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MRI基础知识---Tune signal

MR技术博大精深,上一篇文章我们介绍了介绍了线圈接收通路的信号融合功能,为了用有限的ADC接收器接收更多的线圈通道,采用了相对复杂的融合矩阵。融合矩阵功能一般在模拟接收方式的多通道同时接收时候使用,目的是在有限资源的情况下尽可能多的连接更多的线圈通道。通过前面的文章,我们已经解决了射频接收通路的ADC转换,信号传输,那么接下来的一个问题是:如何判断连接的线圈是能够正常工作的。

线圈自己当然不会说话,一般来说接收线圈内部也不会专门设置一个校准模块用来每次对自身进行自校准,最多线圈自己从物理层面检测一下电路电压是否正常就已经很先进了。但是接收线圈的作用使接收MRI信号,因此必须对其接收信号的能力进行评估,这时就需要用到Tune Signal了。

还记得老王在射频发射通路的讲解中曾经多次讲到过的Tune的概念。Tune有两个含义,当描述Tune/Detune时(比如在介绍QBC的时候讲过QBC中rod的Tune状态),Tune表示导通或者使能状态,Detune表示断开状态。当表示Tune线圈或者Tune信号时,他表示的是MR射频系统重要的Tune校准信号,用来检测接收线圈Q值。我们今天要讲的就是射频接收通路的Tune校准信号。

首先依照惯例还是先列出Tune信号的电路框图。

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     从结构图上可以看到,Tune校准信号从设备间DACC数据采集柜中专门用来发射校准信号的Clock板发出,通过Splitter Box来到TR-Switch模块后,分成两路最终通过专用的2个Tune Coil发射。可以说虽然Tune信号是用来进行射频接收线圈校准的,但是他的通路更加像是射频发射通路中的构架。

这里面老王分别介绍其中的重要模块:

1.       Clock板。从名字上来看这块板子跟时钟相关,实际上也正是如此,Clock板包含两个作用:

a.       时钟基准。MR系统发射接收的一个很重要的基础是时钟统一,为了产生所需要的序列,整个系统中射频发射,接收,控制模块都需要有一个统一的时间基准,而这个基准时间信号就是从Clock板发出的。

b.       信号校准。MR系统射频接收信号的校准也是从Clock发出基准信号的。所谓信号校准主要是对射频接收通路相关的模块进行校准,校准的方法就是发射一个模拟MR回波信号。需要校准的模块主要包含以下几个部分:

(1)      接收模块RX板内的ADC模块

(2)      PFEI MRX板

(3)      接收线圈

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2.       Splitter Box。耦合器,作用是将一路Tune信号分解成相同的3路信号。其中一路进入TR-Switch模块作为Tune校准信号的信号源,其余两路进入两块MRX板内进行接收模块通道校准。

3.       TR_Switch。在介绍射频发射通路的时候老王多次讲到此模块,在这里模块内还有一个耦合器起到了Tune校准信号的一分二功能,同时还可以对1,2两路路的发射和截止状态进行控制。

4.       Tune Coil A/B。Tune发射线圈,共有2个,在介绍QBC结构的时候老王标记过他们的位置。实际上Tune线圈的位置对应的就是QBC正交发射的基础单元Rod 7和Rod 11,因此也就意味着Tune校准信号可以精确的向QBC内两路正交通道中的对应发射通道发射校准信号。

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   有了Tune校准信号的发射结构框图,那么下一个问题就是Tune信号是如何对线圈进行校准的。这里就需要引入Q值的概念。

我们知道每一种射频接收线圈都至少具备两个参数:

1.        接收信号灵敏度。也就是线圈接收多大频率的时候信号最强,每一个线圈总有最佳匹配频率。由于MR信号是非常低的,因此在线圈通道后面都会加前置放大器,但是如果使用平时接收低信号强度的接收线圈突然接收一个很大的信号(比如经过射频放大器放大的射频发射信号),那么线圈很可能就会烧了。因此接收线圈的接收幅度是有阈值的

2.      接收信号带宽。描述线圈能够接收的频谱范围,这是射频接收线圈的一个基本指标,通俗来讲一个线圈想要接收全频段的信号既不现实也没有必要。回顾一下基本理论:

1.5T MR设备的基准频率是64MHz

3.0T MR设备的基准频率是128MHz

一般来说1.5T设备使用的接收线圈是无法接收到3.0T线圈的,反过来也一样。实际上MR系统使用的接收线圈带宽是很有限的,这样做一方面可以提高专用线圈的敏感度,另一方面也能可以最大限度的减少其它频段的噪声可能带来的干扰。

有了这两个指标,系统对于一个勘用线圈的评价标准就可以用Q值来表示:

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 Q值的计算方法是:

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在每个序列开始前,系统对接收线圈的Q值进行计算,判断此线圈的通道是不是正常的,由此完成了对接收线圈的校准。

    MR技术博大精深,本篇文章介绍了接收线圈的Tune信号校准过程以及Tune信号的发射通路。Tune信号完成了系统识别接收线圈是否能够正常工作的功能,同时更重要的是能够直接通过Tune信号够完成对QBC正交性的校准,因此设计上Tune coil是在QBC里面专门设计好的位置。Tune信号虽然看上去只是基础通路旁边不起眼的一个小模块,但实际上MR系统的接收几乎每一步校准都离不开它的参与。

至此老王已经将模拟接收方式的MR射频接收通路的基本框架全部介绍完了,相信大家通过学习能够感觉到射频接受通路和发射通路在学习上的区别,射频发射通路的时候老王按照发射通道从头到尾一步一步进行深入。而到了射频接收通路的时候老王更多的是从功能角度进行模块集合讲解,这也是射频接收通路的特点,MR系统为了接收信号实际上经过了大量模块的整合,因此单独顺着接收通路讲的话实际上就只有短短的那么一段,但并行却又大量模块去支持通路完成整个接收过程。

在接下里的文章中老王会继续介绍射频接收通路相关的各种知识,比如数字接收通路以及各种不同类型的线圈,敬请期待。

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文章名称:《MRI基础知识---Tune signal》
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