一种保持发射/接收通道相位相干的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种保持发射/接收通道相位相干的装置及方法，其中，装置包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括第一可编程逻辑器件和DDS；所述接收模块包括第二可编程逻辑器件和NCO，所述发射模块还包括由所述第一可编程逻辑器件内部产生的发射自由时钟，所述接收模块还包括由所述第二可编程逻辑器件内部产生的接收自由时钟；所述接收自由时钟与所述发射自由时钟的频率相同。本发明专利技术能够保持发射/接收通道相位相干的精确性，并缩短延时，提高实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种保持发射/接收通道相位相干的装置及方法
本专利技术涉及磁共振成像
，特别是涉及一种保持发射/接收通道相位相干的装置及方法。
技术介绍
磁共振成像技术作为一种能反映多维信息无损伤的诊断手段，在医学病理诊断和基础科学研究方面得到了广泛的应用；同时，磁共振波谱技术在化学分析、生物大分子研究中发挥了重要作用。核磁共振控制台是核磁共振波谱仪器和成像系统的核心部件，其主要作用是实时控制脉冲序列的发射和磁共振信号的接收。磁共振成像系统相对波谱仪器而言增加了用于三维定位的梯度部件，因此磁共振控制台在成像系统中使用时，还需要对梯度进行控制。为了实现磁共振信号的正常累加，以及保证在成像中的相位稳定等，要求发射的射频信号与接收的磁共振信号之间具有稳定的相位关系，通常称之为发射与接收通道的相位相干。在核磁共振实验中，如果发射机和接收机不作频率变换，并且都以同一频率工作，则他们的相位差是固定的，即发射机和接收机可以一直保持相位相干。在模拟核磁共振仪器中，接收机的参考信号直接取自发射机信号源(MichalCA,BroughtonK,HansenE.Ahighperformancedigitalreceiverforhome-builtnuclearmagneticresonancespectrometers[J].ReviewofentificInstruments,2002,73(2):453-458.)，即发射机和接收机使用同一个参考信号源，这样就比较方便地实现发射机和接收机的相位相干。随着核磁共振仪器技术的发展，射频发射通道和接收通道都朝着数字技术方向不断进步。在数字化谱仪中，由于质子的共振频率与外磁场强度成正比，需要一般通过改变激发频率来实现选层。比如在主磁场方向上施加一个线性变化的梯度场，即沿着主磁场方向的磁场强度呈线性变化，而在与主磁场垂直的方向上，一个包括特定载波频率的SINC激发脉冲可激发一个选定层面(具有一定厚度)的核自旋。当发射机切换频率，而接收机不做频率切换时，发射机与接收机的频率就不能保持一致，发射机与接收机之间相位差也会随时间而改变，称之为发射机和接收机之间失去相位相干性，这样在磁共振成像中就无法成像，若发射通道与接收通道不能保证精确的相位相干，则会出现图像伪影。核磁共振实验室中，有时候只需要改变发射机或接收机的初相位，而不需要改变频率，但这同样会造成发射通道和接收通达失去相位相干性。在已有的技术中，对于发射机和接收机相位不相干有以下几种解决方法。一种是“相位回绕”技术，该方法的原理是在扫描过程中一直保持接收机的频率不变，通过调整发射机频率来实现发射机与接收机的相位相干。在发射瞬间，发射机切换到选层层面对应的频率，因此发射机与接收机之间会产生相位差，为了消除这一相位差，在发射机完成层面选择以后，需要计算此时发射机和接收机之间的相位差，并将发射机频率切换到补偿频率并持续一段时间，直到发射信号和接收信号的相位差又回到初始状态，即发射机与接收机恢复相位相干状态。尽管“相位回绕的”方法有效，并且被广泛应用，但是它需要引入回绕延时，增加了脉冲序列的时间，使序列设计更复杂。另一种是“同步切换-恢复”技术。在发射射频信号时，由于需要选择层面需要切换发射频率，此时也同样需要将接收机频率切换到与发射相同的频率，即使此时接收机并不因为成像原理需要对频率进行改变。同样，在接收核磁共振信号时，如果需要改变接收频率，此时也需要同步将发射频率切换到与接收机相同的频率，即同步更新发射频率和接收频率。为了避免脉冲序列产生的频率更新信号到达发射机和接收机的时间不同和温度变化等所导致的信号传输时间差，需要在脉冲序列的最后，将发射机和接收机频率切换至脉冲序列的最初频率。该方法虽然无需引入额外的回绕延时，但却需要在发射和接收时加入额外的频率切换动作，增加了操作的复杂性。现有专利文献CN103760507A公开了一种实现发射机和接收机相位相干的方法，该方法是在脉冲序列执行前，在第三个可编程器件中采用DDS技术产生一个参考时钟源，在发射源产生选层激发脉冲和接收源解调信号前，通过总线方式读取参考时钟源相位，并通过总线方式设置发射源NCO和接收源NCO的相位初值。该方法采用了同一个数字化的参考时钟源，确实是一种在核磁共振仪器采用数字化技术设计以后，保证发射和接收相位相干的一种方法。