一种信号采集装置、方法和磁共振设备与流程

1.本说明书涉及信号采集领域，特别涉及一种信号采集装置、方法和磁共振设备。


背景技术：

2.信号采集装置通常可以采集所需要的特定信号，并对特定信号进行模数转换以及解调处理，以便对处理后的特定信号进行分析或实验。如在医疗领域的磁共振设备或核磁共振设备中，多核素磁共振信号采集装置可以采集一个或多个磁共振信号，并输出与磁共振信号对应的解调信息。
3.然而，目前磁共振设备或核磁共振设备的信号采集装置通常采用传统的超外差架构设计接收链路，往往会在模拟域进行信号解调，导致接收链路需要配合模拟域设置较多的器件(如混频器、补偿电路等)，接收链路较长容易浪费硬件资源，造成信号采集装置的整体设计不协调，占用体积过大。
4.因此，有必要提出一种高集成度的信号采集装置。


技术实现要素：

5.本说明书实施例之一提供一种信号采集装置。该装置包括：信号获取模块、信号匹配模块、模数转换器和控制模块，其中，信号获取模块获取磁共振信号，磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生。信号获取模块与信号匹配模块连接，信号匹配模块包括相互连接的可调电容单元和射频变压器，可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合射频变压器接收磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。信号匹配模块与模数转换器连接，模数转换器将模拟差分信号转换为数字信号。模数转换器与控制模块连接，控制模块用于对数字信号进行处理，以生成与磁共振信号对应的k空间数据。其中，控制模块包括解析单元，解析单元解析上位机的指令并生成控制信号。
6.在一些实施例中，信号获取模块包括多组射频接收单元，每组射频接收单元包括射频接收线圈和抗混叠滤波器，其中，射频接收线圈接收特定核素频率的射频信号，抗混叠滤波器对特定核素频率的射频信号进行滤波，得到磁共振信号。
7.在一些实施例中，信号采集装置还包括增益放大器，增益放大器位于抗混叠滤波器和信号匹配模块之间，其用于根据控制信号放大磁共振信号。
8.在一些实施例中，可调电容单元包括一个或多个变容组件，其中，一个变容组件包括两个并联或串联的变容二极管。
9.在一些实施例中，射频变压器包括一级或多级串联的无磁芯巴伦变压器。
10.在一些实施例中，信号采集装置还包括时钟生成模块，时钟生成模块设置在控制模块和模数转换器之间，其用于根据上位机的指令生成时钟信号，模数转换器根据时钟信号对模拟差分信号进行采样，得到数字信号。在一些实施例中，控制模块包括多路数据处理通路，每路数据处理通路包括数字下变频(digital down converter，ddc)模块，其用于对数字信号进行抽取、滤波和解调，得
到k空间数据。信号采集装置还包括开关模块，开关模块设置在模数转换器和数据处理通路之间，其用于选择与时钟信号对应的一路数据处理通路，将数据处理通路与模数转换器连通，并且经过任一数据处理通路后的数据率都相等。
11.在一些实施例中，信号采集装置还包括计数器模块(counter)和驱动电路，计数器模块在控制信号的控制下输出数字脉冲，经过驱动电路后生成用于调节可调电容单元的信号。
12.本说明书实施例之一提供一种磁共振设备。该设备包括：扫描仪，用于产生主磁场并能够激发处于所属主磁场中的检测对象的多种特定核素的核自旋，以产生磁共振信号。射频接收线圈，与扫描仪连接，以接收磁共振信号。接收链路，包括增益放大器、信号匹配模块以及模数转换器；增益放大器与接收线圈连接，以放大磁共振信号。信号匹配模块包括相互连接的可调电容单元和射频变压器。可调电容单元与增益放大器连接，且可调电容单元的电容值可调节，以配合射频变压器接收经放大的磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。模数转换器与射频变压器连接，用于将模拟差分信号转换为数字信号。控制模块，与模数转换器连接，控制模块用于对数字信号进行处理，以生成与磁共振信号对应的k空间数据。其中，控制模块包括解析单元，解析单元解析上位机的指令并生成控制信号。
13.本说明书实施例之一提供一种信号采集方法。该方法应用于上述信号采集装置，方法包括：获取磁共振信号，磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生。解析上位机的指令并生成控制信号，控制信号用于调整可调电容单元的电容值，以配合射频变压器处理磁共振信号。对磁共振信号进行处理，生成与磁共振信号对应的k空间数据。
14.在本说明书实施例中，基于模数转换器的直接采样架构设计接收链路，接收链路中无需设置混频器，也可以在数字域中进行信号解调，生成与磁共振信号对应的k空间数据，从而缩短接收链路，减小信号采集装置的整体体积，提高集成度。
15.另外，信号匹配模块通过可调电容单元与射频变压器的配合，可以在宽带下选择特定窄带的信号进行传输，实现宽带调谐匹配，架构简单的同时也能够通过较窄的接收频段减缓射频干扰溃入的情况，使得信号采集装置能够稳定工作。
16.再者，在需要获取通过其他特定核素受激发产生的磁共振信号时，信号采集装置无需更换整条接收链路，可以通过更换信号获取模块和调节可调电容单元的电容值的方式，使得可调电容单元配合射频变压器完成接收频段的调整，从而达到了同一个链路架构能接收多个不同的磁共振信号的目的。
附图说明
17.本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
18.图1是根据本说明书一些实施例所示的医疗设备的结构示意图；
19.图2是根据本说明书一些实施例所示的信号采集装置的结构示意图；
20.图3是根据本说明书一些实施例所示的信号采集装置的结构示意图；
21.图4a为根据本说明书一些实施例所示的并联式可调电容单元的结构示意图；
22.图4b为根据本说明书一些实施例所示的串联式可调电容单元的结构示意图；
23.图5为根据本说明书一些实施例所示的信号采集方法的流程示意图。
具体实施方式
24.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
25.应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
26.如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
27.本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
28.本说明书一个或多个实施例的信号采集装置可以获取一个或多个磁共振信号，以便应用于各种需要分析信号的场景，如在医疗设备中，提供与磁共振信号对应的信息(如k空间数据、图像等)以进行病情评估或科研分析，又如在探测设备中，提供与磁共振信号对应的物质组成、物质分布等探测信息。在一些实施例中，信号采集装置不仅仅可以应用于磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)设备和/或核磁共振(nuclear magnetic resonance，nmr)设备，还可以应用于其他需要分析磁共振信号的设备(如，地质探测设备、化学物质分析设备等)。在一些实施例中，本说明书一个或多个实施例的信号采集装置不仅仅可以获取磁共振信号，还可以获取其他射频信号，如用于传输数据的通信信号、用于传输能量的无线电磁波等，采集的射频信号的类型可以根据需求进行选择。
29.在一些实施例中，信号采集装置采用传统的超外差架构设计接收链路，在模拟域对磁共振信号进行解调，则需要接收链路设置模拟混频器进行配合，导致接收链路较长容易浪费硬件资源，造成信号采集装置的整体设计不协调，占用体积过大。
