射频接收器系统

技术领域

本发明涉及磁共振(MR)成像领域。特别地，本发明涉及用于提供来自MR成像系统的检查空间的磁共振(MR)信息的射频(RF)接收器系统。本发明还涉及磁共振(MR)成像系统、用于提供用于扩展磁共振(MR)成像系统的射频(RF)接收器系统的动态范围的方法、用于磁共振(MR)成像系统的软件包以及用于升级磁共振(MR)成像系统的软件包。

背景技术

MRI信号的动态范围超过了商用ADC的动态范围。已经开发了通过在ADC之前的信号调理中的可变增益和/或压缩来扩展ADC的动态范围的各种技术。对于σ-δ型ADC，传统方法是借助于多位反馈DAC或高阶环路滤波器来提高动态范围。

多位反馈DAC要求对应的多位量化器。这增加了ADC的复杂性以及接收器的总功耗。由于σ-δ型控制环路无法补偿反馈DAC中的任何误差，因此多位DAC也必须是高度线性的，以免损害采样信号所要求的高动态范围和保真度。一位σ-δ型ADC固有地是线性的，从而避免了与实现足够线性的多位反馈DAC相关联的实施复杂性。就功耗和芯片面积而言，提高环路滤波器的阶数也是昂贵的，并且还使设计进一步复杂化。通常，由于高设计复杂性和对误差的敏感性，只能部分实现高阶环路滤波器的理论优势。

欧洲专利申请EP 3565124公开了基于一位σ-δ型量化器的模数转换器。这种已知的模数转换器包括在范围控制电路中实施的自动范围设定功能。

发明内容

本发明的目的是提供具有增大的动态范围的射频(RF)接收器系统。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。

因此，根据本发明，提供了一种用于提供来自磁共振(MR)成像系统的检查空间的MR信息的射频(RF)接收器系统，所述RF接收器系统包括：至少一个RF线圈，其具有至少一个连接端口，所述至少一个连接端口用于接收模拟MR信息信号；至少一个模数转换器(ADC)，其被连接到所述至少一个连接端口并且将所述模拟MR信息信号转换成数字MR信息信号，由此所述至少一个ADC是一位σ-δ型ADC，所述一位σ-δ型ADC包括环路滤波器、用于量化所述模拟MR信息信号的量化器单元以及可变输出强度反馈数模转换器(DAC)单元；所述RF接收器系统还包括信号处理链，所述信号处理链包括第一数字下变频器，所述第一DDC被布置为将在ADC采样频率下的所述数字MR信息信号变频到中间采样频率；至少一个自动增益控制电路，其中，所述AGC电路被布置在所述第一DDC之后并且被配置为在所述中间采样频率下操作，以跟踪所述MRI信号的时间幅值并且相应地调整(在所述ADC内部的)所述数模转换器(DAC)单元的增益；至少一个反馈控件，所述反馈控件被配置为在所述中间采样频率下操作，并且被配置用于根据所述MRI信号的所述时间幅值来调整DAC输出强度。

在任何特定的反馈DAC输出强度下，一位ADC提供对MRI信号的固有线性数字化。中间采样频率必须足够高，以便能够跟踪信号幅值的变化并控制反馈的输出强度，从而避免σ-δ型控制环路中的溢出。它优选尽可能低，以使DDC功耗最小化。另外，中间频率被耦合到具体的MR成像模式，这个具体的MR成像模式确定MR信号强度增加到能够导致ADC过载的水平所经过的间隔。

在本发明的实施例中，所述信号处理链还包括用于提供RF载波频率的数控振荡器(NCO)以及用于将所量化的信号频移到所述基带采样频率(F

在本发明的另一实施例中，所述信号处理链至少还包括第二DDC(DDC2)，所述第二DDC(DDC2)被配置为将在中间采样频率(F

在本发明的另外的实施例中，所述信号处理链包括被布置在所述量化器单元之后的第二乘法器，其中，所述第二乘法器被配置为将所述数字MR信息信号与DAC增益的数字表示相乘，以调整数字信号来补偿当前DAC增益。

在本发明的另一实施例中，所述DAC是具有高增益和低增益的两级DAC，所述信号处理链还包括校准单元，其中，所述校准单元被布置在所述量化器单元之后，其中，所述校准单元被配置为根据所述AGC的高状态和低状态之间的相对增益来调整所述数字MR信息信号。

