发射机、接收机、磁共振设备和射频信号生成方法与流程

本申请涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种发射机、接收机、磁共振设备和射频信号生成方法。

背景技术

磁共振成像(magneticresonanceimaging，mri)是现代医疗影像学中主要的成像方式之一。磁共振成像的基本工作原理是利用磁共振现象，采用射频信号激发被检体中的氢质子，并采用梯度场进行位置编码，后续可以接收带位置信息的磁共振信号，最终利用傅里叶变换重建出磁共振图像。

由于为了补偿梯度线圈在x、y、z方向的涡流引起的磁场(b0磁场)偏移均场后的主磁场，系统需要频繁地将梯度线圈涡流的补偿因子加权到主磁场频率上，因此会导致发射机的频率频繁地切换。在目前常用的磁共振设备中，发射机通常采用直接数字频率合成(directdigitalsynthesizer，dds)技术，接收机则通常采用数字下变频(digitaldownconverter，ddc)技术。发射机中的dds单元和接收机中的ddc单元的内部均具有数字控制振荡器(numericallycontrolledoscillator，nco)，通过分别控制数字控制振荡器的频率控制字，可以快速地实现发射机与接收机的频率的切换。

磁共振信号是复数信号，不仅包括幅值信息，还包括相位信息。接收机最终得到的磁共振信号的相位是由发射机相位和接收机相位共同决定的。为了进行有效的信号累加和成像的相位编码，在磁共振序列的执行过程中，需要保证发射机和接收机的相位相干，即需要发射机和接收机保持固定的相位差，这样就要求发射机输出的用于对被检体进行激发的模拟射频信号的频率，与接收机生成的用于进行磁共振成像的数字射频信号的频率同步切换。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种发射机、接收机、磁共振设备和射频信号生成方法，以保证发射机和接收机的相位相干。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请提供一种发射机，所述发射机包括：

频率控制字生成单元，用于生成控制生成射频信号的频率控制字；

频率控制字发送单元，用于将所述频率控制字发送至接收机中的频率控制字接收单元；

同步触发单元，用于生成同步信号，并将所述同步信号发送至所述接收机中的同步感应单元，以使所述接收机中的数字下变频ddc单元在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号；

直接数字频率合成dds单元，用于在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号；

数模转换dac单元，用于将所述数字射频信号转换为模拟射频信号；

其中，所述dac单元接收到所述数字射频信号的时刻为第一时刻，所述同步感应单元接收到所述同步信号的时刻为第二时刻，所述ddc单元接收到所述频率控制字的时刻为第三时刻，所述第二时刻与所述第一时刻相同，所述第三时刻早于所述第一时刻。

第二方面，本申请提供一种接收机，所述接收机包括：

同步感应单元，用于接收发射机中的同步触发单元发送的同步信号，所述同步信号由所述同步触发单元生成；

频率控制字接收单元，用于接收所述发射机中的频率控制字发送单元发送的频率控制字，所述频率控制字由所述频率控制字发送单元生成；

ddc单元，用于在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号；

其中，所述发射机中的dac单元接收到所述数字射频信号的时刻为第一时刻，所述同步感应单元接收到所述同步信号的时刻为第二时刻，所述ddc单元接收到所述频率控制字的时刻为第三时刻，所述第二时刻与所述第一时刻相同，所述第三时刻早于所述第一时刻。

第三方面，本申请提供一种磁共振设备，所述磁共振设备包括：上述发射机，以及上述接收机。

第四方面，本申请提供一种射频信号生成方法，所述方法应用于发射机，所述方法包括：

生成控制生成射频信号的频率控制字；

将所述频率控制字发送至接收机；

生成同步信号，并将所述同步信号发送至所述接收机，以使所述接收机在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号；

在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号；

将所述数字射频信号转换为模拟射频信号；

其中，所述发射机开始将所述数字射频信号转换为模拟射频信号的时刻为第一时刻，所述接收机接收到所述同步信号的时刻为第二时刻，所述接收机接收到所述频率控制字的时刻为第三时刻，所述第二时刻与所述第一时刻相同，所述第三时刻早于所述第一时刻。

