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MRI基础知识 -- 模拟信号采样

MR技术博大精深,上一篇文章我们看了射频接收通路的整体框架结构,以及通道数的概念,有了这些基础知识,我们就可以进一步从信号传输的角度出发,了解一个接收线圈接收到信号之后是如何最终传输处理的。

研究射频接收通路,老王给大家换一个与发射通路TX学习时候相反的学习路径:反向看射频接收通路,也就是说,我们从Echo读取的地方往前看整个RX通路。

开始之前我们先学习一个基础电器知识,那就是对于一个echo信号,系统到底是怎么读出来数据并最终传给重建器进行重建的。老王之前提到过非电量电测技术,由于计算机存储的数据是2进制,因此计算机能读取的数据必须是数字信号,而物理量中最方便被计算机系统读取就是电压的大小。

对于物理量的测量,也就是把所有的被测试量都用电压的变化进行表示,具体到echo信号来说,就是把echo信号各处的幅度直接用电压的高低进行记录,完成这个功能的器件就是ADC采样模块。

ADC器件的一个性能指标是采样频率,对于一个连续的echo来说,我们做不到连续的将每个时间点的echo幅度都完整的记录下来。针对这种情况,就可以利用信号采集领域经典的香农采样定理来解决这个问题了。

香农采样定理:为了不失真的恢复模拟信号,采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。f s≥2f max

用下面一组图可以清晰地理解什么是香农采样定理。(图片出自百度)

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      使用一定的采样频率,可以把一组信号进行离散化,用离散点拟合回归成原始模拟信号。而最终采样得到的数据就是一组离散电压值,表征对应时间信号的幅度。

从图中可以看到,采样频率越高,理论上离散回归的也就越准确,如果采样频率无限大,那么曲线也就能拟合回归成原始信号。

回到echo,对于MRI信号的echo采样同样使用了ADC器件最终完成的,直观来看就是老王列出了很多次的下面这张图:

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Analog composite echo signal: 线圈接收到的echo信号

Digital samples of the echo signal:数字采样后存储的echo采样信号

Sample:N个采样点。这里需要区分采样点和频率编码点是有区别的

老王在上一篇文章中讲过通道数的概念,我们知道现在的超导MR系统同一时刻不是只有一个线圈在接收,而是有多个通道同时都在接收信号,每一个通道都可以看做是一个线圈。

因此在同一时刻,系统有多少个通道就会同时接收到多少个echo信号,也就是说有多少个ADC模块对每一个通道的echo进行数字采样。

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     对于传统的采用模拟信号传输方式的MRI系统来说,echo信号最终传入RX模块中完成ADC的转换,将数字信号传输给重建器进行K空间的填充,每一个线圈通道对应RX模块的一个接收通道。

传统的RX板每一块对应4个通道,也就是说如果使用32通道线圈,那么需要8块RX接收板进行信号的接收,下图红色框出来的部分就是8块RX接收板。

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    MR技术博大精深,本篇文章从经典的香农采样定理出发,介绍了信号接收通路RX中最终ADC采样模块的相关知识。

采用模拟信号传输方式的MRI系统最终的ADC模块在专用的RX板内,通过对模拟Echo的数字化采样最终产生Raw data数据。

说句题外话,经常我们听到MR模拟信号接收系统或者MR全数字接收系统,从本源上来说都是使用ADC对模拟信号echo进行采样,其区别在于ADC模块所处的位置是在传统的远离线圈的信号接收机柜里面还是更先进的直接就把ADC模块放到线圈里面尽可能减少通道损失。

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文章名称:《MRI基础知识 -- 模拟信号采样》
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