磁共振射频接收机的制作方法

本实用新型涉及磁共振技术领域，尤其涉及一种磁共振射频接收机。

背景技术：

目前，磁共振系统中的射频接收机一般位于接收线圈之后，将射频接收信号直接转换成数字化的中频信号，以供后续处理模块进行转换到基带的IQ解调。这一过程中，射频接收机起到承上启下的作用，即从射频到中频的变频转化，也就是从模拟域到数字域的转化。

要实现这一方案，电路中必须设置混频器和滤波器等器件，使得射频接收机的电路十分复杂，进而带来生产成本高和不便维修等缺陷。

因此，如何简化射频接收机的电路，成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种磁共振射频接收机，旨在解决相关技术中射频接收机的电路过于复杂的技术问题，能够简化射频接收机的电路。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种磁共振射频接收机，接收来自接收线圈的磁共振信号，包括：连接于所述接收线圈的放大器，用于放大所述磁共振信号；连接于所述放大器的滤波器，对经放大后的磁共振信号进行滤波；连接于所述滤波器的模数转换器，将磁共振信号转换为数字信号；连接至所述模数转换器的数字信号处理器，对所述数字信号进行处理并输出中频信号。

可选的，所述滤波器包括抗混叠滤波器。

可选的，所述滤波器包括窄带带通滤波器。

可选的，所述窄带带通滤波器包括介质滤波器和/或L-C离散期间搭建滤波器。

可选的，所述模数转换器用于通过带通采样方式将磁共振信号转换为数字信号。

可选的，所述模数转换器包括SAR型模数转换器或Pipelined型模数转换器。

可选的，所述模数转换器的输入端的模拟接收带宽大于磁共振系统的接收频段。

可选的，所述模数转换器的采样率为5-20MSPS，采样精度为18-bit。

可选的，所述数字信号处理器输出的中频信号的频率f与模数转换器采样频率FS满足：f不大于FS/4。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种磁共振射频接收机，用于接收来自接收线圈的磁共振信号，包括：连接于所述接收线圈的放大器，用于放大所述磁共振信号；通过第一选择器连接于所述放大器且由多个滤波器构成的滤波器阵列，用于对经放大后的磁共振信号进行滤波；通过第二选择器连接于所述滤波器阵列的模数转换器，用于将磁共振信号转换为数字信号；连接至所述模数转换器的数字信号处理器，用于对所述数字信号进行处理并输出中频信号。

通过以上技术方案，针对相关技术中射频接收机的电路过于复杂的技术问题，可以省略混频器，在全链路无混频装置以及无硬核乘法器的情况下，通过模数转换器将射频接收信号转换为数字化的中频信号，从而实现直接采样，并获得较高的信噪比。同时，该架构还可以降低接收机的整体功耗。

另外，由于所用元件相对相关技术中的射频接收机大幅减少，因此，也降低了生产成本，并减少了射频接收机的体积，实现了较高的集成度，便于使用。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了根据本实用新型实施例一的磁共振射频接收机的示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例二的磁共振射频接收机的示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

图1示出了根据本实用新型实施例一的磁共振射频接收机的示意图。

如图1所示，本实用新型的一个实施例的磁共振射频接收机100，接收来自接收线圈的磁共振信号，包括：连接于接收线圈的放大器102，用于放大磁共振信号；通过第一多路器104a连接于放大器102且由多个滤波器构成的滤波器阵列106，对经放大后的磁共振信号进行滤波；通过第二多路器104b连接于滤波器阵列106的模数转换器108，将磁共振信号转换为数字信号；连接至模数转换器108的数字信号处理器110，对输入的数字信号进行处理，并输出中频信号。

本实施例中，接收线圈接收到的磁共振信号，经过初级低噪声放大器和次级宽带射频放大器两级放大后，通过第一多路器104a进入滤波器阵列106中不同的滤波器，模数转换器108将经过滤波器滤波后的模拟信号转换为数字信号，数字信号处理器110对数字信号进行处理并输出中频信号。本实施例的接收机架构，所用元件相对于传统接收机大幅减少，极大的减小了接收机的体积，提高了磁共振接收机的集成度。

