[发明专利]射频发射调制与接收解调信号相位相干的控制器和方法

说明书

本发明公开了一种射频发射调制与接收解调信号相位相干的控制器和方法，涉及磁共振技术领域。在发射端，将射频信号的载波频率和相位分两次调制，在现场可编程门阵列FPGA内的发射数字控制振荡器NCO中产生选层所需的偏移频率和用于调制射频信号的相位，在数字模拟转换器DAC内的数字控制振荡器NCO中产生系统中心频率。在接收端，在现场可编程门阵列FPGA内的接收数字控制振荡器NCO中产生解调所需的频率和相位。本发明能够解决传统核磁共振谱仪不能兼容从0.2T低场到9.4T高场应用的问题，以及为了保证发射调制和接收解信号相干，序列编写的灵活性差，需要加入额外的回绕操作、配置的硬件复杂的问题。

技术领域

本发明涉及磁共振技术领域，具体涉及一种射频发射调制与接收解调信号相位相干的控制器和方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)技术作为一种能反映多维信息的无损伤的诊断手段，在医学病理诊断和基础科学研究方面得到了广泛的应用。核磁共振谱仪是核磁共振成像系统中的核心部件，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。

射频脉冲用于激励处于磁场中的磁性核(例如氢)，使之发生共振,产生共振条件为：

ω₀＝γB₀/(2π×10⁶)

上式是著名的拉莫尔定理。其中B₀为磁场强度，单位特斯拉(T)，γ为旋磁比，单位为rad/T/s，ω₀共振频率，也称为拉莫尔频率，单位为MHz。

引入梯度磁场后，空间内各点的场强不同使得不同位置的质子共振频率也不同，从而可以利用梯度磁场来对成像物体的空间位置信息进行编码。MRI系统在x、y、z三个坐标方向加入三个线性变化的梯度磁场，分别称为G_x梯度、G_y梯度和G_z梯度，它们由三个梯度线圈产生。利用这三个梯度磁场就可以对成像物体进行空间位置编码。

施加选层梯度G_z后，主磁体内的磁场沿着Z轴线性变化。Z轴各个层面内的氢核具有不同的共振频率。利用选择性激励的原理，即用频率与选定层面共振频率相同的有限带宽的射频信号对该层面的的氢核进行共振激发。

选定层面被激发后，利用G_y对该层面内的y方向进行相位编码。所谓相位编码就是利用线性变化相位编码梯度造成质子有规律的相位差，利用该相位差来确定体素在相位方向的位置信息。由于y方向施加了梯度磁场G_y,沿着y方向质子以不同的角频率进动，各点进动频率为:

ω_y＝γ(B₀+yG_y)/(2π×10⁶)

其中，B₀为磁场强度，单位特斯拉(T)，γ为旋磁比，单位为rad/T/s，y为y轴坐标，G_y为y轴梯度变化率。经过时间δt后沿y轴各个位置的体素进动相位变化为:

θ_y＝ω_y·Δt

其中ω_y为各点进动频率。这时关闭相位编码梯度，各体素又会以相同的频率进动，但是它们之间的相位差还会存在。由上式可知，θ_y是关于y的线性函数。这样在获得的磁共振信号中就包含了y方向的空间位置信息。最后利用梯度磁场G_x进行频率编码，即对x方向进行位置编码，原理同上。

从核磁共振成像的原理可以看出，在每一个层面内，必须保证发射通道和接收通道的射频信号相位相干，即每次激发采集的过程中，发射射频调制的相位和接收解调的相位必须保持相对固定的关系，之后才能从接收到的核磁共振信号中提取出相位编码的信息，否则会导致相位编码方向位置提取出错而造成伪影。