磁共振多天线射频传输装置和磁共振系统的制作方法

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种磁共振多天线射频传输装置和磁共振系统。

背景技术：

核磁共振成像(nuclearmagneticresonanceimaging，简称nmri)，又称自旋成像(spinimaging)，也称磁共振成像(简称mri)，是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中的不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，根据电磁波得到物体内部的结构图像。

磁共振系统主要包含磁体，梯度线圈，射频线圈，接收链路几个子系统。由超导磁体产生一个均匀的静态磁场，通过射频发射线圈激发氢核自旋进动产生磁共振信号，利用梯度线圈对信号进行空间信息编码，由射频接收线圈采集上述磁共振信号，经过接收链路转换为数字信号，最终使用计算机重建得到磁共振图像。

射频接收线圈作为磁共振系统的一个重要组成部分，对磁共振系统图像质量具有决定性作用。目前广泛使用阵列式接收线圈，具有信噪比高，覆盖范围灵活，使用方便等特性。

传统的射频线圈使用射频线进行射频信号的传输，通常以射频线缆为主。射频线缆的使用使得扫描工作流变得复杂，需要对线圈进行接插，尤其对于接收线圈被集成在移动患者病床的情况下，铺设电缆的成本是异常高昂的。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的射频线圈使用射频线进行射频信号的传输使工作流复杂化、成本高的问题，提供一种磁共振多天线射频传输装置和磁共振系统。

一种磁共振多天线射频传输装置，包括射频接收线圈和射频接收装置；

射频接收线圈设置在磁共振设备中，射频接收线圈用于接收磁共振信号，并将磁共振信号通过无线方式发送至射频接收装置；

射频接收装置包括多个天线及射频接收机，多个天线分别接收磁共振信号并传输至射频接收机；

射频接收机用于对接收的磁共振信号进行解析。

根据上述的磁共振多天线射频传输装置，其包括射频接收线圈和射频接收装置，磁共振设备中的射频接收线圈可以采集在磁共振检测时激发的磁共振信号，射频接收线圈可以通过无线方式发送磁共振信号至射频接收装置，射频接收装置包括多个天线及射频接收机，多个天线可以将磁共振信号转发至射频接收机，射频接收机对磁共振信号进行解析。以无线方式传输磁共振信号，由于磁共振设备特殊的强磁场的结构中使用的屏蔽，传输信号时会出现多径效应，影响接收性能，在此方案中，使用多天线的接收方式，可以提高接收效率，并且避免使用射频线传输信号，简化工作流，降低因铺设电缆的成本。

在其中一个实施例中，射频接收线圈包括依次连接的线圈本体、模数转换器、处理器和无线传输器；

线圈本体用于采集磁共振检测对象发出的磁共振信号，模数转换器用于将磁共振信号转换成数字信号，处理器用于控制模数转换器和无线传输器，无线传输器用于将数字信号以无线方式发送至射频接收装置。

在其中一个实施例中，射频接收线圈还包括放大器和滤波器；放大器和滤波器依次连接在线圈本体与模数转换器之间；

放大器用于放大磁共振信号，滤波器用于对放大后的磁共振信号进行滤波。

在其中一个实施例中，射频接收装置为射频收发装置，射频收发装置用于将控制信息和同步信息发送至射频接收线圈，处理器在通过无线传输器接收到控制信息后，控制线圈本体开始采集磁共振信号，无线传输器在磁共振信号中添加同步信息，将添加后的磁共振信号发送至射频收发装置。

在其中一个实施例中，无线传输器还用于在采集的磁共振信号中添加校验码。

在其中一个实施例中，多个天线包括第一天线和第二天线，射频接收机通过第一天线和第二天线对磁共振信号进行空间分集接收。

在其中一个实施例中，射频接收装置还用于接收磁共振检测对象的监测信号，所述监测信号为心脏运动、呼吸运动、头部运动中的至少一种。

在其中一个实施例中，监测信号和磁共振信号在传输时使用不同的载波频率。

在其中一个实施例中，监测信号和磁共振信号在传输时使用时分多址、频分多址或码分多址进行区分。

在其中一个实施例中，射频接收机分别对监测信号和磁共振信号进行解调，并使用同一个基带处理器对解调后的信号进行解析。

一种磁共振系统，包括如上述的磁共振多天线射频传输装置。

根据上述的磁共振系统，其包括磁共振多天线射频传输装置，磁共振多天线射频传输装置包括射频接收线圈和射频接收装置，磁共振设备中的射频接收线圈可以采集在磁共振检测时激发的磁共振信号，射频接收线圈可以通过无线方式发送磁共振信号至射频接收装置，射频接收装置包括多个天线及射频接收机，多个天线可以将磁共振信号转发至射频接收机，射频接收机对磁共振信号进行解析。以无线方式传输磁共振信号，由于磁共振设备特殊的强磁场的结构中使用的屏蔽，传输信号时会出现多径效应，影响接收性能，在此方案中，使用多天线的接收方式，可以提高接收效率，并且避免使用射频线传输信号，简化工作流，降低因铺设电缆的成本。

