CN103376428B - 信号传输装置和磁共振成像*** - Google Patents

Abstract

一种信号传输装置、磁共振成像***。所述信号传输装置包括：信号合路单元、多个混频器、多个带通滤波器和多个信号解调器；多个混频器将输入信号和本振信号的混频信号进行输出；信号合路单元包括多个带阻滤波器，多个带阻滤波器的输入端分别对应连接多个混频器的输出端，用于接收混频信号；多个带阻滤波器的输出端共同连接至一起，用于同时传输多个混频信号；多个带通滤波器的输入端共同连接在一起，用于接收所述信号合路单元传输的多个混频信号；多个带通滤波器的输出端用于将落入其对应通带频率内的混频信号输出；多个信号解调器分别对应连接多个带通滤波器的输出端，用于对带通滤波器输出的信号进行解调。本发明的信号传输装置的结构简单。

Description

信号传输装置和磁共振成像***

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别涉及一种信号传输装置和磁共振成像***。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术被广泛应用于医学领域。在磁共振成像***中，需要传输多路的数据信号，以便最终形成医学图像。

在传统技术中通常采用开关矩阵来构成信号传输的通道，每一个开关有两个控制端，通过控制电路来控制每个开关的状态从而进行通道的选择。图1即示出了现有技术中利用开关矩阵形成信号传输通道的示意图。

参考图1，开关矩阵2由多个开关器件20和多个控制电路26组成。具体地，所述控制电路26与开关器件20之间通过控制信号线22和24对应连接。所述开关矩阵2具有信号输入端8和信号输出端12，所述信号输入端8通过前置放大器10与本振线圈(1ocal coil)4相连，所述信号输出端12通过混频器14与A/D转换器6相连；所述信号输入端8与信号输出端12通过多个信号传输线16和18进行信号传输。

更多关于利用开关矩阵形成信号传输通道的内容可参考美国专利US7684427B2中的相关记载。

但是采用开关矩阵形成信号传输通道需要大量的开关器件，为了控制这些开关器件还需要大量的FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)来产生控制信号，由于这些射频电路的存在还需要对每一路通路进行匹配，这样就使得这种方式的结构十分复杂，实用性较差。

因此，如何简化信号传输通道的结构就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种信号传输装置和磁共振成像***，以有效地简化其信号传输通道的结构。

为解决上述问题，本发明提供一种信号传输装置，包括：信号合路单元、多个混频器、多个带通滤波器和多个信号解调器；

所述多个混频器分别包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收输入信号，第二输入端用于接收本振信号，输出端用于将输入信号和本振信号的混频信号进行输出；所述本振信号的中心频率均不相同；

所述信号合路单元包括多个带阻滤波器，所述多个带阻滤波器的输入端分别对应连接多个混频器的输出端，用于接收混频信号；所述多个带阻滤波器的输出端共同连接至一起，用于同时传输多个混频信号；

所述多个带通滤波器的输入端共同连接在一起，用于接收所述信号合路单元传输的多个混频信号；所述多个带通滤波器的输出端用于将落入其对应通带频率内的混频信号输出，各个带通滤波器的通带频率均不相同；

所述多个信号解调器分别对应连接多个带通滤波器的输出端，用于对所述带通滤波器输出的信号进行解调。

可选地，所述信号合路单元与多个带通滤波器之间通过一根电缆进行信号传输。

可选地，所述信号合路单元与多个带通滤波器之间通过一对天线进行信号传输。

可选地，所述多个带通滤波器的带宽相同。

可选地，所述信号传输装置还包括多个本振信号生成单元，所述多个本振信号生成单元分别对应连接多个混频器，用于输出本振信号，且根据调节信号调节所输出的本振信号的频率，以使得所述混频信号切换至目标带通滤波器输出；所述调节信号与所述目标带通滤波器的通带频率关联。

为解决上述问题，本发明还提供一种磁共振成像***，所述***包括：磁共振信号采集装置、上述信号传输装置和多个信号处理装置，所述磁共振信号采集装置，用于采集成像特征信号；所述信号传输装置连接所述磁共振信号采集装置，用于对磁共振信号采集装置采集到的成像特征信号进行传输；所述信号处理装置连接所述信号传输装置，用于对接收到的成像特征信号进行处理。