其中，放大器102包括初级低噪声放大器和次级宽带射频放大器，初级低噪声放大器一般集成于接收线圈内，对接收线圈接收到的微弱的磁共振信号进行初级放大，射频接收是从初级低噪声放大器开始的，次级宽带射频放大器连接于初级低噪声放大器，进一步放大磁共振信号。

本实施例中，多路器104包括第一多路器104a和第二多路器104b，其中第一多路器104a设置于放大器102和滤波器阵列106之间，具体的是设置于次级宽带射频放大器和滤波器阵列106之间，用于根据磁共振的中心频率选择不同的滤波器通路，第二多路器104b设置于滤波器阵列106和模数转换器108之间。其中滤波器阵列160包括多个并行的滤波器，每个滤波器构成一个滤波器通路，滤波器用于抗混叠和镜像频段抑制，经过滤波器的滤波，磁共振信号保留了磁共振成像频段内的所有信息，而最大限度的滤除落于滤波器阻带的干扰、杂散以及噪声，因此可以避免模数转换器108AD采样后的信号中，上述的干扰、杂散以及噪声混叠到成像频带内，可以有效提高信噪比。本实施例中，第一多路器104a定义为第一选择器，第二多路器104b定义为第二选择器。

本实施例中，滤波器为抗混叠滤波器(ANTI-ALIAS FILTER，AAF)，由于多个抗混叠滤波器为并行的多路，因此通过第一多路器104a根据不同的MR系统中心频率选择所需的滤波器通路，即可以支持多种MR接收频率。

本实施例一个具体的实现方式中，抗混叠滤波器可以为窄带带通滤波器，包括介质滤波器和/或L-C离散器件搭建的滤波器，其中，介质滤波器可以为声表面滤波器(SAW)。

进一步地，本实施例中，滤波器还起到阻抗转换的作用，示例性地，为了适应模数转换器108输入的最大模拟信号幅度范围，需要将幅度放大。例如，若根据模数转换器108的需求，需要将输入模数转换器108的幅度放大为原来的n倍，而幅度变化前后信号的功率不变，则需要通过阻抗匹配的方式实现1:n²的转换比。

模数转换器108通过第二多路器104b连接至滤波器阵列106中选定的滤波器，将磁共振信号的转换为数字信号。本实施例中，模数转换器108通过带通采样的方式将磁共振信号转换为数字信号。模数转换器108可以采用中低采样率和高采样精度，其中，采样率可处于5-10MSPS或5-20MSPS的范围内，比如10MSPS，采样精度款可以为18-Bit。当然，采样率和采样精度也可以是根据系统需要的其他值。

本实施例中，模数转换器108的输入端的模拟接收带宽大于磁共振的接收频段，以便模数转换器108可以通过带通采样的方式将RF频段的信号混叠到FS/2(如5MSPS)以内。以10MSPS采样率、输入信号为63.5Mhz或123.5Mhz为例，利用模数转换器108的混叠效应完成一次变频，输出3.5Mhz的数字信号；在本实施例另一个具体的实现方式中，如果输入信号频率为128.5Mhz，则模数转换器108输出频率为1.5Mhz的数字信号。当然，要实现上述方案，一个先决条件是MR系统中心频率要被规划到满足过采样条件，即待采信号的频段不能包含FS/2的整数倍，而且要与FS/2的整数倍有预定差距，以便抗混叠滤波器的选择或者设计。

本实施例中，模数转换器108可以达到的动态范围为：DR(dB/Hz)＝6.02N+1.76+10lg(FS/2)，其中，N为采样精度，FS是采样频率，N≥18。本实施例一个具体的实现方式中，采用本方案得到的动态范围DR为174.1dB/Hz，相对于常规的接收机架构，以采样率80MSPS和采样精度16-Bit为例，获得的动态范围DR为177.1dB/Hz，因此本实施例方案获得的动态范围至少有3dB的优势。

本实施例中，模数转换器108包括但不限于SAR型模数转换器或Pipelined型模数转换器。其中，SAR型的模数转换器相对Pipelined型的模数转换器功耗更低，加之省去了耗电的硬核乘法器，从而达到了节省能耗的目的。

本实施例利用模数转换器108的混叠效应完成一次变频，因此在模拟信号部分无需设置混频装置，减少了接收机的元器件，大大减小了接收机的体积，提高了射频接收系统的集成度。

