及
图3是表示以一光导管将电源信号从屏蔽室外传输到屏蔽室内的方式的方框图。
具体实施方式
图1是依照本发明的某些方面可使用的一强场磁共振成像(MRI)系统的示例性实施例的方框图。可用于分析材料属性的其他磁共振系统如磁共振光谱系统，也可从本技术中受益。下面讨论的MRI系统只是作为该实现的一个例子，而不是为了按形式或结构加以限制。
这里使用的术语“强场”指该MRI系统产生的大于大约1Tesla的磁场。下面更详细描述每个组件。
这里使用的“适合于”、“被配置”等指一系统中的器件，其与该系统中的元件配合以提供所描述的效果；这些术语也指电或光器件，如模拟或数字的计算机或专用器件(如专用集成电路(ASIC))、放大器等的操作能力，可对其编程以根据给定输入信号提供一输出，也指机械装置，目的是通过光学或电路方式将组件耦接在一起。
从包括一键盘、一控制面板以及一显示器(未图示)的一操作控制台10来控制该MR系统的操作。该控制台10通过操作控制台14与一处理器12通信，以使一操作员控制图象的产生和显示。该处理器包括若干模块，它们通过一底板相互通信。这些包括一图象处理器模块、一CPU模块、一脉冲发生器模块、以及一存储器模块，业内称之为一帧缓冲器，用于存储图象数据数组。该处理器12通常被链接到一磁盘存储器和一磁带驱动器(未图示)，用于存储图象数据和程序，且它通过一高速串行链路与一独立的系统控制器(未图示)通信。
该脉冲发生器模块通过一串行链路连接到该操作控制台。所述系统控制器接收来自操作员的命令，其表示将要执行的扫描顺序。该脉冲发生器模块操纵系统组件以执行所想要的扫描顺序。它产生的数据表示将产生的射频(RF)脉冲的时序、强度和形状以及数据采集窗口的时序和长度。该脉冲发生器模块与一组梯度放大器16相连接，以指出扫描期间将要产生的梯度脉冲的时序和形状。
将该脉冲发生器模块产生的梯度波形应用于一梯度放大器系统16，该梯度放大器系统16包含Gx、Gy和Gz放大器(未图示)。每个梯度放大器激励通常用18表示的一组件中的一对应梯度线圈，以产生用于针对位置编码所获得信号的磁场梯度。该梯度线圈组件18构成一磁铁组件20的一部分，该磁铁组件20包括一偏振磁铁(polarizing magnet)22以及一全身(whole-body)接收线圈26。在所示实施例中，该接受线圈为一射频线圈。空间28表示磁铁组件20内用于接收物体30的区域，且包括一病人腔(bore)。如这里所使用的，通常将一MRI扫描仪中的可用空间定义为空间28的大小，其是该病人腔中的一连续区域，其中同种(homogeneity)的主、梯度和RF场在已知的可接受成像范围内。
在所示实施例中，系统控制器通常包括一发射机模块，其适合于产生提供给接收线圈26的脉冲。接收线圈26被配置用于检测多个电磁信号。该电磁信号由放大器32放大。该放大信号由调制器34调制，并使用光导管36提供给该处理器。
将该MR信号传输到该系统控制器中的一存储器模块。当扫描完成时，在该存储器模块中获得整个数据数组。一处理器(未图示)执行傅立叶变换，以将该数据变成一图象数据数组。将这些图象数据传送到该处理器12，并存储在那里。根据从操作控制台10接收的命令，通过处理器12中的一图象处理器对这些图象数据作进一步处理，并传送到操作控制台10，之后加以显示。
如图1所示，梯度放大器16、磁铁组件20以及放大器32位于屏蔽室38内。系统控制器、处理器和操作控制台位于该屏蔽室外。使用光导管36将MR信号传输给系统控制器。这里所使用的“光导管”指例如一种或多种诸如光纤或波导之类的光介质。电子器件42包括诸如放大器32以及调制器34之类的器件。
图1还表示一电源40，其位于屏蔽室38外，并用于产生电能。通过传输部件44将电能或光能传输给位于该屏蔽室内的电子器件42。传输部件的例子包括(但不受此限制)光纤、同轴电缆以及高电阻导线。
如前所述，使用光导管36将屏蔽室内检测到的电磁信号传输给屏蔽室外的一处理器。下面参照图2更详细描述使用该光导管传输信号的方式。
图2是表示一实施例的方框图，其中将该光导管从屏蔽室内的器件连接到屏蔽室外的器件。下面详细描述每个组件。
如参照图1所述的，接收线圈26被配置用于检测电磁信号。该电磁信号携带可用来构成物体30图象的空间信息或频率信息。在所示实施例中，该接收线圈为一射频(RF)线圈。放大器32放大从该接收线圈接收的电磁信号。在一实施例中，该放大器为一低噪声、低阻抗放大器。
共振匹配和偏置电路46适合于将低噪声放大器的阻抗与调制器34的阻抗相匹配。在将该电压应用于调制器34之前，该匹配电路提高了来自低噪声放大器信号的电压。由于光调制的幅度是该电压的函数而不是所施加电信号功率的函数，所以使用一无源匹配电路提供信号增益，即电压增益或噪声性能中至少其一，而不需额外电能。
调制器34从共振匹配电路46接收模拟信号，且适合于以该模拟信号调制光信号，以产生相应的调制信号。在一实施例中，通过激光源66为该调制器提供光信号。可使用光导管36将该光信号从该激光源传输到该调制器。使用光导管36将调制信号传输给屏蔽室外的一控制台10。在所示实施例中，将放大器、共振匹配电路和调制器统称为电子器件42。
光导管36包括一第一端50和一第二端52。第一端与位于屏蔽室38内的调制器34相连接，且第二端52与信号检测器54相连接。在一实施例中，光导管由光纤所组成。应注意到，如上所述，也可用光导管36将激光源66产生的光信号传输给调制器34。
