磁共振系統和方法
2023-10-22 22:18:12 1
專利名稱：磁共振系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及成像和光譜系統，且尤其涉及磁共振系統和方法。
背景技術：
通常，強場磁系統如磁共振成像(MRI)系統位於一屏蔽環境如屏蔽室內。在MRI系統中使用幾個MR檢測器作為檢測元件，並用於感應和傳輸電磁信號。用計算機處理器處理電磁信號，以產生相應物體的圖象。
通常，MRI系統的計算機處理器位於屏蔽室外。通常使用同軸電纜連接屏蔽室內的電路和屏蔽室外的電路。在這種應用中，將通過電纜從屏蔽室外傳播到屏蔽室內的信號加以分離是一主要挑戰，且通常要進行這樣的分離以防止射頻幹擾降低圖象採集和處理的質量。
為提升圖象質量，MRI系統有時包含幾個磁共振(MR)檢測器。MR檢測器的例子包括接收線圈。增加線圈數量帶來的問題是將線圈連接到計算機處理器所需的同軸電纜相應增加。增加同軸電纜數產生多方面問題，如電纜連接頭體積大、電磁幹擾以及交叉幹擾。與將MR檢測器或RF線圈連接到該系統的傳導同軸電纜有關的另一問題是傳導電纜可形成迴路，其在MRI中使用的高能發射脈衝期間又可產生局部過熱，而成為一安全隱患。
因此，存在有關如何在屏蔽室內的MR檢測器與屏蔽室外的計算機處理器之間高保真地傳輸信號的需求。
發明內容
概括而言，根據本發明的一個方面，提供一種使用磁共振系統產生物體信息的方法。該方法包括使用一檢測元件檢測多個電磁信號，並將該檢測元件的阻抗與一調製器的阻抗進行匹配，以獲得電壓增益或噪聲性能。該方法還包括使用該調製器以電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號，並使用一光導管將該調製光信號從一屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外。之後將該調製光信號轉換為數字電信號。
在另一實施例中，提供一產生物體圖象的磁共振(MR)系統。該MR系統包括至少一MR檢測器，被配置用於檢測多個電磁信號、以及一共振匹配電路，被配置用於將該MR檢測器的阻抗與該調製器的阻抗進行匹配，以獲得電壓增益或噪聲性能中至少其一。該MR系統還包括一調製器，其與該MR檢測器相連，並被配置用於以電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號。一光導管與該調製器相連，並被配置用於將調製光信號從一屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外。該MR系統還包括一信號檢測器，其與該光導管相連接，並被配置用於將該調製光信號轉換為電信號。
在另一實施例中，提供一種使用一磁共振(MR)系統採集表徵一物體圖象的信號的方法。該方法包括使用傳輸部件從一屏蔽環境外傳輸能量，並將電能提供給位於該屏蔽環境內的多個電子器件。該方法還包括使用一MR檢測器和多個電子電路中的至少一個來檢測電磁信號，並產生表徵該電磁信號的光MR信號。該方法也包括使用一光導管將光MR信號從屏蔽環境內傳輸到屏蔽環境外。
在另一實施例中，提供一產生物體圖象的磁共振(MR)系統。該MR系統包括至少一MR檢測器，其位於一屏蔽環境內，並被配置用於檢測多個電磁信號、以及多個電子器件，其與該MR檢測器相連接。該MR系統還包括至少一光導管，被配置用於將光MR信號從該屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外，該光MR信號表徵該電磁信號。該一光導管還被配置用於將光能從該屏蔽環境外傳輸到該屏蔽環境內。該MR系統還包括一光電能轉換器，用於將光能信號轉換為電能，供至少一電子器件使用。
在另一實施例中，提供一產生物體圖象的磁共振(MR)系統。該MR系統包括至少一MR檢測器，被配置用於檢測多個電磁信號。該MR系統還包括一調製器，其與該MR檢測器相連，並被配置用於以電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號。一第一光導管與該調製器相連，並被配置用於將調製光信號從一屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外。該MR系統還包括一信號檢測器，其與該光導管相連接，並被配置用於將該調製光信號轉換為電信號、以及一處理器，被配置用於將該調製信號線性化以及處理該電信號以產生物體圖象。