附图说明

图1为一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置的结构示意图；

图2为另一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置的结构示意图；

图3为又一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置的结构示意图；

图4为再一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置的结构示意图；

图5为一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置的实际架构示意图；

图6为一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置中射频接收线圈的结构示意图；

图7为一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置中射频接收机的结构示意图；

图8为一个实施例中的磁共振多天线射频传输装置中射频接收装置设置在磁共振系统磁体内侧的实际架构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请提供的磁共振多天线射频传输装置，可以应用于磁共振设备中，用于磁共振成像。一般磁共振设备通常包括磁共振机架，机架内有主磁体，主磁体可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场；在磁共振成像时，成像对象会由病床进行承载，随着病床的移动，将成像对象移入主磁场磁场分布较为均匀的区域内，磁共振设备中的脉冲控制单元控制射频脉冲产生单元产生射频脉冲，射频脉冲由放大器放大后，经过开关控制单元，最终由射频体线圈或者局部线圈发出，对成像对象进行射频激发，成像对象根据射频激发，会由共振产生相应的磁共振信号，可以由射频体线圈或者局部线圈进行采集，即射频接收线圈进行采集，根据磁共振信号进行图像重建，形成磁共振图像。

本申请提供的磁共振多天线射频传输装置主要可以在磁共振信号接收的过程中使用。

参见图1所示，为一个实施例的磁共振多天线射频传输装置的结构示意图。该实施例中的磁共振多天线射频传输装置包括射频接收线圈100和射频接收装置200；

射频接收线圈100设置在磁共振设备中，射频接收线圈100用于将磁共振信号通过无线方式发送至射频接收装置200；

射频接收装置200包括多个天线300及射频接收机400，通过多个天线300分别接收磁共振信号并传输至射频接收机400；

射频接收机400用于对接收的磁共振信号进行解析。

在本实施例中，磁共振多天线射频传输装置包括射频接收线圈100和射频接收装置200，射频接收装置200包括多个天线300和射频接收机400；磁共振设备中的射频接收线圈100与磁共振设备中的病床、磁体、壳体等部件可分离设置，并可以采集在磁共振检测时激发的磁共振信号，射频接收线圈100可以通过无线方式发送磁共振信号至射频接收装置200，多个天线300可以将磁共振信号转发至射频接收机400，射频接收机400对磁共振信号进行解析。以无线方式传输磁共振信号，由于磁共振设备特殊的强磁场的结构中使用的屏蔽，传输信号时会出现多径效应，影响接收性能，在此方案中，使用多天线的接收方式，可以提高接收效率，并且避免使用射频线传输信号，简化工作流，降低因铺设电缆的成本。

需要说明的是，在使用射频线缆时，射频线缆会感应到磁共振信号，会产生热量，会对磁共振检测对象安全造成影响，甚至检测对象的皮肤可能受到局部灼伤；而使用上述磁共振多天线射频传输装置，通过天线接收和无线传输的方式，可以有效解决线缆感应发热的问题，而且原先线缆占据的空间可以再次利用，提高射频线圈单元密度，从而使检测精度更高。

进一步的，多个是指天线300的个数，射频接收装置200中的天线个数可以根据实际需要进行调整，一般可以设置在两个以上；射频接收装置200可以设置在磁共振设备的磁体外侧，也可以设置在磁体内侧；射频接收机400在对接收的磁共振信号进行解析后，可以进行磁共振图像的重建。

在一个实施例中，如图2所示，射频接收线圈100包括依次连接的线圈本体110、模数转换器120、处理器130和无线传输器140；

线圈本体110用于采集磁共振检测对象发出的磁共振信号，模数转换器120用于将磁共振信号转换成数字信号，处理器130用于控制模数转换器120和无线传输器140，无线传输器140用于将数字信号以无线方式发送至射频接收装置200。