30.本说明书实施例提供的信号采集装置，包括：信号获取模块、信号匹配模块、模数转换器和控制模块。其中，信号获取模块获取磁共振信号，磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生。信号匹配模块包括可调电容单元和射频变压器，可调电容单元根据与上位机的指令对应的控制信号改变电容值，以配合射频变压器接收磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。模数转换器将模拟差分信号转换为数字信号。控制模块对数字信号进行处理，以生成与磁共振信号对应的k空间数据。如此，基于模数转换器的直接采样架构设计接收链路，接收链路中无需设置混频器，而在数字域中进行信号解调，生成与磁共振信号对应的k空间数据，从而缩短接收链路，减小信号采集装置的整体体积，提高集成度。
31.另外，信号匹配模块通过可调电容单元与射频变压器的配合，可以在宽带下选择特定窄带的信号进行传输，实现宽带调谐匹配，架构简单的同时也能够通过较窄的接收频段减缓射频干扰溃入的情况，使得信号采集装置能够稳定工作。
32.再者，在需要获取通过其他特定核素受激发产生的磁共振信号时，信号采集装置无需更换整条接收链路，可以通过更换信号获取模块和调节可调电容单元的电容值的方式，使得可调电容单元配合射频变压器完成接收频段的调整，从而达到了同一个链路架构能接收多个不同的磁共振信号的目的。
33.图1是根据本说明书一些实施例所示的医疗设备的结构示意图。在一些实施例中，如图1所示，医疗设备10包括：信号采集装置100和成像装置200。其中，信号采集装置100与成像装置200连接，信号采集装置100用于采集磁共振信号，并输出与磁共振信号对应的k空间数据，成像装置200用于输出与k空间数据对应的图像信息。
34.信号采集装置100是用于获取磁共振信号的装置。在一些实施例中，磁共振信号可以为来自待测物反射的电磁波，磁共振信号经过物质内部不同结构环境中不同的衰减，从而反映待测物的内部结构。例如，来自人体组织反射的磁共振信号可以反映人体的内部结构。在一些实施例中，磁共振信号可以为经过滤波处理的射频信号。在一些实施例中，磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生，从而磁共振信号可以携带特定核素信息，核素信息可以包括与核素对应的共振频率(即核素频率)、信号幅值等信息。
35.在一些实施例中，信号采集装置100可以采集特定核素频率的射频信号并进行滤波，得到带有特定核素信息的磁共振信号。例如，信号采集装置100可以采集1h核素频率、3h核素频率和
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f核素频率等多核核素频率对应的射频信号。在一些实施例中，信号采集装置100可以对磁共振信号进行抽取、滤波和解调等处理，输出与磁共振信号对应的k空间数据。
36.k空间数据可以为从被测量物的回波(如，磁共振信号)中获得的空间数据。在一些实施例中，k空间数据可以包括被测量物的一个或多个影像片层的空间数据，从而k空间数据可以被布置成阵列，例如，k空间。其中，每个k空间数据条目(或被称为k空间数据点)可以提供磁共振信号的频率和相位信息。
37.在一些实施例中，信号采集装置100不仅可以输出k空间数据，还可以输出其他图像数据，如灰度数据、三维图像数据等，图像数据的具体类型可以根据需求进行选择。信号采集装置100的具体实现方式，可以参考下述图2-图4b中的相关描述，此处不再赘述。
38.成像装置200是构建图像的电子设备。在一些实施例中，成像装置200可以根据k空间数据进行图像重建，输出与磁共振信号对应的图像信息。在一些实施例中，成像装置200可以为具有图像处理功能的上位机(host)、终端设备等电子设备。在一些实施例中，成像装置200可以通过投影重建、明暗恢复形状、立体视觉重建、激光测距重建等图像处理技术进行图像重建，图像处理技术的具体类型可以根据采集的射频信号的类型进行选择。示例性的，成像装置200可以通过逆傅里叶变换，基于布置在k空间中的k空间数据产生图像。
39.在一些实施例中，上述医疗设备10为磁共振(magnetic resonance，mr)设备。其中，磁共振设备可以包括主磁体、梯度线圈、射频线圈、控制设备、谱仪、病床等一种或多种部件。在一些实施例中，磁共振设备可以包括mri设备、nmr设备、磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，mrs)设备以及磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy imaging，mrsi)设备中的一种或多种。在一些实施例中，医疗设备10可以利
用带有核素信息的磁共振信号的化学位移差异，进行不同化学成分波谱成分的识别，输出与磁共振信号对应的图像信息。
40.在一些实施例中，对于采集任意一种核素的磁共振信号，医疗设备10的主静磁场(b0场)的不同强度可以对应不同的工作频率。示例性的，医疗设备10的主静磁场的强度可以与工作频率成正比例线性关系。nmr设备的b0场的强度可以包括4.7t、7t，9.4t、11.7t、14.1t等，相对应的，1h核素频率可以分别处于200mhz、300mhz、400mhz、500mhz、600mhz附近。
41.需要说明的是，信号采集装置100不仅仅可以应用于医疗设备10，还可以应用于其他需要采集信号的系统。例如，信号采集装置100可以应用于地质探测设备获取多个磁共振信号，输出与磁共振信号对应的地质分布信息。再例如，信号采集装置100可以应用于化学物质分析设备，将化学物质分析设备获取多个待分析物质返回的磁共振信号，输出与磁共振信号对应的物质组成、分布等信息。
42.图2是根据本说明书一些实施例所示的信号采集装置100的结构示意图。
43.在一些实施例中，如图2所示，信号采集装置100可以包括：信号获取模块110、信号匹配模块120、模数转换器130和控制模块140。其中，信号获取模块110与信号匹配模块120连接，信号获取模块110获取磁共振信号，磁共振信号携带有特定核素信息。信号匹配模块120可以包括相互连接的可调电容单元和射频变压器，可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合射频变压器接收特定核素信息对应的磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。信号匹配模块120与模数转换器130连接，模数转换器130将模拟差分信号转换为数字信号。模数转换器130与控制模块140，控制模块140用于对数字信号进行处理，以生成与磁共振信号对应的k空间数据。控制模块140包括解析单元，解析单元解析上位机的指令并生成控制信号。
44.在一些实施例中，接收链路可以包括信号获取模块110、信号匹配模块120和模数转换器130。在本说明书实施例中，通过接收链路接收携带有特定核素信息的磁共振信号，并在数字域中进行信号解调，生成与磁共振信号对应的k空间数据，使得基于模数转换器130构建的接收链路较短，从而减小信号采集装置100的整体体积，提高集成度。
45.另外，信号匹配模块120通过可调电容单元与射频变压器的配合，可以在宽带下选择特定窄带的信号进行传输，实现宽带调谐匹配，架构简单的同时也能够通过较窄的接收频段减缓射频干扰溃入的情况，使得信号采集装置100能够稳定工作。