可选地，所述磁共振信号采集装置包括磁体、梯度线圈、射频发射线圈和射频接收线圈，其中，所述射频接收线圈的数量大于所述信号处理装置的数量。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1)本发明的信号传输装置将多路输入信号进行混频，然后由信号合路单元将多路混频后的信号传输至带通滤波器，所述带通滤波器将落入其通带频率内的信号输出，所述信号合路单元与带通滤波器之间仅通过一条信号通路实现信号的传输，比现有技术中采用开关矩阵进行传输时的结构简单，降低了其复杂度。

2)本发明信号传输装置的信号合路单元包括多个带阻滤波器，所述多个带阻滤波器可以将多路混频信号分别对应接收并传输，从而起到了将多路混频信号进行隔离的作用，避免了多路混频信号之间的相互干扰。

3)可选方案中，本发明信号传输装置还包括多个本振信号生成单元，所述本振信号生成单元可以根据带通滤波器的通带频率来对应调节本振信号的中心频率，进而改变混频信号的频率，当混频信号的频率落入其他带通滤波器的通带频率范围内时，混频信息就改变了其输出的通路。也就是说通过改变本振信号的频率就可以方便地调节输入信号的输出通路，使用比较方便、灵活。

附图说明

图1是现有技术中利用开关矩阵形成信号传输通道的示意图；

图2是本发明信号传输装置的实施例一的示意图；

图3是本发明信号传输装置的实施例二的示意图；

图4是本发明磁共振成像***的一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，采用传统的开关矩阵来构成信号传输通道时，所需的开关数量庞大，同时也需要大量的FPGA来控制这些开关。这样的结构一方面结构复杂，占用较大的空间；另一方面大量的射频电路也会给每一个通道的匹配带来困难。

作为一个具体地例子，假设现有技术的信号传输通路包括72路输入、48个输出，那么采用开关矩阵来实现信号传输时需要1728个开关(即72×48/2＝1728)；为了控制这些1728个开关的闭合或者断开，则需要有3456个控制信号，那么最终将需要十几个FPGA来实现这些控制信号。

本发明的信号传输装置中，多个混频器分别用于对输入信号进行混频，从而形成多路频率均不相同的信号，然后这些混频后的频率均不相同的信号通过信号合路单元进行传输，带通滤波器将落入其通带频率内的信号输出，所述带通滤波器与信号合路单元之间仅仅通过一路信号传输通道进行，从而简化了其结构，降低了通道选择的复杂度。

仍以上述举例为例，在本发明中，只需要72个混频器、48个带通滤波器和一个信号合路单元，所述72个混频器分别对应接收72路输入信号并与各自的本振信号进行混频，信号合路单元将多路频率均不相同的混频信号通过一路信号传输通道传输，48个中心频率均不相同的带通滤波器分别将落入其通带频率内的混频信号输出。这样就实现了信号通路的选择和信号的传输。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图2示出了本发明信号传输装置的实施例一的示意图。参考图2，所述信号传输装置包括：多个混频器、信号合路单元200、多个带通滤波器和多个信号解调器。

所述多个混频器分别包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收输入信号，第二输入端用于接收本振信号，输出端用于将输入信号和本振信号的混频信号进行输出。其中，各个本振信号的中心频率均不相同。

具体地，在本实施例中，所述混频器包括第一混频器101～第N混频器10N。各个混频器分别对应一个输入信号和一个本振信号，并对应输出混频信号。例如，在本实施例中，第一混频器101分别对应第一输入信号和第一本振信号，其对应输出第一混频信号；而第N混频器10N对应第N输入信号和第N本振信号，并对应输出第N混频信号。并且所述第一本振信号～第N本振信号的中心频率均不相同，这样各个混频器对应输出的混频信号(如图2中的第一混频信号～第N混频信号)的频率也均不相同，从而可以只用一条信号通路传输出去。

所述信号合路单元200用于将多个混频器发送的多个混频信号进行合路，并由一条信号传输通道传输至多个带通滤波器。

具体地，所述信号合路单元200包括多个带阻滤波器(如图2中所示的第一带阻滤波器201～第N带阻滤波器20N)，所述多个带阻滤波器的输入端分别对应连接多个混频器的输出端，用于接收混频信号；所述多个带阻滤波器的输出端共同连接至一起(图2中的节点A)，用于同时传输多个混频信号。

所述带通滤波器用于将落入其对应通带频率内的混频信号输出；其中，各个带通滤波器的通带频率均不相同。

具体地，参考图2，所述带通滤波器(第一带通滤波器301～第M带通滤波器30M)的输入端共同连接在一起(如图2中的节点B)，用于接收所述信号合路单元200传输的多个混频信号；所述多个带通滤波器的输出端用于将落入其对应通带频率内的混频信号输出。