在本实施例中，射频接收线圈100主要包括四种部件，线圈本体110可以包括由多个线圈单元组成的接收阵列，其可直接采集磁共振检测对象发出的磁共振信号，采集得到的磁共振信号属于模拟信号，模数转换器120可以将磁共振信号转换成数字信号，数字信号有助于提高信号的抗干扰性，也便于后续信号编码、调制、压缩等处理，处理器130主要用于控制模数转换器120和无线传输器140，对磁共振信号的采集和数字化进行控制，无线传输器可以将数字化后的磁共振信号以无线方式发送至射频接收装置200，完成无线信号传输，以无线信号方式进行传输，可以避免感应信号产生热量，也无需接插线缆。

进一步的，处理器130可以是fpga(field－programmablegatearray，现场可编程门阵列)，通过fpga对整个射频接收线圈100进行控制。

在一个实施例中，如图3所示，射频接收线圈100还包括放大器150和滤波器160；放大器150和滤波器160依次连接在线圈本体110与模数转换器120之间；

放大器150用于放大磁共振信号，滤波器160用于对放大后的磁共振信号进行滤波。

在本实施例中，在线圈本体110与模数转换器120之间，依次连接有放大器150和滤波器160，放大器150放大线圈本体110采集的磁共振信号，提高磁共振信号的信噪比，滤波器160对放大后的磁共振信号进行滤波，剔除频带外信号，得到较为准确的磁共振信号。

进一步的，在磁共振设备中，线圈本体110可以有多个，每个线圈本体110分别对应连接放大器150、滤波器160和模数转换器120，多个模数转换器120均连接到处理器130，处理器130可以协调处理多个磁共振信号。

在一个实施例中，如图4所示，射频接收装置200为射频收发装置210，射频收发装置210用于将磁共振系统生成的控制信息和同步信息发送至射频接收线圈100，处理器130在通过无线传输器140接收到控制信息后，控制线圈本体110开始采集磁共振信号，无线传输器140在磁共振信号中添加同步信息，将添加后的磁共振信号发送至射频收发装置210。

在本实施例中，射频接收装置200可以是射频收发装置210，同时具备接收和发送信息功能，在射频收发装置210接收磁共振信号之前，先接收由磁共振系统生成的控制信息和同步信息，并转发至射频接收线圈100，射频接收线圈100的无线传输器140将接收到的控制信息发送至处理器130，处理器130根据该控制信息控制线圈本体110工作，开始采集磁共振信号；在处理器130将数字化的磁共振信号发送至无线传输器140后，无线传输器140在其中添加同步信息，同步信息可以帮助射频收发装置210在接收磁共振信号时忽略重复的信号数据包，同时能够在后续处理磁共振信号时将信号在时间上对齐，以实现信号采集阶段的同步。

在一个实施例中，无线传输器140还用于在采集的磁共振信号中添加校验码。

在本实施例中，无线传输器140还可以在磁共振信号中添加校验码，射频接收机400可以对磁共振信号进行数据完整性校验或循环冗余核对校验等等，用以确定数据是否被射频收发装置210正确接收，若有多个天线同时接收到同一磁共振信号，识别其中的校验码，将其中冗余的信息丢弃。

需要说明的是，若射频接收线圈100中包括放大器150和滤波器160，无线传输器140在滤波后的磁共振信号中添加校验码。

在一个实施例中，多个天线300包括第一天线和第二天线，射频接收机400通过第一天线和第二天线对磁共振信号进行空间分集接收。

在本实施例中，多个天线300可以包括两个天线，第一天线和第二天线相距一定间隔，第一天线和第二天线可以实现对磁共振信号的空间分集接收；对于信号来说，如果只有一个天线，发送信号会通过第一和第二路径以及其他不同的路径到达一个天线，当通过至少两个路径到达该天线的信号相位异相时，信号到达该天线时相互抵消，而当存在第二天线时，信号能通过第三路径到达第二天线，由于两个天线被隔开，相消干涉将不可能发生在两个天线处，因此射频接收装置200中的第一天线和第二天线通过码分多址技术可实现磁共振信号的准确接收。