第五方面，本申请提供一种射频信号生成方法，所述方法应用于接收机，所述方法包括：

接收上位机发送的主磁场频率参数，并根据所述主磁场频率参数，生成第一频率控制字；

每隔预设的间隔时间，根据梯度线圈涡流更新b0补偿值，并根据更新得到的b0补偿值和预设的加权系数，生成第二频率控制字；

所述生成控制生成射频信号的频率控制字，包括：

将所述第一频率控制字与所述第二频率控制字相加，并将相加得到的频率控制字确定为控制生成射频信号的频率控制字。

分析上述实施例可知，由于第一时刻与第二时刻相同，因此可以保证发射机输出用于对被检体进行激发的模拟射频信号，与接收机生成用于进行磁共振成像的数字射频信号保持同步；由于第三时刻早于第一时刻，因此可以保证发射机输出的模拟射频信号和接收机生成的数字射频信号来源于相同的频率控制字。这样，在控制生成射频信号的频率控制字更新时，可以保证发射机输出的模拟射频信号的频率与接收机生成的数字射频信号的频率的同步切换，使发射机和接收机保持固定的相位差，保证发射机和接收机的相位相干。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种发射机的示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种接收机的示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种磁共振设备的示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的另一种磁共振设备的示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种射频信号生成方法的流程图；

图6是本申请一示例性实施例示出的另一种射频信号生成方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请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。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

相关技术中，为了保证发射机和接收机的相位相干，即使发射机和接收机保持固定的相位差，通常可以采用回绕(rewind)技术。

举例来说，假设接收机的频率保持ω0不变，进一步假设在时间段t1开始时发射机与接收机之间的相位差为γ0，如果此时将发射机的频率切换为(ω0+δω)，则在t1结束时，发射机与接收机之间的相位差会变为(γ0+δω×t1)。如果在时间段t2开始时，将发射机的频率切换为(ω0-δω′)，则在t2结束时，发射机与接收机之间的相位差会变为(γ0+δω×t1-δω′×t2)。在这种情况下，如果满足条件：δω×t1＝δω′×t2，则在t2结束时，发射机和接收机之间的相位差即可恢复为γ0，此时t2即为回绕延时。

由此可见，采用回绕技术，虽然可以在一定程度上使发射机和接收机保持固定的相位差，但需要引入回绕延时，即需要经过回绕延时后，发射机和接收机的相位差才能恢复，因此会导致用于进扫描的磁共振序列的回波时间加长，磁共振序列的设计复杂度加大。

为了解决上述问题，本申请提供一种发射机、接收机、磁共振设备和射频信号生成方法，以在不增加算法复杂度的情况下，保证发射机和接收机之间的相位相干。

请参考图1，为本申请一示例性实施例示出的一种发射机的示意图；请参考图2，为本申请一示例性实施例示出的一种接收机的示意图；请参考图3，为本申请一示例性实施例示出的一种磁共振设备的示意图。如图3所示，磁共振设备1可以包括图1所示的发射机10和图2所示的接收机20。

其中，发射机10可以包括：频率控制字生成单元101、频率控制字发送单元102、同步触发单元103、dds单元104和dac(digitaltoanalogconverter，数模转换器)单元105；接收机20可以包括：同步感应单元201、频率控制字接收单元202和ddc单元203。

在发射机10中，频率控制字生成单元101可以分别与频率控制字发送单元102、同步触发单元103、dds单元104相连接，dds单元104还可以与同步触发单元103、dac单元105相连接。

在接收机20中，ddc单元203可以分别与同步感应单元201、频率控制字接收单元202相连接。

此外，发射机10中的频率控制字发送单元102可以与接收机20中的频率控制字接收单元202相连接，发射机10中的同步触发单元103可以与接收机20中的同步感应单元201相连接。

在本实施例中，频率控制字生成单元101可以生成频率控制字。其中，频率控制字可以用于控制射频信号的生成，而射频信号可以用于生成用于对被检体进行磁共振扫描的磁共振序列。

一方面，频率控制字生成单元101在生成该频率控制字后，可以将该频率控制字输出至dds单元104。

另一方面，频率控制字生成单元101在生成该频率控制字后，还可以将该频率控制字输出至频率控制字发送单元102，由频率控制字发送单元102将该频率控制字发送至频率控制字接收单元202。