在參照附圖閱讀了下面的詳細描述之後，將會更加了解本發明的這些及其他特性、方面和優點，附圖中相同的字符表示相同部分，其中圖1是表示根據本發明的一個方面實現的一磁共振成像系統的實施例的方框圖；圖2是表示以一光導管將信號從屏蔽室內傳輸到屏蔽室外的方式的方框圖；以及圖3是表示以一光導管將電源信號從屏蔽室外傳輸到屏蔽室內的方式的方框圖。
具體實施例方式
圖1是依照本發明的某些方面可使用的一強場磁共振成像(MRI)系統的示例性實施例的方框圖。可用於分析材料屬性的其他磁共振系統如磁共振光譜系統，也可從本技術中受益。下面討論的MRI系統只是作為該實現的一個例子，而不是為了按形式或結構加以限制。
這裡使用的術語「強場」指該MRI系統產生的大於大約1 Tesla的磁場。下面更詳細描述每個組件。
這裡使用的「適合於」、「被配置」等指一系統中的器件，其與該系統中的元件配合以提供所描述的效果；這些術語也指電或光器件，如模擬或數字的計算機或專用器件(如專用集成電路(ASIC))、放大器等的操作能力，可對其編程以根據給定輸入信號提供一輸出，也指機械裝置，目的是通過光學或電路方式將組件耦接在一起。
從包括一鍵盤、一控制面板以及一顯示器(未圖示)的一操作控制臺10來控制該MR系統的操作。該控制臺10通過操作控制臺14與一處理器12通信，以使一操作員控制圖象的產生和顯示。該處理器包括若干模塊，它們通過一底板相互通信。這些包括一圖象處理器模塊、一CPU模塊、一脈衝發生器模塊、以及一存儲器模塊，業內稱之為一幀緩衝器，用於存儲圖象數據數組。該處理器12通常被連結到一磁碟存儲器和一磁帶驅動器(未圖示)，用於存儲圖象數據和程序，且它通過一高速串行鏈路與一獨立的系統控制器(未圖示)通信。
該脈衝發生器模塊通過一串行鏈路連接到該操作控制臺。所述系統控制器接收來自操作員的命令，其表示將要執行的掃描順序。該脈衝發生器模塊操縱系統組件以執行所想要的掃描順序。它產生的數據表示將產生的射頻(RF)脈衝的時序、強度和形狀以及數據採集窗口的時序和長度。該脈衝發生器模塊與一組梯度放大器16相連接，以指出掃描期間將要產生的梯度脈衝的時序和形狀。
將該脈衝發生器模塊產生的梯度波形應用於一梯度放大器系統16，該梯度放大器系統16包含Gx、Gy和Gz放大器(未圖示)。每個梯度放大器激勵通常用18表示的一組件中的一對應梯度線圈，以產生用於針對位置編碼所獲得信號的磁場梯度。該梯度線圈組件18構成一磁鐵組件20的一部分，該磁鐵組件20包括一偏振磁鐵(polarizing magnet)22以及一全身(whole-body)接收線圈26。在所示實施例中，該接受線圈為一射頻線圈。空間28表示磁鐵組件20內用於接收物體30的區域，且包括一病人腔(bore)。如這裡所使用的，通常將一MRI掃描儀中的可用空間定義為空間28的大小，其是該病人腔中的一連續區域，其中同種(homogeneity)的主、梯度和RF場在已知的可接受成像範圍內。
在所示實施例中，系統控制器通常包括一發射機模塊，其適合於產生提供給接收線圈26的脈衝。接收線圈26被配置用於檢測多個電磁信號。該電磁信號由放大器32放大。該放大信號由調製器34調製，並使用光導管36提供給該處理器。
將該MR信號傳輸到該系統控制器中的一存儲器模塊。當掃描完成時，在該存儲器模塊中獲得整個數據數組。一處理器(未圖示)執行傅立葉變換，以將該數據變成一圖象數據數組。將這些圖象數據傳送到該處理器12，並存儲在那裡。根據從操作控制臺10接收的命令，通過處理器12中的一圖象處理器對這些圖象數據作進一步處理，並傳送到操作控制臺10，之後加以顯示。
如圖1所示，梯度放大器16、磁鐵組件20以及放大器32位於屏蔽室38內。系統控制器、處理器和操作控制臺位於該屏蔽室外。使用光導管36將MR信號傳輸給系統控制器。這裡所使用的「光導管」指例如一種或多種諸如光纖或波導之類的光介質。電子器件42包括諸如放大器32以及調製器34之類的器件。