本实施例中，数字信号处理器110连接至模数转换器108，对接收到的数字信号进行处理后输出，本实施例一个具体的实现方式中，模数转换器108的采样频率为FS，磁共振系统可根据需要定义数字信号处理器110输出的数字信号的频率f的大小，本实施例一个具体的实现方式中，f不大于FS/4。以模数转换器108的采样率为10MSPS，以磁共振信号频率为63.5MHz或者123.5MHz为例，由于模数转换器108的混叠效应完成了一次变频，模数转换器108输出的数字信号频率为3.5MHz，数字信号处理器110需要输出的中频信号的频率范围为[0Mhz,2.5Mhz]，为了保证输出信号的频率落于上述频率范围内，数字信号处理器110对接收到的信号在10MSPS采样率上进行FS/2频谱搬移，保证输出信号的频率范围为[0Mhz,2.5Mhz]，例如当数字信号处理器110接收到的信号为3.5Mhz，大于FS/4时，经过频谱搬移后输出1.5Mhz的中频信号，即FS/2-IF＝5-3.5＝1.5MHz，具体可以通过间隔取负数(在数字域上取反加一)来实现。而当输入信号频率为128.5MHz时，经过模数转换器108转换之后，输出的数字信号的频率就变成了1.5MHz，落于FS/4范围之内时，不用搬移即可直接输出。本实施例将数字信号处理器110输出的中频信号频率限定在FS/4范围内，使所述中频信号的频率与后续将中频信号解调到基带信号时，所采用的数字控制振荡器(Numerically Controlled Oscillator,NCO)频率范围一致。本领域技术人员可以理解地，本实施例中所列举的采样率和输入信号的频率仅仅作为示例性的解释，在本实施例其他实现方式中，可以根据实际需要设置模数转换器108的采样率和数字信号处理器110输出的中频信号的频率范围。

另外，数字信号处理器110中还设置有驱动单元，该驱动单元可接收磁共振系统的控制信号，并控制数字信号处理器110的频谱搬移和/或多路器的切换等。

综上，本实用新型的技术方案，全程未采用混频装置，比如模拟部分的混频器或数字部分的硬核乘法器，而是通过AD采样时的镜像混叠效应以及数字部分的FS/2折叠的方式把RF信号搬移的IF频段，IF频段与采样率相关联，本实施例一个具体的实现方式中，所述IF频段限定在FS/4范围内。

另一方面，数字处理部分无数字滤波器，因此省去了硬核乘法器，进而可以省去DSP(数字信号处理)/FPGA(现场可编程门阵列)这类器件的大量硬核资源，减少资源占用，减小了接收机的体积，实现低功耗、低密度、低成本的技术效果。

本实施例的技术方案，可以支持多种成像频率，并进行切换，例如，通过更改多路开关状态，从1.5TMR的成像频率切换至3.0T MR的成像频率。由于模数转换器的动态范围理论上对采样精度比采样率更敏感，而本方案用到了中低采样率、高采样精度的ADC，因此，相对于传统的接收机架构，其动态范围更具优势。

图2示出了根据本实用新型实施例二的磁共振射频接收机的示意图。

如图2所示，本实施例提供一种磁共振射频接收机，接收来自接收线圈的磁共振信号，包括：连接于所述接收线圈的放大器102’，用于放大所述磁共振信号；连接于所述放大器102’的滤波器106’，对经放大后的磁共振信号进行滤波；连接于所述滤波器106’的模数转换器108’，将磁共振信号转换为数字信号；连接至所述模数转换器108’的数字信号处理器110’，对所述数字信号进行处理并输出中频信号。本实施例与实施例一的区别在于，所述磁共振射频接收机只支持一种成像频率，无需进行滤波器通路的切换，因此接收机架构中可省略多路器，进一步减少了接收机的组成元件，减小了接收机的体积，提高接收机的集成度。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，通过本实用新型的技术方案，可以省略混频器，在全链路无混频装置以及无硬核乘法器的情况下，通过模数转换器将射频接收信号转换为数字化的中频信号，从而实现直接采样，并获得较高的信噪比。同时，该架构还可以降低接收机的整体功耗。另外，由于所用元件相对相关技术中的射频接收机大幅减少，因此，也降低了生产成本，并减少了射频接收机的体积，实现了较高的集成度，便于使用。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。