在本发明的又一实施例中，所述AGC被配置为：当所述信号幅值大于高阈值时，所述DAC转变到所述高状态，而当所述信号幅值小于低阈值时，所述DAC转变到所述低状态。

在本发明的实施例中，所述第一DDC包括高DDC和低DDC，其中，所述高DDC和所述低DDC被布置在所述信号处理链中具有所述中间采样频率的节段内，并且被配置为对所述AGC的高状态信号和低状态信号进行下变频，所述信号处理链还包括加法器，所述加法器用于仅在相对增益调整之后组合所述高状态信号与所述低状态信号，所述一位σ-δ型ADC还包括乘法器，所述乘法器分别在所述高DDC之前和在所述低DDC之前，所述乘法器用于通过所述数控振荡器将所量化的信号频移到所述基带采样频率。

在本发明的另一方面，该目的通过一种磁共振(MR)成像系统来实现，所述磁共振成像系统包括用于生成静态磁场的主磁体、用于生成被叠加到所述静态磁场上的梯度磁场的磁梯度线圈系统、被提供以将感兴趣对象定位在其中的检查空间、用于提供来自所述检查空间的磁共振信息至少一个根据权利要求1至3所述的射频接收器系统，以及用于处理通过至少一个所述RF接收器系统提供的数字MR信息信号的数字信号处理单元。

在本发明的另一方面，该目的通过一种用于扩展射频(RF)接收器系统的动态范围的方法来实现，所述方法包括以下步骤：

提供如上所述的RF接收器系统，

在所述RF接收器系统内的所述至少一个RF线圈的所述至少一个连接端口处接收模拟MR信息信号，

在所述RF接收器系统中执行所述模拟MR信息信号到数字MR信息信号的模数转换，

通过第一数字下变频器将在ADC采样频率下的所述数字MR信息信号变频到中间采样频率，

利用所述自动增益控制电路来跟踪所述数字MR信息信号的幅值，

根据所述数字MR信息信号的所述幅值来调整DAC增益，

通过数字混频器和用于提供RF载波频率的数控振荡器将所述数字MR信息信号频移到基带采样频率，

通过所述第二DDC将在中间采样频率下的信号变频到基带采样频率。

在本发明的实施例中，所述方法还包括以下步骤：

将所述数字MR信息信号与所述DAC增益的数字表示相乘。

在本发明的另一实施例中，所述方法还包括以下步骤：

提供具有高增益和低增益的两级DAC，

在所述量化器单元之后提供校准电路，

通过所述校准电路将所述数字MR信息信号调整到所述AGC的高增益状态和低增益状态之间的相对增益。

在本发明的又一实施例中，所述方法还包括以下步骤：

提供具有高增益和低增益的两级DAC，

提供高DDC和低DDC，其中，所述高DDC和所述低DDC被布置在所述一位σ-δ型ADC中具有所述中间采样频率的节段内，

通过乘法器分别在所述高DDC之前和在所述低DDC之前通过所述数控振荡器将所述数字MR信息信号移位到所述基带采样频率，

通过所述高DDC和所述低DDC对所述AGC的高状态信号和低状态信号进行下变频，

通过加法器在相对增益调整之后组合经变频的高状态信号和低状态信号。

在本发明的另一方面，该目的通过一种用于磁共振(MR)成像系统的软件包来实现，其中，所述软件包包含用于根据上述方法控制射频(RF)接收器系统的指令。

在本发明的另一方面，该目的通过一种用于升级磁共振(MR)成像系统的软件包来实现，其中，所述软件包包含用于根据上述方法控制射频(RF)接收器系统的指令。

在本发明的又一方面，该目的通过一种计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品包括指令，当计算机运行程序时，所述指令使所述计算机执行上述方法的步骤。也就是说，本发明的计算机程序(产品)包括指令，当计算机运行所述程序时，所述指令使所述计算机执行本发明的方法(的步骤)。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。然而，这样的实施例不一定代表本发明的全部范围，因此参考权利要求书和本文来解读本发明的范围。

在附图中：

图1示意性地描述了根据本发明的实施例的射频(RF)接收器系统的框图，

图2示意性地描述了根据本发明的另一实施例的具有两级(高-低)DAC的射频(RF)接收器系统的框图，

图3示意性地描绘了阈值的图表，

图4示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的具有两级(高-低)DAC的射频(RF)接收器系统的框图，该两级(高-低)DAC具有在中间信号频率下执行的高-低校准，