46.再者，在需要获取其他核素信息对应的磁共振信号时，信号采集装置100无需更换整条接收链路，可以通过更换信号获取模块和调节可调电容单元的电容值的方式，使得可调电容单元配合射频变压器完成接收频段的调整，从而达到了同一个链路架构能接收多个具有不同的核素信息的磁共振信号的目的。
47.信号获取模块110为接收射频信号的电路结构。在一些实施例中，信号获取模块110可以获取一个或多个携带有核素信息的磁共振信号，核素信息可以包括与核素对应的共振频率(即核素频率)、信号幅值等信息。进一步地，在一些实施例中，信号获取模块110可以获取特定核素频率的射频信号，经过处理后得到磁共振信号。核素的具体实现方式，可以参考上述图1中的相关描述，此处不再赘述。
48.在一些实施例中，信号获取模块110包括多组射频接收单元，每组射频接收单元包
括射频接收线圈和抗混叠滤波器。其中，射频接收线圈接收特定核素频率的射频信号，抗混叠滤波器对特定核素频率的射频信号进行滤波，得到磁共振信号。
49.射频接收单元用于接收特定核素频率的射频信号。针对不同核素频率的射频信号，可以采用参数不同的射频接收单元进行接收，每组射频接收单元与一个特定核素频率的射频信号对应。例如，用于接收1h核素的核素频率的一组射频接收单元，该射频接收单元中的射频接收线圈的信号接收频率以及抗混叠滤波器的通带频率范围可以根据1h核素频率进行设置。
50.射频接收线圈(probe)，也可以被称为局部线圈或探头，通过感应特定核素频率的电磁波的辐射，接收该核素频率对应的射频信号。在一些实施例中，射频接收线圈的信号接收频率可以与需要接收的射频信号的特定核素频率对应。
51.抗混叠滤波器(anti-alias filter，aaf)包括一个低通滤波器，可以用于降低信号中的混叠频率分量，如抑制射频信号中的镜像噪声。在一些实施例中，抗混叠滤波器可以通过电阻-电容(r-c)元器件或电感-电容(l-c)元器件等进行搭建。在一些实施例中，抗混叠滤波器的通带频率范围可以根据模数转换器130的采样率(即，下述时钟信号的频率)以及特定核素频率进行设置，以避免信号采集装置100因镜像噪声混叠导致信噪比恶化。示例性的，抗混叠滤波器的通带频率范围可以包括该组射频接收单元对应的核素频率但不包括模数转换器130的采样率。
52.在一些实施例中，抗混叠滤波器可以对特定核素频率的射频信号进行滤波，允许通带频率范围中的射频信号通过，抑制阻带频率范围中的镜像噪声，得到携带特定核素信息的磁共振信号。下面提供一种示例性的信号采集装置100，详细描述射频接收单元的具体实现方式。
53.图3是根据本说明书一些实施例所示的信号采集装置100的结构示意图。在一些实施例中，如图3所示，信号获取模块110可以设置一组或多组射频接收单元，其中，抗混叠滤波器aaf可以紧邻接收线圈probe设置。每组射频接收单元用于接收一个特定核素频率的射频信号，并输出与该射频信号对应的磁共振信号，该磁共振信号携带有特定核素信息。
54.本说明书实施例中，相较于传统的信号采集装置100，抗混叠滤波器靠近射频接收线圈设置，可以使得接收链路整体前移更靠近射频接收线圈，在信号接收的源头上抑制镜像噪声，从而能够缩减从射频接收线圈到接收链路的射频互联线缆，优化信号采集装置100的信噪比的同时简化电路结构。
55.在一些实施例中，信号采集装置100还包括增益放大器，增益放大器位于信号获取模块110和信号匹配模块120之间，其用于根据控制信号放大磁共振信号。
56.增益放大器(gain amplifier，vga)为一种放大信号幅度的电路结构。在一些实施例中，增益放大器可以用于放大来自信号获取模块110传输的磁共振信号。在一些实施例中，增益放大器可以为固定增益放大器或可变增益放大器，也可以为其他可以放大信号的设备。在一些实施例中，当增益放大器为固定增益放大器时，可以根据需要获取的核磁共振行的信号幅度，选择合适的放大倍数的固定增益放大器。例如，在磁共振波谱设备中，可以选择放大倍数范围较大的可变增益放大器进行信号放大。
57.在一些实施例中，当增益放大器为可变增益放大器时，可变增益放大器的放大倍数可以根据磁共振信号的信号幅度进行设定。示例性的，信号幅度越大，增益放大器的放大
倍数可以越小，反之，信号幅度越小，增益放大器的放大倍数可以越大，从而实现磁共振信号调节控制。相对应的，在一些实施例中，控制信号可以来自于控制模块140，控制信号可以用于调节可变增益放大器的放大倍数。控制信号的具体实现方式，可以参考下述控制模块140的内容，此处不再赘述。下面结合上述图3所示的信号采集装置100，详细描述可变增益放大器的具体实现方式。
58.在一些实施例中，如图3所示，可变增益放大器vga可以设置在信号获取模块110和信号匹配模块120之间，用于放大抗混叠滤波器aaf输出的磁共振信号，使得输入信号匹配模块120的信号幅度稳定。
59.在本说明书实施例中，通过可变增益放大器来适应不同幅度的信号，可变增益放大器在小信号输入时具有高放大倍数，在大信号输入时具有低放大倍数，使得信号幅度稳定，以尽量应用数模转换器的动态范围。
60.信号匹配模块120为利用差分变换进行信号处理的电路结构。在一些实施例中，信号匹配模块120可以将输入的单端信号(如，上述磁共振信号)转化为模拟差分信号，以便模数转换器130进行信号处理。在一些实施例中，信号匹配模块120可以基于高速运放、射频变压器、电感-电容(l-c)元器件等架构进行构建。下面以射频变压器为例，详细说明信号匹配模块120的具体实现方式。
61.在一些实施例中，信号匹配模块120可以包括可调电容单元和射频变压器，可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合射频变压器接收特定核素信息对应的磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。
62.射频变压器是一种工作在射频范围内的变压器，其可以用于实现射频能量的传输，并将单端信号转换为模拟差分信号。在一些实施例中，射频变压器可以包括一个或多个巴伦变压器，以配合数模转换器的模拟差分输入接口。进一步地，在应用于磁共振领域时，信号采集装置100的接收链路需要进行无磁化处理，巴伦变压器可以为空芯或陶瓷芯的无磁芯巴伦变压器，巴伦变压器的类型可以根据实际的应用场景进行选择。
63.在一些实施例中，射频变压器包括一级或多级串联的无磁芯巴伦变压器。在一些实施例中，如图3所示，射频变压器可以包括无磁芯巴伦变压器t1和无磁芯巴伦变压器t2，无磁芯巴伦变压器t1的次级侧与无磁芯巴伦变压器t2的初级侧连接，无磁芯巴伦变压器t1的初级侧接收磁共振信号，无磁芯巴伦变压器t2的次级侧输出模拟差分信号，实现无磁芯巴伦变压器的级联。巴伦级联可以提高射频变压器输出的电压，提升模拟差分信号正负端信号的幅相平衡特性，从而提高接收链路的增益。同时，可以优化对通带频率范围以外的信号的抑制程度(即，带外抑制)，提升抗混叠滤波的效果。
64.需要说明的是，由于无磁芯巴伦变压器未设置磁芯，只能工作在较窄的频带范围内，但可以与可调电容单元配合，通过调节可调电容单元的电容值，使得射频变压器可以在宽带下选择特定窄带的信号进行传输，从而能够在有限的频带范围内保持一定的宽带特性，如低损耗的信号传输、宽带谐振匹配等。射频变压器架构简单的同时也能够通过较窄的接收频段减缓射频干扰溃入的情况，使得信号采集装置100能够稳定工作。
65.可调电容单元为可变电容器(如，变容二极管varactor)以及其他电容的元器件集合。在一些实施例中，可调电容单元可以包括一个或多个可变电容器和一个或多个固定电容器，可变电容器和固定电容器通过串并联的配置方式构建可调电容单元。在一些实施例
中，可调电容单元设置在射频变压器的输入端，进一步的，可调电容单元设置在巴伦变压器的初级侧。