圖1還表示一電源40，其位於屏蔽室38外，並用於產生電能。通過傳輸部件44將電能或光能傳輸給位於該屏蔽室內的電子器件42。傳輸部件的例子包括(但不受此限制)光纖、同軸電纜以及高電阻導線。
如前所述，使用光導管36將屏蔽室內檢測到的電磁信號傳輸給屏蔽室外的一處理器。下面參照圖2更詳細描述使用該光導管傳輸信號的方式。
圖2是表示一實施例的方框圖，其中將該光導管從屏蔽室內的器件連接到屏蔽室外的器件。下面詳細描述每個組件。
如參照圖1所述的，接收線圈26被配置用於檢測電磁信號。該電磁信號攜帶可用來構成物體30圖象的空間信息或頻率信息。在所示實施例中，該接收線圈為一射頻(RF)線圈。放大器32放大從該接收線圈接收的電磁信號。在一實施例中，該放大器為一低噪聲、低阻抗放大器。
共振匹配和偏置電路46適合於將低噪聲放大器的阻抗與調製器34的阻抗相匹配。在將該電壓應用於調製器34之前，該匹配電路提高了來自低噪聲放大器信號的電壓。由於光調製的幅度是該電壓的函數而不是所施加電信號功率的函數，所以使用一無源匹配電路提供信號增益，即電壓增益或噪聲性能中至少其一，而不需額外電能。
調製器34從共振匹配電路46接收模擬信號，且適合於以該模擬信號調製光信號，以產生相應的調製信號。在一實施例中，通過雷射源66為該調製器提供光信號。可使用光導管36將該光信號從該雷射源傳輸到該調製器。使用光導管36將調製信號傳輸給屏蔽室外的一控制臺10。在所示實施例中，將放大器、共振匹配電路和調製器統稱為電子器件42。
光導管36包括一第一端50和一第二端52。第一端與位於屏蔽室38內的調製器34相連接，且第二端52與信號檢測器54相連接。在一實施例中，光導管由光纖所組成。應注意到，如上所述，也可用光導管36將雷射源66產生的光信號傳輸給調製器34。
信號檢測器54被配置用於轉換調製信號以產生模擬電信號。將該模擬電信號提供給匹配電路56。射頻電路(RF)60消除該模擬電信號中的噪聲分量、放大該信號並將該信號提供給模數轉換器64。模數轉換器(ADC)64將模擬信號轉換成相應的數位訊號。將該數位訊號提供給信號處理器12。
處理器12對該數位訊號執行多種操作，以產生一與通過接收線圈26接收的電磁信號相對應的圖象。該處理器還執行線性化操作，以克服調製器34所引入的非線性。一種線性化方法是利用查表以在圖象處理之前，將從ADC64接收的數位訊號映射成線性信號。這可在處理器12中完成。
圖3是表示根據本發明另一方面從屏蔽室外傳輸電源的方框圖。如參照圖1和圖2所述的，電子器件42是諸如放大器32和調製器34。這些電子器件在接收線圈端處需要電能。可使用電源70來提供該電能。在所示實施例中，該電源位於屏蔽室外。可注意到該電源也可位於屏蔽室內。電光轉換器72將電能轉換為光能。
在所示實施例中，使用光導管78將光能從屏蔽室外傳輸到屏蔽室內的電子器件中。光導管78將光能傳輸到位於屏蔽室38內的光電器件74。該光電器件將光能轉換成相應的電能。將電能提供給與接收線圈26相連接的電子器件42。
使用光導管消除了使用MR接收線圈陣列(coil arrays)通常所需的大體積同軸電纜連接。此外，光導管不受電磁幹擾和交叉幹擾影響，因此可高保真地傳輸信號。同樣，由於不使用電接線，這種系統為病人提供了更好的安全性。
儘管這裡已圖解並描述了本發明的某些特性，對本領域的技術人員而言，可出現許多修改和變化。因此，應理解所附權利要求的目的是要囊括在本發明精神內的所有這些修改和變化。
權利要求
1.一種使用一磁共振系統產生有關一物體(30)信息的方法，該方法包括使用一檢測元件檢測多個電磁信號；將該檢測元件的阻抗與一調製器(34)的阻抗相匹配，以獲得電壓增益或噪聲性能中至少其一；使用該調製器以該電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號；使用一光導管(36)將該調製光信號從一屏蔽環境(38)內傳輸到該屏蔽環境外；將該調製光信號轉換為數字電信號；線性化該信號；以及處理該數字電信號以產生有關該物體的信息。
2.根據權利要求1的方法，還包括使用一傳輸部件(44)將能量從該屏蔽環境外傳輸到該屏蔽環境內的多個電子電路(42)；其中該傳輸部件可從包含光纖、同軸電纜和高電阻性導線的組中選取。