同步触发单元103可以生成同步信号。其中，同步信号可以是高电平使能的电信号。

一方面，同步触发单元103在生成该同步信号后，可以将该同步信号输出至dds单元104。

另一方面，同步触发单元103在生成该同步信号后，还可以将该同步信号发送至同步感应单元201。

dds单元104即为执行直接数字频率合成功能的单元，其中可以包括nco。dds单元104可以在同步触发单元103输出的该同步信号的触发下，根据频率控制字生成单元101输出的该频率控制字，生成数字射频信号。具体地，可以由dds单元104中的nco根据该频率控制字，生成数字射频信号。

dds单元104在生成该数字射频信号后，可以将该数字射频信号输出至dac单元105。dac单元105可以将dds单元输出的该数字射频信号转换为模拟射频信号。其中，dac单元105接收到该数字射频信号的时刻为第一时刻。

后续，可以利用该模拟射频信号生成磁共振序列，从而可以根据该磁共振序列对被检体进行磁共振扫描。

在本实施例中，同步感应单元201可以接收到同步触发单元103在达到第一时刻时，输出的该同步信号。具体地，由于同步触发单元103输出的该同步信号可以是高电平使能的电信号，因此同步感应单元201在检测到高电平使能的电信号时，可以视为接收到该同步信号。其中，同步感应单元201接收到该同步信号的时刻为第二时刻。

同步感应单元201在接收到该同步信号后，可以将该同步信号输出至ddc单元203。

由于频率控制字发送单元102可以将该频率控制字转换为串行数据，并按照数据传输协议与其他相关数据捆绑在一起发送给频率控制字接收单元202，因此频率控制字接收单元202在接收到频率控制字发送单元102发送的数据后，需要对这些数据进行解析，以得到该频率控制字。在频率控制字接收单元202从这些数据中解析出该频率控制字后，可以视为频率控制字接收单元202完成接收该频率控制字。

在频率控制字接收单元202完成接收频率控制字生成单元101输出的该频率控制字后，即在频率控制字接收单元202从频率控制字发送单元102发送的数据中解析出该频率控制字后，可以将该频率控制字输出至ddc单元203。其中，ddc单元203接收到该频率控制字的时刻为第三时刻。

ddc单元203即为执行数字下变频功能的单元，其中也可以包括nco。ddc单元203可以在同步感应单元103输出的该同步信号的触发下，根据频率控制字接收单元202输出的该频率控制字，生成数字射频信号。具体地，可以由ddc单元203中的nco根据该频率控制字，生成数字射频信号。

后续，可以利用该数字射频信号，以及在根据该磁共振序列对被检体进行磁共振扫描后采集到的磁共振信号，进行针对该被检体的磁共振成像。

在本实施例中，需要说明的是，同步感应单元201接收到该同步信号的第二时刻，与dac单元105接收到该数字射频信号的第一时刻相同；且ddc单元203接收到该频率控制字的第三时刻，早于dac单元105接收到该数字射频信号的第一时刻。

由上述实施例可见，由于第一时刻与第二时刻相同，因此可以保证发射机输出用于对被检体进行激发的模拟射频信号，与接收机生成用于进行磁共振成像的数字射频信号保持同步；由于第三时刻早于第一时刻，因此可以保证发射机输出的模拟射频信号和接收机生成的数字射频信号来源于相同的频率控制字。这样，在控制生成射频信号的频率控制字更新时，可以保证发射机输出的模拟射频信号的频率与接收机生成的数字射频信号的频率的同步切换，使发射机和接收机保持固定的相位差，保证发射机和接收机的相位相干。

在实际应用中，为了便于实现，在频率控制字生成单元101完成生成该频率控制字后，可以启动第一计时器。同步触发单元103可以在该第一计时器的计时时间达到第一延时时长后，生成同步信号。或者，也可以由发射机中的cpu(centralprocessingunit，中央处理器)等计算芯片在达到第一延时时长后，控制同步触发单元103生成同步信号，本申请对此不作限制。

其中，第一延时时长等于频率控制字接收单元202完成接收该频率控制字的时刻，与频率控制字生成单元101完成生成该频率控制字的时刻的时间差；或者，第一延时时长也可以等于该时间差加上预设的微调时间的总和，微调时间可以由用户根据磁共振设备的实际运行情况设置。这样，在同步触发单元103生成同步信号时，频率控制字接收单元202已经完成接收该频率控制字。

同步触发单元103在生成该同步信号后，可以立即将该同步信号输出至dds单元104。

需要说明的是，此时dds单元104在接收到频率控制字生成单元101输出的该频率控制字后，不会立即根据该频率控制字，生成数字射频信号，而仅会在同步触发单元103输出的该同步信号的触发下，根据该频率控制字，生成数字射频信号。