但是在该方法中，当需要切换发射源和接收源相位时，需要由外部总线控制器先读取参考源相位并输出至外部总线，发射源和接收源再通过外部总线接口接收参考源的当前输出相位值，将其设置为当前射频信号的相位，这样造成设置参考源相位时间较长，给产生实时脉冲序列和控制脉冲信号之间的严格时序关系带来麻烦，并且如果外部总线采用并行总线方式设计时，电路结构较为复杂；如果采用串行总线方式，则设置时间较长。同时，采用外部总线方式保持相位同步的方法，需要由软件对参考时钟相位进行读取，并写入发射源和接收源NCO内部的相位累加器，而软件操作由于受到操作系统的实时性和中断的影响可能造成软件操作延时的不确定性，同时需要微处理参与，此时微处理器不能进行其他任务操作。通常情况下，发射源和接收源均采用模块化结构进行设计，这样当发射源和接收源分别属于不同的电路模块时，周围环境还有可能对外部总线信号造成干扰，从而降低参考信号设置可靠性，或增加电路设计难度。另外，该方法在更新发射源和接收源的相位时，更新的是它们的相位累加器，要实现相位相干，首先需要清除当前的NCO相位累加器值，然后再将因脉冲序列核磁实验需要设置的相位初值与从外部总线读取的参考时钟当前相位值进行累加，之后才能写入NCO的相位累加器，这样使得更新相位累加器的过程变得繁琐，并增加了延时时间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种保持发射/接收通道相位相干的装置及方法，能够保持发射/接收通道相位相干的精确性，并缩短延时，提高实时性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种保持发射/接收通道相位相干的装置，包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括第一可编程逻辑器件和DDS；所述接收模块包括第二可编程逻辑器件和NCO，所述发射模块还包括由所述第一可编程逻辑器件内部产生的发射自由时钟，所述接收模块还包括由所述第二可编程逻辑器件内部产生的接收自由时钟；所述接收自由时钟与所述发射自由时钟的频率相同。所述发射自由时钟为与所述接收自由时钟同频率的相位累加器。所述DDS和NCO均包括相位累加器、相位偏置器和幅度转换器，所述相位累加器和相位偏置器用于产生相位信息，所述幅度转换器用于将相位信息转换为幅度值。所述发射模块和接收模块分别位于不同的电路模块中。作为特例，发射模块和接收模块可以集成在一个电路模块中。所述发射自由时钟和接收自由时钟分别属于两个不同的自由时钟。作为特例，当发射模块和接收模块集成在同一个电路模块中时，发射自由时钟和接收自由时钟可以是同一个自由时钟。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种保持发射/接收通道相位相干的方法，采用上述的装置，在磁共振成像脉冲序列执行期间，所述发射模块需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保持发射/接收通道相位相干的装置，包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括第一可编程逻辑器件和DDS；所述接收模块包括第二可编程逻辑器件和NCO，其特征在于，所述发射模块还包括由所述第一可编程逻辑器件内部产生的发射自由时钟，所述接收模块还包括由所述第二可编程逻辑器件内部产生的接收自由时钟；所述接收自由时钟与所述发射自由时钟的频率相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种保持发射/接收通道相位相干的装置，包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括第一可编程逻辑器件和DDS；所述接收模块包括第二可编程逻辑器件和NCO，其特征在于，所述发射模块还包括由所述第一可编程逻辑器件内部产生的发射自由时钟，所述接收模块还包括由所述第二可编程逻辑器件内部产生的接收自由时钟；所述接收自由时钟与所述发射自由时钟的频率相同。


2.根据权利要求1所述的保持发射/接收通道相位相干的装置，其特征在于，所述发射自由时钟为与所述接收自由时钟同频率的相位累加器。


3.根据权利要求1所述的保持发射/接收通道相位相干的装置，其特征在于，所述DDS和NCO均包括相位累加器、相位偏置器和幅度转换器，所述相位累加器和相位偏置器用于产生相位信息，所述幅度转换器用于将相位信息转换为幅度值。


4.根据权利要求1所述的保持发射/接收通道相位相干的装置，其特征在于，所述发射模块和接收模块集成在一个电路模块中。


5.根据权利要求4所述的保持发射/接收通道相位相干的装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋瑜，徐俊成，廖文姗，李建奇，杨光，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31