66.在一些实施例中，可调电容单元可以根据来自驱动电路的控制信号改变可变电容器的外加电压，从而调整自身的电容值，以配合射频变压器完成接收频段的调整，接收特定核素信息对应的磁共振信号。相对应的，控制模块可以根据上位机的指令，通过驱动电路向可调电容单元发送控制信号，以使可调电容单元配合射频变压器完成接收频段的调整。驱动电路和控制模块的具体实现方式，可以参考下述控制模块140的相关内容。
67.在一些实施例中，可调电容单元的电容值可以影响射频变压器的调谐范围，也即接收信号的接收频段。相对应的，控制模块140可以根据需要获取的磁共振信号对应的核素频率，确定需要调节的射频变压器的调谐范围和可调电容单元的电容值。示例性的，调整可调电容单元的电容值以及射频变压器的调谐范围，使得该磁共振信号对应的核素频率位于可调电容和巴伦变压器的最佳匹配点，实现宽带谐振匹配。调谐的结果对该特定核素的信号来说还可起到带通滤波的作用，以及替代了与模数转换器130连接的抗混叠滤波器。
68.在本说明书实施例中，当电容值的调节适当(如，核素频率位于可调电容和巴伦变压器的最佳匹配点)时，射频变压器可以在宽带下选择特定窄带的信号进行传输，实现最优宽带谐振匹配，从而减少传输过程中的能量损耗，使得信号的射频能量可以尽量传输到模数转换器130。示例性的，模数转换器130的模拟输入端中接收到的模拟差分信号可以保持最大的交流电压峰的峰值。
69.再者，在需要获取其他核素信息对应的磁共振信号时，信号采集装置无需更换整条接收链路，可以通过更换信号获取模块和调节可调电容单元的电容值的方式，使得可调电容单元配合射频变压器完成接收频段的调整，从而达到了同一个链路架构能接收多个具有不同的核素信息的磁共振信号的目的。
70.需要说明的，由于特定核素频率的电磁感应信号的频段窄，且接近于单频点，因此在扫描前准备阶段中，信号采集装置100可以通过精确自动调谐校准的工作流，来保证该核素频率刚好处于可调电容和巴伦的最佳匹配点，以保证最小的链路衰减，减少传输过程中的能量损耗。
71.在一些实施例中，可调电容单元可以包括一个或多个变容组件，其中，一个变容组件包括两个并联或串联的变容二极管，两个变容二极管具有相反的直流偏置方向。在一些实施例中，两个变容二极管的交流方向相同。
72.变容组件为变容二极管的工作单元集合，变容二极管的电容大小可以随外加电压的变化而变化。在一些实施例中，可调电容单元可以通过调整变容组件中的两个变容二极管的外加电压的大小，从而改变可调电容单元的电容值。在一些实施例中，两个变容二极管的直流偏置方向相反但交流方向相同。
73.下面提供两种示例性的可调电容单元，详细说明变容组件的具体结构。
74.图4a为根据本说明书一些实施例所示的并联式可调电容单元的结构示意图。在一些实施例中，如图4a所示，可调电容单元c1可以包括一个变容组件410，变容组件410包括并联的变容二极管vd1和vd2。其中，变容二极管vd1的负极通过电容c11与变容二极管vd2的正极连接，变容二极管vd2的负极通过电容c12与变容二极管vd2的正极连接，变容二极管vd1的负极通过串联的电阻r11和电阻r12与变容二极管vd2的负极连接。变容二极管vd1和vd2
的直流偏置方向相反但交流方向相同。
75.在一些实施例中，如图4a所示，电阻r11和电阻r12的连接点与驱动放大级opamp的输出端连接，接收来自控制模块140的控制信号。变容二极管vd1的负极与变容二极管vd2的正极的连接点，还通过电容c13与可变增益放大器vga的输出端连接，该连接点还与无磁芯巴伦变压器t1的初级侧的输入端连接。变容二极管vd1的正极与无磁芯巴伦变压器t1的初级侧的输出端均接地。
76.在本说明书实施例中，在可变增益放大器vga输出幅度较大的磁共振信号时，图4a所示的可调电容单元c1中变容组件410的并联架构，可以降低变容二极管vd1和vd2产生的非线性失真，优化磁共振信号的质量。
77.图4b为根据本说明书一些实施例所示的串联式可调电容单元的结构示意图。在一些实施例中，如图4b所示，可调电容单元c2可以包括一个变容组件420，变容组件420可以包括串联的变容二极管vd3和vd4。其中，变容二极管vd3的负极与变容二极管vd4的负极连接，变容二极管vd3和vd4的直流偏置方向相反但交流方向相同。
78.在一些实施例中，变容二极管vd4的正极接地，变容二极管vd3的正极通过电容c14与可变增益放大器vga的输出端连接，变容二极管vd3的正极还与无磁芯巴伦变压器t1的初级侧的输入端连接，变容二极管vd3的负极与变容二极管vd4的负极的连接点通过电阻r13与驱动放大级opamp的输出端连接，接收来自控制模块140的控制信号。
79.在本说明书实施例中，在可变增益放大器vga输出幅度较大的磁共振信号时，图4b所示的可调电容单元c2中变容组件420的串联架构，可以降低变容二极管vd3和vd4产生的非线性失真，优化磁共振信号的质量。但相较于图4a所示的可调电容单元c1中变容组件410的并联架构，与可调电容单元c22中变容组件420的串联架构对应的射频变压器的调谐范围较小，可调节程度偏低。
80.在一些可选的实施例中，变容组件中的两个变容二极管也可以设置为非对称结构。在一些可选的实施例中，变容组件中的两个变容二极管可以对称设置，如上述图4a-图4b中所示的两个变容二极管在电路结构上对称设置。
81.在一些实施例中，可调电容单元还可以包括隔直模块和/或隔交模块。其中，隔直模块可以用于隔绝直流信号，隔交模块可以用于隔绝交流信号。在一些实施例中，隔直模块可以包括一个或多个电容。示例性的，如上述图4a所示，隔直模块可以包括电容c11至电容c13。如上述图4b所示，隔直模块可以包括电容c14。进一步的，隔直模块可以包括与可变增益放大器vga串联的隔直电容(如图4a所示的电容c13、如图4b所示的电容c14等)，其可以用于防止可变增益放大器vga的偏置电压直接被巴伦变压器t1的源级短路接地。
82.在一些实施例中，隔交模块可以包括一个或多个电阻或电感。示例性的，如上述图4a所示，隔交模块可以包括电阻r11和电阻r12。如上述图4b所示，隔交模块可以包括电阻r13。进一步的，隔交模块的电阻可以与驱动放大级opamp串联，从而实现通直流隔交流，以避免可变增益放大器vga输出的磁共振信号击穿低通滤波器和/或驱动放大级。
83.由于变容二极管的反向电流非常小，在一些实施例中，可调电容单元可以通过设置大电阻与变容二极管串联，从而隔离来自可变增益放大器vga输出的磁共振信号，并导通驱动放大级opamp传输的控制信号。
84.需要说明的是，当信号采集装置100保留可调电容单元带来的非线性失真时，非线
性失真特性产生的大部分奇次谐波可以被射频变压器的特性滤除，从而实现幅度上的压缩，提升接收链路的信号幅度的接收动态范围。在一些实施例中，可调电容单元产生的信号幅相失真可以通过控制模块140的幅相非线性失真补偿模块(a-p-correct)进行补偿，具体的实现方式可以参考下述控制模块140中的相关内容，此处不再赘述。下面提供多种可选的实施例，以说明保留非线性失真特性的具体实施方式。
85.在一些可选的实施例中，信号采集装置100可以用隔直电容模块替代变容组件中的两个变容二极管，以保留非线性失真特性。示例性的，如图4a所示，可以去掉变容二极管vd1、电容c11和电阻r11，或者去掉变容二极管vd2、电容c13和电阻r12。如图4b所示，可以用电容c14替代变容二极管vd3或变容二极管vd4。
86.在一些可选的实施例中，信号采集装置100可以利用不同型号的两个变容二极管的组合，通过两个变容二极管的参数指标差异保留非线性失真特性。在一些可选的实施例中，信号采集装置100还可以通过设置偶数个的变容二极管的组合，基于并联架构或串联架构的对称拓扑，再与一个或多个变容二极管并联，以保留可调电容单元的非线性失真特性。