所述多个信号解调器(如图2中所示的第一信号解调器401～第M信号解调器40M)分别对应连接多个带通滤波器的输出端，用于对所述带通滤波器输出的信号进行解调。

在经过信号解调器解调之后，最终输出的各个信号与初始的输入信号相同。所述信号解调器将解调后的信号输出至后级电路中，从而由后级电路对其进行相应的处理。

在本实施例中，所述信号合路单元200与多个带通滤波器之间通过一根电缆进行信号传输。该条电缆将信号合路单元200合路的多个混频信号同时发送至带通滤波器。所述带通滤波器再分别将落入其通带频率的信号输出。

当然，在其他实施例中，所述信号合路单元200与带通滤波器之间还可以通过无线的方式进行信号传输，例如可以通过一对天线进行信号的发送与接收。具体地，所述信号合路单元200通过天线将其接收到的多个混频信号发送出去，然后由带通滤波器一端的相应天线进行接收，最后由带通滤波器将落入其通带频率内的信号输出。

需要说明的是，所述混频器的数量可以大于或者等于所述带通滤波器的数量。在某些实际应用中，为了方便采集信号，可能需要设置多个信号采集装置，而这些信号采集装置并不会同时使用，也就是说，在实际应用中可能只需要选择部分信号采集装置来进行信号的采集，采集到的信号经过混频器的混频后进入到输出通道(带通滤波器)中。因此在实际应用中，混频器的数量需要与信号采集装置的数量相等，而带通滤波器的数量可以根据实际需要适当减少。

作为一个具体例子，在本实施例中，所述混频器的数量为72个，而带通滤波器的数量为48个。下面再结合附图对本发明信号传输装置的工作原理做进一步说明。

首先假设在本实施例中，所述混频器中只有48个被选择使用，其他的混频器未被使用。在这种情况下，有48路输入信号需要传输，那么就需要48路输出通道，也就是说作为输出通道的带通滤波器全部被使用。

将48个带通滤波器的带宽设置为1MHz，并且将其中心频率固定，依次设置为65.8MHz、68.8MHz、71.8MHz、......、206.8MHz。在这种设置下，带通滤波器300的通带频率依次为：64.8MHz～66.8MHz、67.8MHz～69.8MHz、70.8MHz～72.8MHz、......、205.8MHz～207.8MHz。

在该具体举例中，为了设置简单，方便操作，将各带通滤波器设置为相同的带宽，即均为1MHz，但是其不应限制本发明的保护范围，在其他实施例中，还可以根据实际需要对各带通滤波器的带宽或者通带频率做其他设置，只要各带通滤波器的通带频率各不相同即可，本发明对其不做限制。

为了使得48路输入信号均能有效的输出，需要对各个输入信号进行频率转换，从而使得混频信号的频率分别对应于带通滤波器的通带频率范围之内。具体地，在本实施例中，通过混频器对各输入信号进行混频(频率转换)以形成多个混频信号。

例如，第一输入信号要想经由中心频率为65.8MHz的第一带通滤波器301输出，其经由第一混频器101混频后的频率就必须在大于64.8MHz且小于66.8MHz的范围内，否则第一带通滤波器301无法将其过滤出来。

同样地，另一输入信号，例如第N输入信号要想经由中心频率为206.8MHz的第M带通滤波器30M中输出，其混频后的频率就必须在大于205.8MHz且小于207.8MHz的范围内。

在本实施例中，信号传输装置的信号合路单元200与带通滤波器之间仅仅需要一条信号通路(一根电缆或者一对天线)进行信号的传输，其结构简单，也降低了信号传输的复杂度。

另一方面，由于本发明的信号传输装置不再需要大量的FPGA，也避免了射频电路给每条通路带来的匹配问题。

另外，在本实施例中，所述信号合路单元200包括多个带阻滤波器，所述多个带阻滤波器分别对应接收多个混频信号，由于各带阻滤波器只能通过一个混频信号而排除接收其他频率的混频信号，这样就可以将多路混频信号进行相互隔离，避免了多路混频信号之间的相互干扰。

图3示出了本发明信号传输装置的实施例二的示意图。参考图3，所述信号传输装置包括：多个混频器、信号合路单元200、多个带通滤波器、多个信号解调器和多个本振信号生成单元。

