[发明专利]用于转换和传输磁共振接收信号的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将磁共振接收线圈的模拟接收信号转换到数字接收信号和用于将该接收信号传输到分析装置的装置，其中，该接收信号在局部线圈内部通过具有第一采样频率的模数转换器被数字化。此外，本发明还涉及一种磁共振装置。

背景技术

在磁共振装置中，作为接收线圈还使用局部线圈，所述局部线圈具有如下优点：靠近拍摄区域固定，例如在患者上和/或紧密靠近患者固定。然而，对于这样的局部线圈必要的是，将接收信号传输到磁共振装置的分析装置，然后在那里将接收信号数字地进一步处理（digital signal processing，数字信号处理-DSP）。在接收线圈的模拟接收信号处于磁共振频率本身并且未受干扰地通过磁共振装置的磁场和磁共振装置的组件又不受干扰地传输之后，首先建议，使用具有外罩波陷波器（Mantelwellensperren）的同轴电缆，用于将接收信号传输到分析装置，然后在那里将接收信号数字化并且进一步处理。

作为改进，通过WO2006/048816A1建议，模拟接收信号到数字接收信号的转换直接在接收线圈处就进行。为此，使用如下的模数转换器：其在空间上布置在接收线圈的接收区域内部。以这种方式赢得了空间并且节省了昂贵的同轴电缆。可以在数字的层面中选择高效的（aktive）接收元件，从而有利地可以取消模拟的转换电子器件。由此也简化了局部线圈的处理。

在这种类型的转换和传输装置的相应构造中产生的问题是，从接收线圈到（分析装置的）数字接收器的数字信号传输。总共所需的数据传输率与信号带宽、信道数和信号动态范围的对数的乘积成比例。该特征受到所使用的传输技术的可用数据传输率的限制。

磁共振信号的频率带宽通过最大梯度强度和对象大小给出。其可以达到大约1MHz的数量级。理论上在此使用2MS/s的采样率是足够的，但是为了减轻对为避免噪声混淆所需的前置滤波器的要求，目前在模数转换器处通常采用例如10MS/s的采样率。

为了实现尽可能好的信噪比（SNR）和尽可能大的测量速度，通常由接收线圈的多个单接收天线的阵列同时接收和处理磁共振信号。在此，例如可以并行处理128个活动的信道。

在信号链的输入端上，也就是在接收线圈处，待处理的信号动态范围从要拍摄的对象（例如患者）的热本底噪声（Rauschflur）（-174dBm/Hz）在其基本场强为3特斯拉的磁共振装置中延伸直到大约-20dBm的最大电平。为了使得背景噪声的数字传输的舍入误差不值一提地提高，例如在10MS/s的采样率的情况下需要大约18比特的字宽。

在此，例如得到18×128×10Mbit/s=23Gbit/s的总数据传输率。对于在接收线圈和分析装置之间的无线（无线电）数据传输的实现，这一点代表了迄今为止未克服的障碍。

由此寻求用于降低传输率的途径。如上所示，理论上2MS/s的采样率足以能够无损耗地显示1MHz宽的磁共振信号，即有用信号。为了实现这一点，在本发明人的在后公开的德国专利申请DE 10 2011 006578.4中提出了，将数字化的接收信号首先抽取为尽可能小的数据传输率。这在通过模数转换器转换到数字的接收信号之后才发生，由于模数转换器的对数地显示的有用动态范围与采样率成比例。因此例如在5MS/s的采样率的情况下可用的动态范围比在10MS/s情况下小三分贝。此外，假定在模数转换器（ADC）的采样率强烈降低的情况下，例如5MS/s的减半的采样率，对模拟滤波器的要求只能极端麻烦地满足或根本不能满足，例如当接收信号的向下混频的有用信号的中频位于1.8+/-0.5MHz情况下时。于是，然后通常要求为-40dB的所谓的滚降（Roll-Off）（在通带和阻带之间的频率响应中的步幅）必须达到在2.3MHz和2.7MHz之间，在那里出现第一假频带（Aliasband）。该要求几乎不能满足，从而提出将数字化的接收信号通过抽取滤波器抽取为更低采样率。但是在此对于数字化的抽取滤波器的滤波器部分也存在如上所述的要求，特别是例如在位于2.3MHz-2.7MHz的滚降，该抽取滤波器通常首先包括滤波器部分，以抑制假频带和噪声混淆，然后才进行向下采样。这些要求随着抽取程度上升而强烈上升。由此需要越来越麻烦的滤波器，所述滤波器具有增加数量的加法、减法（按照级联集成的梳齿滤波器（CIC滤波器））和乘法（按照FIR滤波器的一般形式，也就是具有有限脉冲应答的滤波器）。在考虑可用的FGPA资源和首先是能量消耗的情况下在此快速达到可实现性的限制。此外，鉴于干扰信号的发射，在接收线圈的磁共振接收天线附近要努力进行尽可能小数量的数字运算。

发明内容