如何利用高性能ADC打造新的磁共振成像发送/接收架构

为了达到所要求的图像质量和帧率，MRI成像系统的梯度线圈必须能够快速改变静态磁场的强度，使成像区域的场强变化大约5%。系统需要高压(工作在几千伏特)、大电流(几百安培)驱动产生梯度磁场的线圈。在满足大功率需求的同时还要确保低噪声和高稳定性，线圈中的任何电流扰动都会导致RF拾取信号中的噪声，从而直接影响到图像信号的完整性。

为了区分不同类型的人体组织，MRI系统对接收信号的幅度进行分析。被激发的原子核连续辐射信号，直到将激发期间所吸收的能量完全释放掉。指数衰减信号的时间常数通常在几十毫秒到1秒；恢复时间是场强的函数，并取决于不同类型的人体组织。利用时间常数的变化可以识别出人体组织的类型。

发送/接收线圈

发送和接收线圈用于激励氢原子并接收原子核恢复产生的信号，这些线圈必须针对特殊的人体部位进行成像优化，这就需要系统能够灵活地配置线圈。针对需要成像的人体部位，可以使用独立的发送和接收线圈，也可以使用组合在一起的发送/接收线圈。此外，为了提高图像的采集次数，MRI系统使用多路发送/接收线圈并行工作，获取更多的信息，当然，这需要借助线圈位置的空间相关性。

RF接收器

RF接收器用于处理来自接收线圈的信号。目前，多数MRI系统具有6路或更多通道的接收器，处理来自多路线圈的信号。信号的频率范围大约分布在1MHz至300MHz，频率范围在很大程度上取决于静态磁场的强度。接收信号的带宽很窄，通常小于20kHz，与梯度磁场的强度有关。

传统的MRI接收器配置包含一个低噪声放大器(LNA)，随后接混频器。混频器进行信号混频，把有用信号变频到较低中频，然后经过12位至16位高分辨率、低速模/数转换器(ADC)转换成数字信号。采用这种接收架构，ADC可以工作在1MHz以下的采样率。由于带宽需求较低，可以利用单片高于1MHz至5MHz采样率的ADC，通过多路复用器以时分复用形式转换多路信号。高性能ADC的出现造就了新的接收器架构。可以利用宽带、采样率高达100MHz的12位至16位高分辨率ADC直接对信号进行采样，从而省去接收通道的模拟混频器。

发送器

MRI发送器产生激发氢原子的RF脉冲，激发脉冲的频率范围和梯度磁场强度取决于成像区域的宽度。典型的发射脉冲以±1kHz相当窄的带宽产生输出信号。需要时域波形产生该窄带信号，类似于传统的同步信号。该波形通常在基带以数字形式产生，然后经过混频器变频到适当的中心频率。传统的发送机制需要低速数/模转换器(DAC)，产生基带波形，该信号的带宽非常窄。同样，利用新一代DAC技术可以改善传统的发送器架构。通过高速、高分辨率DAC可以直接产生高达300MHz的RF发射脉冲。在数字域即可产生整个频带的波形并进行上变频。

图像信号处理

按照k间隔采集频率和相位信号，处理器/计算机计算k间隔采集数据的2维傅立叶变换，生成图像信号。