本实施例与实施例一的区别之处在于：所述信号传输装置还包括多个本振信号生成单元。本实施例中其他部分的结构与实施例一中的相类似，故在此不再赘述。在本实施例中，所述多个本振信号生成单元分别对应连接多个混频器。例如，第一本振信号生成单元501对应连接第一混频器101，第N本振信号生成单元50N对应连接第N混频器10N。

所述本振信号生成单元用于输出本振信号，且根据调节信号调节所输出的本振信号的频率，以使得混频器输出的混频信号切换至目标带通滤波器输出，其中，所述调节信号与所述目标带通滤波器的通带频率相关。

通过本振信号生成单元的调节之后，与各输入信号相对应的混频信号的频率会相应发生变化，当混频信号的频率由一个带通滤波器的通带频率变化至另一个带通滤波器的通带频率内时，其对应的输入信号的输出通道就发生了变化。换句话说，通过本振信号生成单元对本振信号进行调节，可以最终实现输入信号的输出通道的任意切换。

作为一个具体例子，在实际应用中，可能需要将所述第一输入信号由任意一个带通滤波器进行输出，这时就需要根据实际情况对第一混频器的第一本振信号进行调节，具体地，可以通过对应于第一混频器101的第一本振信号生成单元501进行调节，从而使得第一输入信号的第一混频信号落入所需输出通路(即目标带通滤波器)的通带频率内。

更具体地，第一本振信号生成单元501的具体地调节过程为：首先确定第一输入信号的输出通道，例如其输出通道为第M带通滤波器30M，也就是说第M带通滤波器30M为目标带通滤波器。

再根据目标带通滤波器(第M带通滤波器30M)的通带频率得出第一混频信号的频率范围。实际上，混频信号的频率范围可以小于或者等于带通频率的范围。由于第M带通滤波器30M的带通频率为205.8MHz～207.8MHz，因此，第一混频信号的频率范围可以为205.8MHz～207.8MHz；也可以在205.8MHz～207.8MHz的范围之内，例如可以为206MHz～207MHz。在该例子中，取第一混频信号的频率范围为205.8MHz～207.8MHz。

然后，由第一混频信号的频率范围与第一输入信号的频率计算得出第一本振信号的频率范围。假设第一输入信号的频率为50.8MHz，那么第一本振信号的频率范围即为155MHz～157MHz，即(205.8MHz-50.8MHz)～(207.8MHz-50.8MHz)。

最后，由第一本振信号生成单元501生成频率范围为155MHz～157MHz的第一本振信号。这样，第一输入信号经过第一混频器101进行频率转换之后所生成的混频信号就可以由目标带通滤波器(第M带通滤波器30M)进行输出。

由以上过程可以看出，混频器的本振信号并非固定不变，而是可以由本振信号生成单元进行变化的，这样就可以使混频信号的频率落入任意一带通滤波器的通带频率内。从而就可以实现输入信号在带通滤波器(输出通道)中的任意切换并且该方法比较简单，容易操作。

相应地，本发明还提供了一种磁共振成像***。具体地，参考图4，所述磁共振成像***包括：磁共振信号采集装置700、信号传输装置800和多个信号处理装置900。

所述磁共振信号采集装置700，用于采集成像特征信号；所述信号传输装置800连接所述磁共振信号采集装置700，用于对磁共振信号采集装置700采集到的成像特征信号进行传输；所述信号处理装置900连接所述信号传输装置800，用于对接收到的成像特征信号进行处理。

所述信号传输装置800可以采用上述任意一种信号传输装置，其在此不再赘述。

采用上述任意一种信号传输装置不仅简化了***的结构，降低了信号传输的复杂度，而且还可以避免多路信号之间的相互干扰。此外，当所述信号传输装置包括本振信号生成单元时，还可以实现信号的输出通道的任意选择，使用比较方便、灵活。

所述磁共振信号采集装置700用于头部、上肢、下肢等部位的扫描，其扫描得到的信号即为成像特征信号。具体地，所述磁共振信号采集装置700可以包括磁体、梯度线圈、射频发射线圈和射频接收线圈。所述磁体上有用于放置样品的空腔，所述磁体用于产生主磁场；所述梯度线圈用于产生选层方向、相位编码方向和读出方向的梯度，从而对样品进行空间定位；所述射频发射线圈和射频接收线圈放置于空腔周围，所述射频发射线圈用于发射射频脉冲来激发样品的磁化矢量；所述接收线圈用于接收磁化矢量的信号，以产生特征成像信号。