在一个实施例中，射频接收装置200还用于接收磁共振检测对象的监测信号。

在本实施例中，射频接收装置200不仅仅可以接收磁共振信号，还可以接收磁共振检测对象的监测信号，如心电运动波形信号、呼吸运动波形信号、检测对象头部自主运动信号、视频监测信号、血氧值信号等，以提供给磁共振设备系统在重建磁共振图像时进行呼吸或心跳触发，而且射频接收装置200接收针对磁共振检测对象的监测信号，有效避免了各监测设备收发系统的冗余，同时避免了上述数据信号互相之间的干扰。

在一个实施例中，监测信号和磁共振信号在传输时使用不同的载波频率。

在本实施例中，监测信号可以与射频接收线圈无线传输的磁共振信号使用不同的载波频率，在射频接收机400接收到监测信号和磁共振信号后，可以根据两者不同的载波频率对信号进行区分，并得到各自所需的数据。

在一个实施例中，监测信号和磁共振信号在传输时使用时分多址、频分多址或码分多址进行区分。

在本实施例中，监测信号可以与射频接收线圈无线传输的磁共振信号使用相同的载波频率，通过时分多址、频分多址或码分多址等方式在射频接收机400中进行区分，同样可以得到各自所需的数据。

在一个实施例中，射频接收机400分别对监测信号和磁共振信号进行解调，并使用同一个基带处理器对解调后的信号进行解析。

在本实施例中，射频接收机400在对接收的监测信号和磁共振信号进行解调是分开进行，防止信号相互干扰；在后续进行解析时，可以采用同一个基带处理器，以节约射频接收机的空间。

进一步的，射频接收机400可以分别通过两个低噪声放大器对接收的监测信号和磁共振信号进行放大，再分别通过两个混频器进行载波恢复，两个混频器可以共用一个压控振荡器的本振信号。

一种磁共振系统，包括如上述的磁共振多天线射频传输装置。

在本实施例中，磁共振系统包括磁共振多天线射频传输装置，磁共振多天线射频传输装置包括射频接收线圈100和射频接收装置200，射频接收装置200包括多个天线300和射频接收机400，磁共振设备中的射频接收线圈100可以采集在磁共振检测时激发的磁共振信号，射频接收线圈可以通过无线方式发送磁共振信号至射频接收装置200，多个天线300可以将磁共振信号转发至射频接收机400，射频接收机400对磁共振信号进行解析。以无线方式传输磁共振信号，由于磁共振设备特殊的强磁场的结构中使用的屏蔽，传输信号时会出现多径效应，影响接收性能，在此方案中，使用多天线的接收方式，可以提高接收效率，并且避免使用射频线传输信号，简化工作流，降低因铺设电缆的成本。

本发明实施例的磁共振系统与上述磁共振多天线射频传输装置相对应，在上述磁共振多天线射频传输装置的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于磁共振系统的实施例中。

具体的，传统磁共振系统主要包含磁体，梯度线圈，射频线圈，接收链路几个子系统。由超导磁体产生一个均匀的静态磁场，通过射频发射线圈激发氢核自旋进动产生磁共振信号，利用梯度线圈对信号进行空间信息编码。由射频接收线圈采集上述磁共振信号，经过接收链路转换为数字信号，最终使用计算机重建得到磁共振图像。

射频接收线圈作为磁共振系统的一个重要组成部分，对磁共振系统图像质量具有决定性作用。目前广泛使用阵列式接收线圈，具有信噪比高，覆盖范围灵活，使用方便等特性。

传统的线圈使用射频线进行射频信号的传输，通常以射频线缆为主。传统射频线缆的使用有如下问题：

线缆的使用使得扫描工作流变得复杂，需要对线圈进行接插。尤其对于接收线圈被集成在移动患者病床的情况下，铺设电缆的成本是异常高昂的；线缆的使用由于其会感应到磁共振信号，会产生热量，会对患者(即磁共振检测对象)安全造成影响，甚至患者皮肤可能受到局部灼伤；另外，线缆的使用限制了磁共振线圈单元的密度。

在本申请的方案中，对于无线传输的磁共振线圈来说，其可以根据需求，有效提高线圈单元密度，以提供更高的检测精度。

由于磁共振的信号使用无线传输架构，而由于磁共振特殊的强磁场的结构中使用的屏蔽，因此传输信号会出现多径效应，影响专用射频接收机的性能，而对于这样的无线场景，使用多天线接收技术，可以有效提高接收效率。

本申请的方案主要是带有多天线接收的磁共振系统。磁共振系统包括磁体，梯度线圈，射频发射线圈，至少一个射频接收线圈和一个射频收发装置。射频接收线圈使用无线传输的方式向磁共振系统传输数字化磁共振信号，在磁共振系统端使用设置多天线的射频收发装置进行数字化磁共振信号的接收，具体架构如图5所示。