3.一磁共振(MR)系統，用於產生一物體(30)的圖象，該MR系統包括至少一MR檢測器(26)，被配置用於檢測多個電磁信號；一調製器(34)，其與該MR檢測器相連，並被配置用於以該電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號；一共振匹配電路(46)，其連接在該MR檢測器與該調製器之間，並被配置用於將該MR檢測器的阻抗與該調製器的阻抗相匹配，以獲得電壓增益或噪聲性能中至少其一；一光導管(36)，其與該調製器相連，並被配置用於將調製光信號從一屏蔽環境(38)內傳輸到該屏蔽環境外；一信號檢測器(54)，其與該光導管相連接，並被配置用於將調製光信號轉換為電信號；以及一處理器(12)，被配置用於將調製信號線性化，並處理該電信號以產生該物體的圖象。
4.根據權利要求3的MR系統，還包括一傳輸部件(44)，其將能量從該屏蔽環境外傳輸到位於該屏蔽環境內的多個電子器件中；其中該能量包括光能或電能。
5.根據權利要求4的MR系統，還包括光電器件(74)，被配置用於將來自該屏蔽環境外的光能信號轉換為電能。
6.一種使用一磁共振系統獲得表徵一物體圖象的信號的方法，該方法包括使用一傳輸部件傳輸來自一屏蔽環境外的能量；其中該能量包括電能或光能；其中從包含光纖、同軸電纜和高電阻導線的組中選擇該傳輸部件；將該電能提供給位於該屏蔽環境內的多個電子器件；使用一MR檢測器以及多個電子電路中的至少一個來檢測電磁信號；產生表徵該電磁信號的光MR信號；以及使用一光導管將光MR信號從該屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外。
7.根據權利要求6的方法，還包括在該屏蔽環境內存儲所轉換的電能。
8.一磁共振成像(MR)系統，用於獲得表徵一物體圖象的信號，該MR系統包括至少一MR檢測器，其位於一屏蔽環境內，並被配置用於檢測多個電磁信號；多個電子器件，其與該MR檢測器相連接；至少一光導管，被配置用於將光MR信號從該屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外；其中該光MR信號表徵該電磁信號，其中該至少一光導管還被配置用於將光能從該屏蔽環境外傳輸到該屏蔽環境內；其中該至少一光導管包括一第一光導管，用於傳輸該光MR信號、以及一第二光導管，用於傳輸該光能；以及一光電能轉換器，用於將光能信號轉換為電能，供至少一電子器件使用。
9.一磁共振(MR)系統，用於產生一物體圖象，該MR系統包括至少一MR檢測器，被配置用於檢測多個電磁信號；一調製器，其與該MR檢測器相連，並被配置用於以該電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號；一第一光導管，其與該調製器相連，並被配置用於將調製光信號從一屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外；一信號檢測器，其與該光導管相連接，並被配置用於將調製光信號轉換為電信號；以及一處理器，被配置用於將調製信號線性化，並處理該電信號以產生該物體的圖象。
10.根據權利要求9的MR系統，還包括一第二光導管，其將光能從該屏蔽環境外傳輸到位於該屏蔽環境內的多個電子器件；以及光電器件，被配置用於將光能轉換為電能。
全文摘要
提供一磁共振(MR)系統和方法，用於產生有關一物體的信息。該MR系統包括至少一MR檢測器，被配置用於檢測多個電磁信號、一調製器，其與該MR檢測器相連接，並被配置用於以該電磁信號調製光信號，以產生相應的調製光信號。該MR系統還包括一共振匹配電路，被配置用於將該MR檢測器的阻抗與該調製器的阻抗相匹配，以獲得電壓增益或噪聲性能中至少其一。與該調製器相連接的一光導管被配置用於將調製光信號從一屏蔽環境內傳輸到該屏蔽環境外。與該光導管相連接的一信號檢測器被配置用於將調製光信號轉換為電信號。
文檔編號G01R33/20GK1755388SQ20051010684
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月26日 優先權日2004年9月29日
發明者格倫·P·科斯特, 羅納德·D·沃特金斯, 理察·L·弗雷, 馬修·C·尼爾森, 約瑟夫·A·揚諾蒂, 託德·R·託利弗 申請人:通用電氣公司