图5示出了根据本发明的实施例的用于扩展射频(RF)接收器系统的ADC的动态范围的方法的流程图。

附图标记列表

1 射频(RF)接收器系统

2 连接端口

LNA 低噪声放大器

LF 环路滤波器

QUANT 量化器单元

DAC 数模转换器

SDM σ-δ型调制器

ADC 模数转换器

F

F

F

AGC 自动增益控制

DDC 数字下变频器

NCO 数控振荡器

DDC1 第一数字下变频器

DDC2 第二数字下变频器

L 低状态

H 高状态

G

G

CAL 校准电路

LDDC 低数字下变频器

HDDC 高数字下变频器

TL 低阈值

TH 高阈值

SUM 求和器

MIX 混频器

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的射频(RF)接收器系统的框图。RF接收器系统1包括至少一个RF线圈，所述至少一个RF线圈具有至少一个连接端口2，所述至少一个连接端口2用于接收模拟MR信息信号。RF接收器系统1还包括用于放大模拟MR信息信号的低噪声放大器LNA。经放大的MR信息信号被传播到模数转换器ADC。该实施例中的ADC是具有可变输出强度反馈DAC的RF一位σ-δ型模数转换器。环路滤波器LF、量化器单元QUANT和数模转换器DAC形成σ-δ型ADC控制环路。DAC的输出强度必须足以(即大于最大输入)补偿在ADC时钟F

图1中的自动增益控制AGC电路跟踪检测到的信号的幅值，并且相应地调整DAC增益G

电路的其余部分包括范围设定接收器。利用数字混频器MIX将经量化的信号频移到基带。数控振荡器NCO生成所要求的RF载波频率。随后，数字下变频器DDC对基带信号进行低通滤波并抽取至基带。这种机制提供了足够快速准确的切换点确定，并且提供了对数字数据的自动校准(均衡)，从而能够重建代表整个动态范围的均匀位流。

在中间频率F

图2示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的具有两级(高-低)DAC的射频(RF)接收器系统的框图。在该实施例中，DAC是具有高增益H和低增益L的两级DAC。校准电路CAL根据DAC的H状态和L状态之间的相对增益来调整所采样的信号。CAL包括带符号的数字值，当处于H状态时，这个带符号的数字值取代由QUANT输出的一位值。例如，在L状态下具有1.0的标称增益而在H状态下具有5.0的标称增益的DAC实际上可以具有4.9963的相对增益。因此，CAL根据增益状态和QUANT输出来生成以下值：

可能要求校准流程来准确确定相对DAC增益。替代地，可以在生产过程中(例如通过对电阻器的激光微调)校准DAC。由于经校准的相对增益值必须具有足够的准确度来跨越输入信号的整个动态范围，因此它必然要求大量的位。例如，MRI信号的典型动态范围为～90dB，因此至少要求(～90/6.02)＝～15个位才能准确表示相对DAC增益。这导致DDC功耗显著增大。

图3示意性地描绘了阈值TH和TL的图表。为了避免H状态与L状态之间的过度转变，可以将AGC实施有滞后。这要求高阈值TH和低阈值TL。当信号幅值大于高阈值(X>TH)时，DAC转变到H状态。当信号幅值小于低阈值(X

图4示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的具有两级(高-低)DAC的射频(RF)接收器系统的框图，该两级(高-低)DAC具有在中间信号频率下执行的高-低校准。DDC功耗与表示信号所要求的位数和操作时的采样频率成比例。G

由于未经调整的信号被下变频到F

图5示出了根据本发明的实施例的用于扩展射频(RF)接收器系统的ADC的动态范围的方法的流程图。该方法从步骤500开始，在步骤500中，提供根据权利要求1所述的射频(RF)接收器系统。

然后，在步骤510中，在RF接收器系统内的至少一个RF线圈的至少一个连接端口处接收模拟MR信息信号。

之后，在步骤520中，在RF接收器系统中执行模拟MR信息信号到数字MR信息信号的模数转换。

在步骤530中，第一数字下变频器DDC1将在ADC采样频率F

在步骤540中，利用自动增益控制AGC电路来跟踪数字MR信息信号的幅值。

之后，在步骤550中，根据数字MR信息信号的幅值来调整DAC增益G

在本发明的实施例中，数控振荡器NCO将数字MR信息信号频移到基带采样频率F

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。另外，为了清楚起见，并非附图中的所有元件都被提供有附图标记。