[发明专利]一种提高核磁共振信噪比的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，尤其是一种通过提高核磁共振接收机的 性能来改善核磁共振信号的信噪比的方法。

背景技术

核磁共振技术已经成为科学研究和医学临床诊断中非常有用的手段。要 获得高质量的图像和谱图，提高核磁共振信号的信噪比是非常关键的。通常， 在核磁共振系统中，一个完整的接收系统包括射频接收线圈、前置放大器和 接收机，如图1所示。在接收系统中，信号经过每一级，都会有这一级产生 的噪声加入。接收线圈和前置放大器位于接收系统的最前端，其噪声特性对 核磁共振信号的信噪比影响十分显著。因此，在通常情况下，提高接收系统 噪声特性的措施主要是针对接收线圈和前置放大器的。事实上，经过前置放 大器放大的核磁共振信号仍然是比较微弱的。随着核磁共振技术的进步，新 的实验技术(如高分辨成像)对核磁共振仪器接收系统的性能提出了更高的 要求，而位于前置放大器之后的接收机逐渐成为提高接收系统噪声特性的瓶 颈。此外，在一些常规应用中，由于样品本身的特性(如样品中不同待测组 分的含量相差较大)，接收机的噪声特性对谱图质量影响也比较大。

接收机的噪声主要有如下三种：第一，模拟噪声。尽管射频接收线圈感 应出的核磁共振信号经过前置放大器的放大，但是其幅度仍无法达到模数转 换的要求，仍然需要在接收机中首先进行电压放大。此外，接收机中的这一 级放大器需要根据被测样品所产生的核磁共振信号的大小进行增益设置。这 些模拟放大器和增益控制模拟电路均不可避免地会产生模拟噪声。第二，数 模噪声。在接收机上传输的信号包括数字信号和模拟信号。接收机自身的数 字信号及其硬件工作平台(如工业控制计算机)上的数字信号，会通过电源 耦合与空间耦合等方式，对接收机上的模拟信号造成干扰，从而降低核磁共 振信号的信噪比。这种由数字电路产生的噪声耦合到接收机模拟电路中的噪 声称为数模噪声。第三，模数转换器(ADC)的量化噪声。核磁共振信号需 要进行采集，以便在计算机里进行数据处理。而完成对核磁共振信号的采集 需要采用ADC。任何ADC器件均存在量化噪声，其大小取决于ADC的数 字分辨率。在高场核磁共振系统中，或者在进行三维高分辨核磁共振成像扫 描时，进入接收机的信号具有很高的信噪比。这时，量化噪声通常成为影响 信噪比的主要因素。

为了降低接收机板上的模拟和数模噪声，除了选用低噪声模拟器件之外， 在电路设计中要采取严格的措施，包括对模拟电源进行滤波，为模拟器件加 射频屏蔽罩等。虽然这些措施在一定程度上提高了接收机的噪声特性，但是 增加了电路设计的复杂性和制作成本。

为了降低接收机的量化噪声，一般可以选用更高位数的ADC器件。另 外，过采样(Over-Sampling)技术也是降低量化噪声的有效方法。但是， 这些技术均会受到微电子技术发展的限制。实际上，在采用了上述技术之后， ADC的有效位数得到很大提高，然而，仍然无法满足核磁共振实验日益增长 的要求。

核磁共振信号可以分为两大类，自由衰减信号和回波信号。其中，自由 衰减信号的特点是：信号的幅度按照负e指数变化，逐渐变小；回波信号的 特点是：在回波中心信号幅度最大(峰点)，从中心向两侧信号幅度按照负e 指数变化。

为了得到正确的核磁共振图像或者谱图，核磁共振信号每一个采样点在 接收系统中被放大的倍数必须是相同的。因此，在现有技术中，在一次采样 过程中，接收机的增益是固定的。其接收机的增益设定为：在核磁共振信号 的最大值不溢出的前提下，可用增益范围中的最大值G₀。如果接收机的增益 比G₀大，信号中幅度较大的一部分信号将不能被正常采集(溢出)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种提高核磁共振信噪比的 方法，该方法降低了接收机噪声在接收系统噪声中所占的比例，从而达到提 高核磁共振信噪比的目的。

本发明的目的是这样实现的：

一种提高核磁共振信噪比的方法，它包括以下具体步骤：

a)将增益控制电路设于接收机前级。

b)启动采样之前，设定接收机增益波形和标准增益；包括：

i、在幅度上，接收机增益波形与核磁共振信号的变化规律相反，即： 核磁共振信号中较小的值对应于该波形中较大的值，核磁共振信号中较大的 值对应于该波形中较小的值；