87.在本说明书实施例中，通过调整可调电容单元的电阻值，可调电容单元可以与周边器件(如射频变压器、可变增益放大器等)配合，从而能够通过同一个链路架构实现多核频段的宽带接收，又可以通过非线性失真提升接收链路的信号幅度的接收动态范围，同时电路结构简单，集成度高，便于信号采集装置100的小型化。
88.并且，相较于传统的利用高速运放来实现单端信号转模拟差分信号的方式，本说明书实施例中的信号匹配模块120可以通过射频变压器与可调电容单元的配合，使得射频变压器能够实现宽带谐振匹配，从而信号匹配模块120可以具备一定的抗混叠特性，间接地降低对信号获取模块110内的抗混叠滤波器的设计需求，简化信号获取模块110的电路。
89.同时，相较于传统的通过离散的电感和电容器件搭建起来的单端转差分巴伦模块，本说明书实施例中的射频变压器与可调电容单元的配合使得信号匹配模块120具有更好的带外成分抑制效果、带内平坦度以及单端转差分的幅相平衡特性，电路架构也较为简单，集成度高，便于信号采集装置100的小型化。
90.模数转换器130(analog-digital convertor，adc)为将输入的模拟信号按照采样率(如下述的时钟信号的频率)转换成在时间域上离散的、幅度上数字化的信号的电子设备。在一些实施例中，模数转换器130可以为具有高采样率的高速模数转换器130，以方便设计信号获取模块110中抗混叠滤波器，以及便于优化可调电容单元和射频变压器的抗混叠特性。示例性的，高速模数转换器130的采样率可以为100msps、120msps等。
91.在一些实施例中，模数转换器130可以设置在信号匹配模块120与控制模块140之间，模数转换器130可以用于将模拟差分信号转换为数字信号。示例性的，如图3所示，模数转换器adc可以设置在巴伦变压器t2的输出端。进一步的，模数转换器130可以根据一个或多个时钟信号对模拟差分信号进行采样，得到数字信号。其中，时钟信号可以来自时钟生成模块。在一些实施例中，模数转换器130可以根据一个或多个时钟信号的频率设置采样率。示例性的，如图3所示，模数转换器adc可以接收选择时钟信号clk1的频率或时钟信号clk2的频率进行采样。时钟信号的具体实现方式可以参考下述时钟生成模块中的相关描述，此处不再赘述。
92.在一些实施例中，模数转换器130的模拟输入端可以采用高速差分接口，模数转换
器130的数字输出端可以选择高速串行接口。模数转换器130可以将与多个数据处理通路对应的并行数字数据，通过数据打包和串并协议进行转换，再通过一个或少数的高速串行接口输出差分高速数字信号。在一些实施例中，模数转换器130可以根据控制模块140选择对应的数据处理通路进行数字输出，相对应的，控制模块140也会针对选择的数据处理通路进行后续的数字信号处理。在本说明书实施例中，模数转换器130通过选择高速串行接口以及总线输出，以便开关模块可以针对差分高速数字信号完成多路选择功能，并且相较于并行总线来说，本说明书实施例中的高速串行总线的线路较少，从而可以节约控制模块140以及电路板的资源，集成度高，便于信号采集装置100的小型化。
93.在一些实施例中，信号采集装置100还可以包括时钟生成模块，时钟生成模块设置在控制模块140和模数转换器130之间，其用于根据上位机的指令生成时钟信号，模数转换器130根据时钟信号对模拟差分信号进行采样，得到数字信号。
94.时钟生成模块为一种输出统一整合的时钟信号的电子设备，以使其他电子设备进行正常工作。在一些实施例中，时钟生成模块可以基于控制模块140中的锁相环输出特定频率的信号。其中，锁相环可以利用相位同步产生的电压，去调谐时钟生成模块的压控振荡器以产生目标频率的信号。
95.在一些实施例中，时钟生成模块可以根据来自控制模块140的电压，生成与上位机的指令对应的时钟信号，时钟信号的频率与上位机的指令对应。进一步的，时钟生成模块可以提供一个或多个时钟信号，不同的时钟信号的频率可以不同。示例性的，如图3所示，时钟生成模块pll可以为模数转换器adc提供时钟信号clk1或时钟信号clk2，时钟生成模块pll还可以为控制模块140提供时钟信号clk1、时钟信号clk2和时钟信号clk3。
96.在采集信号的过程中往往会遇到镜像频率干扰，若需要采集的磁共振信号的核素频率与镜像频率的差值过小，会导致模数转换器130在采样时容易被镜像噪声混叠，抗混叠滤波器难以设计，影响信号采集的质量。其中，镜像频率一般为模数转换器130的一半采样率的整数倍。示例性的，假设模数转换器130的采样率为200msps，相对应的，镜像频率可以为50mhz、100mhz、200mhz、300mhz等。若需要采集的磁共振信号的核素频率为98mhz，则核素频率98mhz与镜像频率100mhz的差值小于核素频率的5％，容易会影响信号采集的质量。
97.为了避免镜像频率干扰，在一些实施例中，控制模块140可以根据上位机的指令中所需的核素频率，控制时钟生成模块输出与核素频率对应的时钟信号，如时钟信号clk1、clk2。在一些实施例中，磁共振信号的核素频率与时钟信号一半频率的任一倍频的差值可以在预设差值范围之内。进一步的，预设差值范围可以为核素频率5％。其中，模数转换器130可以根据时钟信号的频率确定采样率，时钟信号的频率与采样率的单位不同，但数值相同。示例性的，假设需要采集的磁共振信号的核素频率为200mhz，时钟信号的频率可以为120mhz，模数转换器130的采样率可以为120msps，时钟信号一半频率的任一倍频为60n mhz，其中n为大于或等于1的正整数。在n＝3时，时钟信号一半频率的3倍频为180mhz，最接近核素频率。180mhz与核素频率200mhz的差值为20mhz，且差值大于镜像频率或核素频率的5％。在抗混叠滤波器作用下，模数转换器130在200mhz附近的工作频段可以避免任意镜像频率的镜像噪声混叠进来，确保信号采集装置100信号质量(信噪比)的稳定。
98.在一些可选的实施例中，控制模块140也可以根据从预先设定的时钟信号中选择一个，控制时钟生成模块输出该时钟信号。示例性的，针对b0场的强度为9.4t的医疗设备，
控制模块140可以控制时钟生成模块输出频率为100mhz的时钟信号clk1，或输出频率为120mhz的时钟信号clk2。下面提供一种示例性的磁共振信号的核素频率以及模数转换器130的采样率的对应关系表，具体说明时钟信号的具体实现方式。表1核素频率和模数转换器的采样率的对应关系表
99.表1是b0场为9.4t下可用的核素频率和模数转换器130的采样率的对应关系表。如表1所示，对于b0场的强度为9.4t的医疗设备来说，时钟生成模块输出的时钟信号的频率为100mhz或120mhz，可以使得信号采集装置100在大部分的多核频段下不受镜像噪声的干扰。另外，信号获取模块110内也可以通过常规的l-c元器件搭建抗混叠滤波器，进一步减小镜像噪声的干扰。
100.在一些实施例中，时钟信号(如时钟信号clk1-2)可以用于为控制模块140选择接收通路提供参考依据，并且时钟信号(如时钟信号clk3)还可以用于为控制模块140输出控制信号提供载波。时钟信号在控制模块140中的具体实现方式，可以参考下述控制模块140中的相关描述，此处不在赘述。
101.在本技术实施例中，时钟生成模块可以输出频率适当的时钟信号，调整模数转换器130的采样率，从而改善镜像频率过于靠近核素频率的问题，在降低信号采集装置100的镜像噪声的同时，还便于抗混叠滤波器的设计，提高信号采集的质量。