射频接收线圈包括线圈本体，模数转换器，无线传输器和处理器，还可以包括至少一个天线。处理器用来控制模数转换器的采样，保证射频接收线圈信号采集和磁共振系统序列时序同步，并控制无线传输器将信号传输至射频收发装置中。无线传输器分为上行、下行两个通道，上行通道由磁共振系统中的射频接收机通过射频收发装置向射频接收线圈传送控制信号和同步信息，下行通道由射频接收线圈通过射频收发装置向磁共振系统传送磁共振信号和相关信息。

进一步的，如图6所示，射频接收线圈可以由线圈本体(1)，放大器(2)，滤波器和模数转换器(3)，处理器和无线传输器(4)等部分组成。放大器用于放大射频接收线圈采集的磁共振信号，提高磁共振信号信噪比，滤波器用于对磁共振信号进行滤波，剔除频带外信号，模数转换器用于将信号转为数字信号，数字信号有助于提高信号的抗干扰性，也便于后续处理，包括但不限于信号编码，调制，压缩等。

线圈上下行建立通信前存在无线传输器和磁共振系统的同步确认过程。线圈建立通信后，无线传输器在数字化的磁共振信号中根据接收到的同步信息增加同步信息和校验码，同步信息能帮助射频收发装置在接收时能够忽略重复的数据包，同时能够使后续处理磁共振信号时，将信号在时间上对齐，以实现信号采集阶段的同步；校验码可以确定数据信号的正确接收。

处理器可以是fpga，对整个射频接收线圈进行控制，可以对整个系统的收发时序进行处理，根据系统需求对磁共振信号的采集和数字化进行控制。

射频收发装置至少包括第一和第二天线，第一和第二天线，与至少一个射频接收机相连，射频接收机通过第一和第二天线接收来自射频接收线圈的磁共振信号，并通过磁共振信号的载波信息恢复来自射频线圈的磁共振信号以供系统进行图像重建。射频收发装置通过至少两个天线实现了针对磁共振信号的空间分集接收。对于信号来说，如果只有一个天线，发送会通过第一和第二路径到达一个天线，当通过两个路径到达天线的信号相位异相时，信号到达天线时相互抵消抵消。而当存在第二天线时，信号能通过第三路径到达第二天线，因为天线被隔开，相消干涉将不可能发生在两个天线处。

数字化磁共振信号由射频接收线圈发射时，包含有校验码，其可有数据完整性校验或循环冗余核对实现，目的是确定数据被射频收发装置正确接收，而当两个天线共同收到同一个数据时，后端处理识别数据的同步信息，将其中冗余的信息丢弃。

射频收发装置还可以接收针对患者的监测数据。如心电波形，呼吸波形，视频监测，血氧值等，以提供给后端系统在重建图像时进行呼吸或心跳触发。监测数据可以与射频接收线圈无线传输的数据使用相同的载波频率或不同的载波频率。射频收发装置接收针对患者的监测数据，有效避免了各监控设备收发系统的冗余，同时避免了这些数据互相之间的干扰。

患者监测数据和磁共振数据在传输时可以使用时分多址，频分多址或码分多址等多种多址技术在接收端进行区分，也可以使用完全不同的载波频率。以wifi制式为例，患者检测数据可以使用2.4ghz进行传输，而同时磁共振数据可以使用5.8ghz进行传输，此时射频收发装置将同时接收两者信号，后端根据两者不同的载波频率，将信号区分，并得到所需数据。患者监测数据和磁共振数据在射频收发装置中使用不同的载波恢复，但使用同一个基带处理器对信号进行处理。此时射频接收机至少包括针对两个不同载波的解调，和一个共同的基带处理器，具体如图7所示。

另外，射频收发装置可以设置在磁共振系统磁体外侧，也可以设置在磁共振系统的磁体内侧，如图8所示，但设置在内侧，可能会使得系统变得更为复杂，同时需要考虑和已有磁共振系统中部件的互相干扰问题。

射频接收线圈可以包括无线充电线圈，无线充电线圈用于通过无线方式进行充电，避免射频接收线圈频繁地取下充电。射频接收线圈可以有多组，无线充电线圈可以是其中的一组或多组，射频接收线圈可以采用导电材料或者液体金属。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：rom/ram、磁碟、光盘等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。