[發明專利]一種基于多ADC的核磁共振數據采集方法和系統

有效

• 申請號: 202010143339.2
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111327328B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 劉造;李正剛;朱天雄;宋侃
• 申請（專利權）人: 武漢中科牛津波譜技術有限公司
• 主分類號: H03M7/40
• 分類號: H03M7/40
• 代理公司: 武漢臻誠專利代理事務所(普通合伙) 42233
• 代理人: 宋業斌

本發明公開了一種基于多ADC的核磁共振數據采集方法和系統，包括：數字接收機接收核磁共振自由感應衰減信號s，數字接收機將接收的核磁共振自由感應衰減信號s分為m路子信號，并將這m路子信號按照不同的接收增益進行放大，以得到放大后的多路子信號，數字接收機利用模數轉換器將放大后的多路子信號進行模數轉換，并將得到的多路數字信號送到采樣計算機，采樣計算機將多路數字信號中的每一路數字信號平均分為n段子數字信號，從而獲得矩陣D，依次從矩陣D的所有列中獲取該列中數值最大且不溢出的數據，并除以各列對應的放大倍數，所有數據形成數據集合。本發明相對于現有方法不僅信噪比得到了提高，而且提升了核磁共振信號采集的動態范圍。

技術領域

本發明屬于數據采集技術領域，更具體地，涉及一種基于多ADC的核磁共振數據采集方法和系統。

背景技術

核磁共振是一種重要的化學生物分析手段，其已經在物質結構解析、代謝組學、藥物研發等領域取得了重要應用。由于原子核磁矩的取向在磁場中符合玻爾茲曼分布，導致核磁共振信號的靈敏度較低，因此，如何提高核磁共振信號的靈敏度已經成為核磁共振儀器研發的重要課題。

為了提高核磁共振的靈敏度，科研工作者以往主要采用提高磁場強度、降低樣品溫度、提升探頭射頻線圈Q值等方法。近些年來，數字接收機在模數轉換(Analog-to-digital?conversion，簡稱ADC)過程中引入的量化噪聲引起了科研工作者的興趣，模擬信號轉化為數字信號的過程，也是連續信號轉換為離散信號的過程，這種轉化過程引入的噪聲稱之為量化噪聲，而減小核磁共振的量化噪聲也是一種提高核磁共振信號靈敏度的重要方法。

現有的核磁共振量化噪聲壓制方法主要分為三種：1.數字濾波(見MoskauD.Application?of?real?time?digital?filters?in?NMR?spectroscopy[J].Concepts?inMagnetic?Resonance,2002,15(2):164-176.)，該方法采用過采樣和數字濾波相結合的方式，其中過采樣將量化噪聲平均分布在一個很大的帶寬上，而隨后的數字濾波對目標帶寬外的信號進行壓制，從而使量化噪聲顯著減小；2.非線形數據壓縮(見Kose?K,Endoh?K,Inouye?T,et?al.Nonlinear?amplitude?compression?in?magnetic?resonance?imaging:quantization?noise?reduction?and?data?memory?saving[J].IEEE?Aerospace?andElectronic?Systems?Magazine,1990,5(6):27-30.)，該方法在AD轉換之前，將模擬信號進行非線形壓縮，然后在AD完成之后進行數據恢復；3.自適應變化增益(見Jouda?M,FuhrerE,Silva?P,et?al.Automatic?Adaptive?Gain?for?Magnetic?Resonance?SensitivityEnhancement[J].Analytical?Chemistry,2019,91(3):2376-2383)，其在AD轉換的過程中，根據數據的大小自適應調整模擬信號增益的大小，使增益一直處于合適的水平。在以上三類方法中，數字濾波已經廣泛的運用于在核磁共振數字接收機的設計，非線形壓縮和自適應變化增益不僅可以減小量化噪聲，而且可以擴大增益動態范圍，對核磁共振增益設置的要求顯著降低。

然而，上述三種現有的核磁共振量化噪聲壓制方法有著各自的局限性：數字濾波方法雖然能對量化噪聲進行壓制，但信號的動態范圍仍然受ADC的位數限制，因此要求數據采集前將接收增益設置到合理區間；非線形數據壓縮方法需要預先知道目標數據的數值范圍，故需要對數據進行預采樣，從而增加了該方法的使用復雜度；自適應變化增益方法雖然無需預先知道目標數據的數值范圍，但接收增益的動態變化，對接收增益的線性度和調制效率提出了很高的要求，從而影響了該方法的廣泛應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于多ADC的核磁共振數據采集方法和系統，其目的在于，解決現有核磁共振量化噪聲壓制方法存在的上述技術問題。