在dds单元104完成生成该数字射频信号后，可以启动第二计时器。同步触发单元103可以在该第二计时器的计时时间达到第二延时时长后，将之前生成的同步信号发送至同步感应单元201。同样地，也可以由发射机中的cpu等计算芯片在达到第一延时时长后，控制同步触发单元103将之前生成的同步信号发送至同步感应单元201，本申请对此不作限制。

其中，第二延时时间等于dac单元105完成接收该数字射频信号的时刻，与dds单元104完成生成该数字射频信号的时刻的时间差。

同步感应单元201在接收到同步触发单元103发送的该同步信号后，可以立即将该同步信号输出至ddc单元203。

需要说明的是，此时ddc单元203在接收到频率控制字接收单元202输出的该频率控制字后，也不会立即根据该频率控制字，生成数字射频信号，而仅会在同步感应单元201接收到的该同步更新信号的触发下，根据该频率控制字，生成数字射频信号。

综合来看，在频率控制字生成单元101完成生成该频率控制字后，经过第一延时时长后，频率控制字接收单元202完成接收该频率控制字；经过第一延时时长加上第二延时时长的总和后，dac单元105完成接收该数字射频信号，开始将该数字射频信号转换为模拟射频信号；同时同步感应单元201也完成接收该同步信号，由于此时频率控制字接收单元202已完成接收该频率控制字，因此ddc单元203可以立即开始生成相同的数字射频信号。

由此可见，发射机输出用于对被检体进行激发的模拟射频信号，与接收机生成用于进行磁共振成像的数字射频信号始终保持同步，且发射机输出的模拟射频信号和接收机生成的数字射频信号来源于相同的频率控制字。这样，在控制生成射频信号的频率控制字更新时，可以保证发射机输出的模拟射频信号的频率与接收机生成的数字射频信号的频率的同步切换，使发射机和接收机保持固定的相位差，保证发射机和接收机的相位相干。

请参考图4，为本申请一示例性实施例示出的另一种磁共振设备的示意图。如图4所示，磁共振设备2可以包括发射机30和接收机40。

其中，发射机30与发射机10相比，还可以包括：光电转换单元106；接收机40与接收机20相比，还可以包括：电光转换单元204。

在发射机30中，光电转换单元106可以与同步触发单元103相连接；在接收机40中，电光转换单元204可以与同步感应单元201相连接。

需要说明的是，此时发射机30中的同步触发单元103与接收机40中的同步感应单元201不再相连接，而是由发射机30中的光电转换单元106与接收机40中的电光转换单元204相连接。

与图3所示的实施例有所区别的是，此时，同步触发单元103可以将生成的同步信号发送至光电转换单元106。光电转换单元106可以将该同步信号由电信号转换为光信号，并将该光信号通过高速光纤发送至电光转换单元204。

电光转换单元204可以将该光信号重新转换为电信号，并将该电信号输出至同步感应单元201，从而使同步感应单元201可以接收到该同步信号。

这样，在发射机与接收机所处的位置之间的距离较远时，可以加快发射机与接收机之间同步信号的传输速度，使发射机与接收机之间同步信号的传输时间趋近于0，避免由同步信号的传输时间导致的发射机与接收机的相位偏差。

在一个可选的实施例中，请继续参考图4，发射机30还可以包括：主磁场调整单元107和b0补偿计算单元108。

其中，主磁场调整单元107可以接收上位机发送的主磁场频率参数，并根据所述主磁场频率参数生成第一频率控制字，而b0补偿计算单元108则可以每隔一定的间隔时间，根据梯度线圈涡流的影响因子更新b0补偿值，并根据更新后的b0补偿值和预设的加权系数，生成第二频率控制字。该间隔时间可以由用户预先设置，也可以是默认的缺省值。

此时，频率控制字生成单元101可以将该第一频率控制字和该第二频率控制字相加，并将相加得到的频率控制字作为控制生成射频信号的频率控制字。

或者，也可以由上位机每隔一定的间隔时间，向频率控制字生成单元101发送不同的频率参数，以由频率控制字生成单元101生成控制生成射频信号的频率控制字，本申请对频率控制字的生成步骤不作限制。

