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MRI基础知识 -- 线圈多通道融合

上一篇文章我们介绍了射频接收通路里面非常重要的线圈识别功能Coil ID的基本原理,从非电量电测技术基础出发介绍了线圈内部通过电阻进行ID标识的方法,同时介绍了基本Coil ID识别通路。

有了Coil ID就能够从系统内部自动选择扫描的时候用的那个线圈,并同时使其它线圈暂时Detune(截止其功能,使其不接收信号),但这里有个问题,如果我就是要同时接收大量通道的信号呢?也就是说,同时连接多个线圈,这个时候系统是如何接收的。

 对于这个问题,第一个方法非常直接也非常简单,就是将每个接收通道都对应一个ADC,这样也就解决了多通道同时接收的问题。比如32通道接收通路如果插上32通道的线圈或者2个16通道的线圈,直接接收就好了,通道与ADC一一对应非常直接,如下图所示。

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     同理如果想连接64通道的线圈直接设置64个ADC也就完成了,只不过这样做整体的成本和系统复杂程度就会相应的提高。

第二种方法就是多通道融合技术,简单来说就是将多个通道经过特殊算法共同使用一根通道线传递到1个ADC上进行接收。这样做的好处是用有限的接收通道就可以接收多个通道的接收线圈。西家的Switch Matrix就是用了这样的技术,下面先列出接收通路框图:

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    Switch Matrix模块的作用是在接收线圈各个通路与ADC接收模块之间进行转换,同时在系统接收多个通道的时候进行通道融合。比如可以有以下3种配置

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Tim[76×32]:

ADC有32个接收通路,76为最大支持76个通道

Tim[76×18]:

ADC有18个接收通路,76为最大支持76个通道

Tim[32×8]:

ADC有8个接收通路,32为最大支持32个通道

这里进一步解释其中的Tim[76×32]这种配置:

76:76指的是接收线圈的76个Pins针脚,其中包含64个线圈Pins(4*8,4*6,2*4),另外Spine脊柱线圈有24个基础单元,但是由于Spine很长,不可能同时都在匀场范围之内,因此系统同一时刻只接收其中的12个单元,总共有64+12=76个Pins接口。

系统并没有将76个pins接收的信号一一直接传递到72个ADC模块,那样做成本太高了。系统将每2个或者3个线圈的接收信号输入到mode matrix内,将他们组合成新的融合信号再输出到1个ADC内。这里以3个线圈融合为例,每组里面包含3个线圈通道单元,这3个线圈通道单元的经过专门的计算,横向排列3个分别为左(L),中(M),右(R)。

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而3个线圈通道单元的输出按照3种数学方式进行输出:

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      为了简便分析就单独分析3个线圈输出的CP信号,CP单元输出为:

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也就是每个线圈通道组输出一个CP信号,这样回到Tim[76×32],也就能够看到32个ADC所对应的72个线圈通道,下面列出将线圈全部连接的时候的配置:

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从图里面可以看到线圈通道与CP信号对应的方式:

Head:

12个单元对应4个CP信号,每个CP信号对应3个单元

Neck:

4个单元对应2个CP信号,每个CP信号对应2个单元

Body:

6个单元对应2个CP信号,每个CP信号对应3个单元

Spine:

24个单元对应8个CP信号,每个CP信号对应3个单元

PA:

24个单元对应8个CP信号,每个CP信号对应3个单元

全部叠加也就有了32个ADC所对应的全部CP信号,也就是说完成了接收通道的信号融合。

     MR技术博大精深,本篇文章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。

实际上老王前面也说了,在接收ADC有限时采用线圈融合功能是很有效的,但同时这也带来了一个问题,系统接收的并不是真实的每一个通道的信号,而是经过处理的融合信号,因此系统的信噪比一定程度取决于融合线圈通道的排布和算法的优劣,同时在融合过程中还经过了一步信号接收,一定程度上会影响接收信噪比。

最有效的多通道接收还是将全部信号通道分别进行接收,而这就需要从硬件上对射频接收系统进行优化,全数字式接收通路就是一个有效的发展方向。

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文章名称:《MRI基础知识 -- 线圈多通道融合》
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