磁共振信号采集装置700中的射频发射线圈和射频接收线圈可以根据其扫描的部位不同设置于不同的位置，但是磁共振信号采集装置700扫描得到的信号均需要传输至各自的信号处理装置中，以便进行相应处理并最终形成医学图像。

所述磁共振信号采集装置700中射频接收线圈的数量可以等于信号处理装置900的数量，这样磁共振信号采集装置700扫描得到的成像特征信号将经由信号传输装置800进行传输，最终被信号处理装置900接收并进行相应处理。

当然，在实际应用中，所述磁共振信号采集装置700中射频接收线圈的数量也可以大于所述信号处理装置900的数量。

这是因为，在实际应用中，可能需要通过磁共振成像***的磁共振信号采集装置700对多个部位进行扫描，而接收不同部位的成像特征信号的射频接收线圈并不完全相同，为了使用方便，就需要预先将可能用到的所有磁共振信号采集装置700的射频接收线圈进行布置，例如，将扫描头部的射频接收线圈设置于病床的上方，将扫描上肢和腹部的射频接收线圈设置于病床的中部，而将扫描下肢的射频接收线圈设置于病床的下方。这样，在实际应用中，可以根据不同的需求进行不同部位的扫描。

但是，在实际应用中，却并不需要同时将所有射频接收线圈的扫描信号进行传输。例如在某一诊断中，可能只需要用到头部扫描的射频接收线圈，而并不需要下肢部位的扫描，那么此时所需要传输的成像特征信号仅仅包括进行头部扫描的射频接收线圈得到的扫描信号，也就是说需要传输至信号处理装置900中的信号仅仅是一部分信号。这样，就没必要设置太多的信号处理装置900，而是可以根据实际需求或临床经验设置适当数量的信号处理装置900。

为了简化***结构，避免不必要的浪费，通常地，在磁共振成像***中，磁共振信号采集装置700的射频接收线圈数量为72个，而信号处理装置900的数量为48个。

与磁共振信号采集装置700的射频接收线圈和信号处理装置900的数量相适应地，所述信号传输装置800的输入端与磁共振信号采集装置700的数量相等，输出端与信号处理装置900的数量相同。具体地，所述信号传输装置800中混频器的数量应当等于射频接收线圈的数量，而带通滤波器和信号解调器的数量应当等于信号处理装置900的数量。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种信号传输装置，其特征在于，包括：信号合路单元、多个混频器、多个带通滤波器和多个信号解调器；

所述多个混频器分别包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收输入信号，第二输入端用于接收本振信号，输出端用于将输入信号和本振信号的混频信号进行输出；所述本振信号的中心频率均不相同；

所述信号合路单元包括多个带阻滤波器，所述多个带阻滤波器的输入端分别对应连接多个混频器的输出端，用于接收混频信号；所述多个带阻滤波器的输出端共同连接至一起，用于同时传输多个混频信号；

所述多个带通滤波器的输入端共同连接在一起，用于接收所述信号合路单元传输的多个混频信号；所述多个带通滤波器的输出端用于将落入其对应通带频率内的混频信号输出，各个带通滤波器的通带频率均不相同；

所述多个信号解调器分别对应连接多个带通滤波器的输出端，用于对所述多个带通滤波器输出的信号进行解调。

2.如权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述信号合路单元与多个带通滤波器之间通过一根电缆进行信号传输。

3.如权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述信号合路单元与多个带通滤波器之间通过一对天线进行信号传输。

4.如权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述多个带通滤波器的带宽相同。

5.如权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，还包括多个本振信号生成单元，所述多个本振信号生成单元分别对应连接多个混频器，用于输出本振信号，且根据调节信号调节所输出的本振信号的频率，以使得所述多个混频器输出的混频信号切换至目标带通滤波器输出；所述调节信号与所述目标带通滤波器的通带频率关联。

6.一种磁共振成像***，其特征在于，包括：磁共振信号采集装置、权利要求1～5任一项所述的信号传输装置和多个信号处理装置，所述磁共振信号采集装置，用于采集成像特征信号；所述信号传输装置连接所述磁共振信号采集装置，用于对磁共振信号采集装置采集到的成像特征信号进行传输；所述信号处理装置连接所述信号传输装置，用于对接收到的成像特征信号进行处理。

7.如权利要求6所述的磁共振成像***，其特征在于，所述磁共振信号采集装置包括磁体、梯度线圈、射频发射线圈和射频接收线圈，其中，所述射频接收线圈的数量大于所述信号处理装置的数量。