102.控制模块140可以为具有数据处理控制功能的电路单元。在一些实施例中，控制模块140可以为集成电路asic、可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)、复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)、微控制单元(microcontroller unit，mcu)、运算逻辑部件(central processing unit，cpu)、数字信号处理器(digital signal process，dsp)、图形处理器(graphics processing unit，gpu)等电路模块。控制模块140可以包括逻辑门电路、寄存器、硬核乘加器、ram、锁相环、高速串并转换等功能单元。
103.在一些实施例中，控制电路可以对模数转换器130输出的数字信号进行处理，向上位机输出与核素信息对应的k空间数据。其中，k空间数据可以为图像数据中的一种，上位机(如图1所示的成像装置)可以利用k空间数据进行图像重建，输出与核素信息对应的图像信息。
104.在一些实施例中，控制模块140可以包括多路数据处理通路，每路数据处理通路包括数字下变频(ddc)模块，其用于对所述数字信号进行抽取、滤波和解调，得到所述k空间数据。
105.数据处理通路为接收并处理来自模数转换器130的数字信号的线路，如数据处理通路可以为fpga的高速串行输入。在一些实施例中，每路数据处理通路可以处理一种核素频率对应的数字信号。在一些实施例中，数字下变频(ddc)模块为一种在数字领域进行混频的电路模块，如对数字信号进行抽取、滤波和解调，得到与核素频率对应的分析数据(如k空间数据)。
106.在一些实施例中，不同的数据处理通路中的数字下变频模块的抽取倍数不同。示例性的，如图3所示，控制模块140可以包括数字下变频模块ddc1、数字下变频模块ddc2，其中，数字下变频模块ddc1的抽取倍数为k1，数字下变频模块ddc2需要的抽取倍数为k2。
107.为了保证k空间数据的数据率相同，在一些实施例中，控制模块140可以根据与数字信号对应的采样率，确定与该数字信号对应的数据处理通路以及抽取倍数。其中，数据率为采样率与抽取倍数的比值，可以用于反映经过数字下变频处理后的数据量与数字信号中的数据量的差异。示例性的，若模数转换器130的采样率选择时钟信号clk1，则选择数字下变频模块ddc1，完成k1倍抽取；若模数转换器130的采样率选择时钟信号clk2，则选择数字下变频模块ddc2，完成k2倍抽取，使得经过不同的数据处理通路后得到的k空间数据的数据率相等，即
108.在本技术实施例中，在需要获取其他核素信息对应的磁共振信号时，控制模块140无需更换数据通路，可以通过从多路数据处理通路中选择一个的方式，使得k空间数据的数据率相同，从而达到了同一个控制模块140能处理多个具有不同的核素频率的数字信号的目的。
109.在一些可选的实施例中，控制模块140可以仅包括一路数据处理通路，该路数据处理通路的抽取倍数可以与模数转换器130的采样率对应。相对应的，时钟生成模块也可以根据上位机的指令中所需的核素频率，控制时钟生成模块为模数转换器130提供一个与核素频率对应的时钟信号。如此，可以在实现信号采集的同时，简化控制模块140的电路结构，降低生产成本。
110.在一些实施例中，信号采集装置100还包括开关模块，开关模块设置在模数转换器130和数据处理通路之间，其用于选择与时钟信号对应的一路数据处理通路，将数据处理通路与模数转换器130连通。
111.开关模块可以为使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电路模块。在一些实施例中，如图3所示，开关模块可以包括多路高速差分数据开关(cross point switch，cps)，用于改变与模数转换器adc连通的数据处理通路，即选择导通数字下变频模块ddc1所在的通路，或选择导通数字下变频模块ddc2所在的通路。在一些实施例中，开关模块可以根据控制模块140发出的指令在多路数据处理通路之间进行切换，改变与模数转换器130连通的数据处理通路。
112.在一些实施例中，控制模块140还可以包括串并转换模块，串并联转换模块可以设置在开关模块与数据处理通路之间，串并联转换模块可以用于将数字信号中的串行数据转换为并行数据，便于进行数字下变频处理。
113.在一些实施例中，如图3所示，控制模块140还可以包括多路开关s2，每路开关可以设置在数据处理通路与上位机之间。同理，多路开关可以用于选择与时钟信号对应的一路数据处理通路，将数据处理通路与上位机连通。在一些实施例中，一路开关可以与一路高速差分数据开关对应，并与同一路数据处理通路进行对应。多路开关的具体实现方式，可以参考上述的多路高速差分数据开关中的相关描述，此处不再赘述。
114.在一些实施例中，如图3所示，控制模块140可以包括解析单元translate，解析单元translate可以解析上位机的指令并生成控制信号。其中，上位机的指令可以为用户通过
上位机发送的host指令。在一些实施例中，上位机的指令可以携带需要采集的磁共振信号的核素信息，如核素频率、核素名称等，上位机的指令可以用于指示信号采集装置100当前需要采集的磁共振信号。
115.在一些实施例中，解析单元可以根据当前需要接收的核素信息，生成控制信号，以配置电路模块、功能单元或器件的参数。示例性的，解析单元可以根据核素频率，确定时钟生成模块需要输出的时钟信号的频率，调整模数转换器130的采样率；或控制开关模块和多路开关确定需要连接的数据处理通路；或确定可变增益放大器的放大倍数；或配置数据处理通路中的数字下变频器的参数；或控制计数器模块调节可调电容单元的电容值。
116.进一步的，在一些实施例中，控制模块140可以通过锁相环控制时钟生成模块生成特定频率的时钟信号。控制模块140可以根据当前需要接收的核素信息，为该数据处理通路选择与该核素频率对应时钟信号(如时钟信号clk1或clk2)。
117.在一些实施例中，解析单元与上位机之间可以通过高速光纤进行通信。相对应的，解析单元内部要通过并串转换，之后再经过光电转换，并最终通过光纤和上位机相连。本说明书实施例中，利用光纤进行数据传输的方式，相对电气连接进行数据传输的方式，可以极大的节约系统布线空间，不存在由于长距离电气互联引入的emi干扰，降低成本。
118.在一些实施例中，信号采集装置100还包括计数器模块(dc counter)和驱动电路，计数器模块在控制信号的控制下输出数字脉冲，经过驱动电路后生成用于调节可调电容单元的信号。
119.计数器模块为输出可调的周期性数字脉冲的电路模块。在一些实施例中，计数器模块可以根据控制信号调节数字脉冲的参数，如频率、占空比等。进一步的，计数器模块可以调节数字脉冲的占空比大小，以控制驱动电路输出的模拟电压大小。示例性的，数字脉冲的占空比的大小可以与模拟电压的大小成正比。在一些实施例中，驱动电路可以包括低通滤波器(low-pass filter，lpf)和驱动放大级(opamp)，其中，低通滤波器和驱动放大级可以对数字脉冲进行滤波处理，输出信号对可调电容单元的电容值进行调整。
120.进一步的，计数器模块可以基于来自时钟生成模块的时钟信号(如图3所示时钟信号clk3)，对时钟信号进行m1倍的分频以及占空比的控制逻辑，生成数字脉冲。示例性的，数字脉冲的频率为占空比为其中，m0、m1均为计数器模块的不同分频倍数。
121.在一些实施例中,磁共振信号的核素频率与所述数字脉冲的任一谐波频率的差值不小于所述核素频率的5％。也就是说，数字脉冲的任一次谐波都不能落在当前模数处理通路的对应核素频率所在的频段中，且与核素频率之间的差值留有余量。如此，磁共振信号可以规避射频干扰耦合问题。如果不根据核磁共振的核素频率设置数字脉冲的频率，即使数字脉冲经过驱动电路的滤波，也存在泄漏到可调电容单元c1的可能性，且泄露的高频分量仍然会被接收链路捕捉到，如果高频分量混入磁共振信号的多核频段内，就容易混淆信号采集装置100的接收链路对磁共振信号的识别，导致信号采集不准确。