请参考图5，为本申请一示例性实施例示出的一种射频信号生成方法的流程图。该方法可以应用于图1所示的发射机，包括以下步骤：

步骤501：生成控制生成射频信号的频率控制字。

步骤502：将所述频率控制字发送至接收机。

步骤503：生成同步信号，并将所述同步信号发送至所述接收机，以使所述接收机在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号。

步骤504：在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号。

步骤505：将所述数字射频信号转换为模拟射频信号；其中，所述发射机开始将所述数字射频信号转换为模拟射频信号的时刻为第一时刻，所述接收机接收到所述同步信号的时刻为第二时刻，所述接收机接收到所述频率控制字的时刻为第三时刻，所述第二时刻与所述第一时刻相同，所述第三时刻早于所述第一时刻。

在本实施例中，发射机在生成频率控制字后，可以将该频率控制字发送至接收机。其中，频率控制字可以用于控制射频信号的生成，而射频信号可以用于生成用于对被检体进行磁共振扫描的磁共振序列。

后续，发射机可以生成同步信号。一方面，发射机可以在该同步信号的触发下，根据该频率控制字，生成数字射频信号；另一方面，发射机可以将该同步信号发送至接收机，从而使接收机可以在接收到的该同步信号的触发下，根据之前接收到的该频率控制字，生成数字射频信号。

发射机在生成数字射频信号后，可以将该数字射频信号转换为模拟射频信号。

在本实施例中，可以将发射机开始将该数字射频信号转换为模拟射频信号的时刻称为第一时刻，将接收机接收到该同步信号的时刻称为第二时刻，将接收机接收到该频率控制字的时刻称为第三时刻，则需要说明的是，该第二时刻与该第一时刻相同，该第三时刻早于该第一时刻。

在一个可选的实施例中，发射机在前述步骤503中生成同步信号后，可以先将该同步信号由电信号形式转换为光信号形式，再将转换得到的光信号形式的同步信号通过高速光纤发送至接收机。而接收机在接收到该光信号形式的同步信号后，可以将该光信号形式的同步信号转换为电信号形式的同步信号。

在另一个可选的实施例中，发射机可以接收上位机发送的主磁场频率参数，并根据所述主磁场频率参数，生成第一频率控制字。此外，发射机还可以每隔预设的间隔时间，根据梯度线圈涡流更新b0补偿值，并根据更新得到的b0补偿值和预设的加权系数，生成第二频率控制字。在这种情况下，发射机可以将该第一频率控制字与该第二频率控制字相加，并将相加得到的频率控制字确定为控制生成射频信号的频率控制字。

请参考图6，为本申请一示例性实施例示出的另一种射频信号生成方法的流程图。该方法可以应用于图2所示的接收机，包括以下步骤：

步骤601：接收发射机发送的同步信号，所述同步信号由所述发射机生成。

步骤602：接收所述发射机发送的频率控制字，所述频率控制字由所述发射机生成。

步骤603：在所述同步信号的触发下，根据所述频率控制字，生成数字射频信号；其中，所述发射机开始将所述数字射频信号转换为模拟射频信号的时刻为第一时刻，所述接收机接收到所述同步信号的时刻为第二时刻，所述接收机接收到所述频率控制字的时刻为第三时刻，所述第二时刻与所述第一时刻相同，所述第三时刻早于所述第一时刻。

在本实施例中，接收机可以接收发射机发送的频率控制字和同步信号。其中，频率控制字和同步信号均由发射机生成。

后续，接收机可以在该同步信号的触发下，根据该频率控制字，生成数字射频信号。

另一方面，发射机也可以在其生成的该同步信号的触发下，根据其生成的该频率控制字，生成数字频率信号，并将其生成的该数字频率信号转换为模拟数字信号。

在本实施例中，可以将发射机开始将该数字射频信号转换为模拟射频信号的时刻称为第一时刻，将接收机接收到该同步信号的时刻称为第二时刻，将接收机接收到该频率控制字的时刻称为第三时刻，则需要说明的是，该第二时刻与该第一时刻相同，该第三时刻早于该第一时刻。

在一个可选的实施例中，发射机可以先将其生成的该同步信号由电信号形式转换为光信号形式，再将转换得到的光信号形式的同步信号通过高速光纤发送至接收机。而接收机在前述步骤601中接收到该光信号形式的同步信号后，可以将该光信号形式的同步信号转换为电信号形式的同步信号。

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