信号检测器54被配置用于转换调制信号以产生模拟电信号。将该模拟电信号提供给匹配电路56。射频电路(RF)60消除该模拟电信号中的噪声分量、放大该信号并将该信号提供给模数转换器64。模数转换器(ADC)64将模拟信号转换成相应的数字信号。将该数字信号提供给信号处理器12。
处理器12对该数字信号执行多种操作，以产生一与通过接收线圈26接收的电磁信号相对应的图象。该处理器还执行线性化操作，以克服调制器34所引入的非线性。一种线性化方法是利用查表以在图象处理之前，将从ADC64接收的数字信号映射成线性信号。这可在处理器12中完成。
图3是表示根据本发明另一方面从屏蔽室外传输电源的方框图。如参照图1和图2所述的，电子器件42是诸如放大器32和调制器34。这些电子器件在接收线圈端处需要电能。可使用电源70来提供该电能。在所示实施例中，该电源位于屏蔽室外。可注意到该电源也可位于屏蔽室内。电光转换器72将电能转换为光能。
在所示实施例中，使用光导管78将光能从屏蔽室外传输到屏蔽室内的电子器件中。光导管78将光能传输到位于屏蔽室38内的光电器件74。该光电器件将光能转换成相应的电能。将电能提供给与接收线圈26相连接的电子器件42。
使用光导管消除了使用MR接收线圈阵列(coil arrays)通常所需的大体积同轴电缆连接。此外，光导管不受电磁干扰和交叉干扰影响，因此可高保真地传输信号。同样，由于不使用电接线，这种系统为病人提供了更好的安全性。
尽管这里已图解并描述了本发明的某些特性，对本领域的技术人员而言，可出现许多修改和变化。因此，应理解所附权利要求的目的是要囊括在本发明精神内的所有这些修改和变化。

Claims (9)

1.一种使用一磁共振系统产生有关一物体(30)信息的方法，该方法包括：
使用一检测元件(26)检测多个电磁信号；
将该检测元件的阻抗与一调制器(34)的阻抗相匹配，以获得电压增益或噪声性能中至少其一；
使用该调制器(34)以该电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号；
使用一光导管(36)将该调制光信号从一屏蔽环境(38)内传输到该屏蔽环境(38)外；
将该调制光信号转换为数字电信号；
线性化该数字电信号；以及
处理该数字电信号以产生有关该物体(30)的信息。
2.根据权利要求1的方法，还包括使用一传输部件(44)将能量从该屏蔽环境(38)外传输到该屏蔽环境(38)内的多个电子电路(42)，其中该传输部件(44)可从包含光纤、同轴电缆和高电阻性导线的组中选取。
3.一磁共振系统，用于产生一物体(30)的图象，该磁共振系统包括：
至少一检测器(26)，被配置用于检测多个电磁信号；
一调制器(34)，其与该检测器(26)相连，并被配置用于以该电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号；
一共振匹配电路(46)，其连接在该检测器(26)与该调制器(34)之间，并被配置用于将该检测器(26)的阻抗与该调制器(34)的阻抗相匹配，以获得电压增益或噪声性能中至少其一；
一光导管(36)，其与该调制器(34)相连，并被配置用于将调制光信号从一屏蔽环境(38)内传输到该屏蔽环境(38)外；
一信号检测器(54)，其与该光导管(36)相连接，并被配置用于将调制光信号转换为数字电信号；以及
一处理器(12)，被配置用于将该数字电信号线性化，并处理该数字电信号以产生该物体(30)的图象。
4.根据权利要求3的磁共振系统，还包括一传输部件(44)，其将能量从该屏蔽环境(38)外传输到位于该屏蔽环境(38)内的多个电子器件(42)中；其中该能量包括光能或电能。
5.根据权利要求4的磁共振系统，还包括光电器件(74)，被配置用于将来自该屏蔽环境(38)外的光能信号转换为电能。
6.一种使用一磁共振系统获得表征一物体(30)图象的信号的方法，该方法包括：
使用一传输部件(44)传输来自一屏蔽环境(38)外的能量，其中该能量包括电能或光能，并且其中从包含光纤、同轴电缆和高电阻导线的组中选择该传输部件(44)；
将该电能提供给位于该屏蔽环境(38)内的多个电子器件(42)；
使用一检测器(26)以及多个电子器件(42)中的至少一个来检测电磁信号；
产生表征该电磁信号的光信号；
使用一光导管将光信号从该屏蔽环境(38)内传输到该屏蔽环境(38)外；
线性化该数字电信号；以及
处理该数字电信号以产生有关该物体(30)的信息。
7.根据权利要求6的方法，还包括在该屏蔽环境内存储所转换的电能。
8.一磁共振系统，用于产生一物体图象，该磁共振系统包括：
至少一检测器(26)，被配置用于检测多个电磁信号；
一调制器(34)，其与该检测器(26)相连，并被配置用于以该电磁信号调制光信号，以产生相应的调制光信号；
一第一光导管(36)，其与该调制器(34)相连，并被配置用于将调制光信号从一屏蔽环境(38)内传输到该屏蔽环境(38)外；
一信号检测器(54)，其与该第一光导管(36)相连接，并被配置用于将调制光信号转换为数字电信号；以及
一处理器(12)，被配置用于将该数字电信号线性化，并处理该数字电信号以产生该物体(30)的图象。
9.根据权利要求8的磁共振系统，还包括：
一第二光导管(36)，其将光能从该屏蔽环境(38)外传输到位于该屏蔽环境(38)内的多个电子器件(42)；以及
光电器件(74)，被配置用于将光能转换为电能。
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