122.举例来说，时钟信号clk3的频率为200mhz，计数器模块的分频倍数m1＝40，计数器模块的分频倍数m0＝0～40，数字脉冲的频率为5mhz。若b0＝3t强度的磁共振设备mr的频率范围在127.5mhz～128.5mhz之间，则频率为5mhz数字脉冲的任意谐波的加性干扰都不会落在mr的成像范围内。并且，由于b0＝3t强度的磁共振设备的信号频段一般小于1mhz，也远小
于5mhz，因此通过可调电容单元调制进入链路的乘性干扰也不会落在mr的成像范围内。再者，低通滤波器lpf可以不进行过于深度的滤波，而通过低通滤波保留数字脉冲中的直流电压。在一些实施例中，直流电压幅度与m0/m1成正比。
123.本技术实施例中，解析单元的单板电路的布局布线也不需要针对计数器输出的交流脉冲信号耦合的抑制进行特殊设计考虑，如此降低了设计难度，便于更紧凑的电路布局，进而节省空间和成本。另外，由于可调电容单元位于可变增益放大器的后级，那么可变增益放大器的输出端耦合溃入的带外谐波干扰必然远远小于放大后的最大磁共振信号，因此也不会有带外阻塞失真现象。
124.需要说明的是，驱动电路中低通滤波器lpf加驱动放大级opamp的空间位置可以互换，也可以用将滤波机制融合在运放闭环反馈网络的有源滤波器进行替代。
125.在一些实施例中，信号采集装置100还包括数模转换器，数模转换器设置在解析单元和可调电容单元之间，其用于在控制信号的控制下输出用于调节可调电容单元的信号。在一些实施例中，数模转换器可以将驱动放大级opamp输出的信号转换为模拟电压信号，以便可调电容单元可以根据模拟电压信号调节电容值。
126.在一些实施例中，控制模块140还包括幅相非线性失真补偿模块(a-p-correct)，其用于对所述可调电容单元产生的信号幅相失真进行补偿。示例性的，如图3所示，幅相非线性失真补偿模块a-p-correct可以设置在多路开关s2与上位机之间。
127.在一些实施例中，可以先经过测试得到失真曲线，再根据测得的失真曲线在控制模块140的内的基带数据上，引入幅相的预失真机制进行补偿。可调电容单元带来的线性失真伴随着幅度的压缩，整体的幅度压缩和解压缩过程也提升了接收链路的动态范围，线性失真带来的高次谐波可以通过数字下变频器滤除。
128.下面提供一种示例性的磁共振设备，详细描述上述信号采集装置100的具体实现方式。
129.在一些实施例中，磁共振设备可以包括：扫描仪，用于产生主磁场并能够激发处于所属主磁场中的检测对象的多种特定核素的核自旋，以产生磁共振信号。射频接收线圈，与扫描仪连接，以接收磁共振信号。接收链路，包括增益放大器、信号匹配模块120以及模数转换器130。增益放大器与接收线圈连接，以放大磁共振信号。信号匹配模块120包括相互连接的可调电容单元和射频变压器。可调电容单元与增益放大器连接，且可调电容单元的电容值可调节，以配合射频变压器接收经放大的磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。模数转换器130与射频变压器连接，用于将模拟差分信号转换为数字信号。控制模块140可以用于对数字信号进行处理，以生成与磁共振信号对应的k空间数据。其中，控制模块140可以包括解析单元，解析单元解析上位机的指令并生成控制信号。
130.在一些实施例中，扫描仪可以被配置为产生磁场的电子设备，以激发多种特定核素的核自旋发出磁共振信号，从而便于上述信号采集装置100获取。在一些实施例中，磁共振设备中的模块或组件可以由上述图2-图4b所示的信号采集装置100或其模块、组件实现，具体实现方式可以参考上述图2-图4b的相关描述，此处不再赘述。
131.图5为根据本说明书一些实施例所示的信号采集方法的流程示意图。在一些实施例中，流程500可以由信号采集装置100实现。
132.在一些实施例中，流程500可以包括：
133.步骤510，信号采集装置可以获取磁共振信号。其中，磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生。
134.在一些实施例中，信号采集装置可以利用射频接收线圈接收特定核素频率的射频信号，再通过抗混叠滤波器对特定核素频率的射频信号进行滤波，得到磁共振信号。在一些实施例中，磁共振信号可以携带有特定核素信息。在一些实施例中，信号采集装置的控制模块可以通过更换信号获取模块的方式，接收多个具有不同的核素信息的磁共振信号。
135.在一些实施例中，信号采集装置还可以根据控制信号，利用增益放大器放大磁共振信号。进一步的，在一些实施例中，增信号采集装置可以通过可变增益放大器的增益调整来适应不同幅度的信号，使得信号幅度稳定，以尽量应用数模转换器的动态范围。
136.在一些实施例中，步骤510可以由信号采集装置的信号获取模块实现。信号获取模块的具体实现方式可以参看上述图2-图3中的相关描述，此处不再赘述。
137.步骤520，解析上位机的指令并生成控制信号。其中，控制信号用于调整可调电容单元的电容值，以配合射频变压器处理特定核素信息对应的磁共振信号。
138.在一些实施例中，信号采集装置的计算器模块可以在控制信号的控制下输出数字脉冲，经过驱动电路后生成用于调节可调电容单元的信号。在一些实施例中，步骤520可以由信号采集装置的控制模块实现。控制模块的具体实现方式可以参看上述图2-图3中的相关描述，此处不再赘述。
139.步骤530，对磁共振信号进行处理，生成与磁共振信号对应的k空间数据。
140.在一些实施例中，信号采集装置可以利用可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合射频变压器接收特定核素信息对应的磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。在一些实施例中，信号采集装置可以通过调整可调电容单元的电容值配合射频变压器的方式，完成信号采集装置的接收链路的接收频段的调整，从而利用同一链路接收多个具有不同的核素信息的磁共振信号。
141.在一些实施例中，信号采集装置可以通过模数转换器根据时钟信号对模拟差分信号进行采样，得到数字信号。在一些实施例中，信号采集装置还可以从多路数据处理通路中选择与磁共振信号的特定核素信息对应的数据处理通路，对数字信号进行抽取、滤波和解调，得到k空间数据。在本说明书实施例中，信号采集装置可以基于模数转换器的直接采样架构设计接收链路，在减小信号采集装置的整体体积的同时，可以实现在数字域中进行信号解调，得到k空间数据。
142.在一些实施例中，步骤530可以由信号采集装置的信号匹配模块、模数转换器和控制模块实现。信号匹配模块、模数转换器和控制模块实现的具体实现方式可以参看上述图2-图4b中的相关描述，此处不再赘述。
143.应当注意的是，上述有关流程500的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程500进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。例如，步骤520可以在步骤510之前执行，也可以在步骤530之前执行，以便根据上位机的指令及时地改变信号采集模块的接收频段，采集具有其他特定核素频率的磁共振信号。
144.本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)基于模数转换器的直接采样架构设计接收链路，接收链路中无需设置混频器，可以在数字域中进行信号解调，生成
与核素信息对应的k空间数据，从而缩短接收链路，减小信号采集装置的整体体积，提高集成度。(2)信号匹配模块通过可调电容单元与射频变压器的配合，可以在宽带下选择特定窄带的信号进行传输，实现宽带调谐匹配，架构简单的同时也能够通过较窄的接收频段减缓射频干扰溃入的情况，使得信号采集装置能够稳定工作。(3)在需要获取其他核素信息对应的磁共振信号时，信号采集装置无需更换整条接收链路，可以通过更换信号获取模块和调节可调电容单元的电容值的方式，使得可调电容单元配合射频变压器完成接收频段的调整，从而达到了同一个链路架构能接收多个具有不同的核素信息的磁共振信号的目的。
145.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确，说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
146.同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
147.此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
148.同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
149.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
150.针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、
定义和/或术语的使用为准。
151.最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

技术特征：
1.一种信号采集装置(100)，其特征在于，包括：信号获取模块(110)、信号匹配模块(120)、模数转换器(130)和控制模块(140)，其中，所述信号获取模块(110)获取磁共振信号，所述磁共振信号的至少部分通过一种或多种特定核素受激发而产生；所述信号获取模块(110)与所述信号匹配模块(120)连接，所述信号匹配模块(120)包括相互连接的可调电容单元和射频变压器，所述可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合所述射频变压器接收所述磁共振信号并将其转化为模拟差分信号；所述信号匹配模块(120)与所述模数转换器(130)连接，所述模数转换器(130)将所述模拟差分信号转换为数字信号；所述模数转换器(130)与所述控制模块(140)连接，所述控制模块(140)用于对所述数字信号进行处理，以生成与所述磁共振信号对应的k空间数据；其中，所述控制模块(140)包括解析单元，所述解析单元解析上位机的指令并生成所述控制信号。2.根据权利要求1所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述信号获取模块(110)包括多组射频接收单元，每组射频接收单元包括射频接收线圈和抗混叠滤波器，其中，所述射频接收线圈接收特定核素频率的射频信号，所述抗混叠滤波器对所述特定核素频率的射频信号进行滤波，得到所述磁共振信号。3.根据权利要求2所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述信号采集装置(100)还包括增益放大器，所述增益放大器位于所述信号获取模块(110)和所述信号匹配模块(120)之间，其用于根据所述控制信号放大所述磁共振信号。4.根据权利要求1所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述可调电容单元包括一个或多个变容组件，其中，一个变容组件包括两个并联或串联的变容二极管。5.根据权利要求1所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述射频变压器包括一级或多级串联的无磁芯巴伦变压器。6.根据权利要求5所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述信号采集装置(100)还包括时钟生成模块，所述时钟生成模块设置在所述控制模块(140)和所述模数转换器(130)之间，其用于根据所述上位机的指令生成时钟信号，所述模数转换器(130)根据所述时钟信号对所述模拟差分信号进行采样，得到所述数字信号。7.根据权利要求6所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述控制模块(140)包括多路数据处理通路，每路数据处理通路包括数字下变频模块，其用于对所述数字信号进行抽取、滤波和解调，得到所述k空间数据；所述信号采集装置(100)还包括开关模块，所述开关模块设置在所述模数转换器(130)和所述数据处理通路之间，其用于选择与所述时钟信号对应的一路数据处理通路，将所述数据处理通路与所述模数转换器(130)连通，并且经过任一数据处理通路后的数据率都相等。8.根据权利要求1所述的信号采集装置(100)，其特征在于，所述信号采集装置(100)还包括计数器模块和驱动电路，所述计数器模块在所述控制信号的控制下输出数字脉冲，经过所述驱动电路后生成用于调节所述可调电容单元的信号。9.一种磁共振设备，其特征在于，包括：
扫描仪，用于产生主磁场并能够激发处于所属主磁场中的检测对象的多种特定核素的核自旋，以产生磁共振信号；射频接收线圈，与所述扫描仪连接，以接收所述磁共振信号；接收链路，包括增益放大器、信号匹配模块(120)以及模数转换器(130)；所述增益放大器与所述接收线圈连接，以放大所述磁共振信号；所述信号匹配模块(120)包括相互连接的可调电容单元和射频变压器；所述可调电容单元与所述增益放大器连接，且所述可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合所述射频变压器接收经放大的磁共振信号并将其转化为模拟差分信号；所述模数转换器(130)与所述射频变压器连接，用于将所述模拟差分信号转换为数字信号；控制模块(140)，与所述模数转换器(130)连接，所述控制模块(140)用于对所述数字信号进行处理，以生成与所述磁共振信号对应的k空间数据；其中，所述控制模块(140)包括解析单元，所述解析单元解析上位机的指令并生成所述控制信号。10.一种信号采集方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的信号采集装置，所述方法包括：获取磁共振信号，所述磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生；解析上位机的指令并生成控制信号，所述控制信号用于调整可调电容单元的电容值，以配合射频变压器处理所述磁共振信号；对所述磁共振信号进行处理，生成与所述磁共振信号对应的k空间数据。

技术总结
本说明书实施例公开了一种信号采集装置、方法和磁共振设备。该装置包括：信号获取模块、信号匹配模块、模数转换器和控制模块。信号获取模块获取磁共振信号，磁共振信号的至少部分通过多种特定核素受激发而产生。信号匹配模块包括可调电容单元和射频变压器，可调电容单元根据控制信号调节电容值，以配合射频变压器接收磁共振信号并将其转化为模拟差分信号。模数转换器将模拟差分信号转换为数字信号。控制模块处理数字信号生成与磁共振信号对应的K空间数据。控制模块包括解析单元，解析单元解析上位机的指令并生成控制信号。本说明书基于模数转换器的直接采样架构设计接收链路，可以在数字域中进行信号解调，从而缩短接收链路，提高集成度。集成度。集成度。


技术研发人员：关晓磊 周可涵 李永洋 侯方焰 张伟
受保护的技术使用者：上海联影医疗科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2023/9/22