SU1100547A1 - Method and device for extracting weak signals of magnetic resonance - Google Patents
Method and device for extracting weak signals of magnetic resonance Download PDFInfo
- Publication number
- SU1100547A1 SU1100547A1 SU833573864A SU3573864A SU1100547A1 SU 1100547 A1 SU1100547 A1 SU 1100547A1 SU 833573864 A SU833573864 A SU 833573864A SU 3573864 A SU3573864 A SU 3573864A SU 1100547 A1 SU1100547 A1 SU 1100547A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- signal
- spectrum
- magnetic resonance
- digital
- memory
- Prior art date
Links
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
1. Способ выделени слабых сигналов магнитного резонанса,включающий когерентное суммирование регистрируемого сигнала при многократном прохождении резонансной.области Спектра, отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности , и точности воспроизведени спектра магнитного резонанса при сокращении объема пам ти зaпo инaющёго устройства путем усреднени только шумовых компонент регистрируемого сигнала, при каждом следующем прохождении резонансной области спектра регистрируемый сигнал сравнивают с накопленным сигналом, измер ют разность между ними и когерентно % досуммируют разностный сигнал, причем при каждом Прохождении разност (Л ный сигнал досуммируют к накопленному сигналу с весовым коэффициентом, обратно пропорциональным числу вьтолненных прохождений резонансной области спектра.1. A method for isolating weak magnetic resonance signals, including coherent summation of a recorded signal during repeated passage of a resonance region of the Spectrum, characterized in that, in order to increase sensitivity, and accuracy of reproduction of the magnetic resonance spectrum while reducing the memory volume of the recording device by averaging only noise component of the recorded signal, with each subsequent passage of the resonant region of the spectrum the recorded signal is compared with the accumulated signal m, the difference between them is measured and the difference signal is coherently summed, with each difference passing (the first signal is added to the accumulated signal with a weighting factor inversely proportional to the number of full passages of the resonant region of the spectrum.
Description
ScSc
--
слcl
4 four
ТT
:D 4Z}-: D 4Z} -
Сигнал разбертки Signal breakdown
././
2. Устройство дл вьщелени слабых сигналов магнитного резонанса, содержащее аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи и запоминающее устройство, отличающ е е. с тем, что оно дополнительно содержит вычитающий и суммирующий усилители, управл емый делитель напр жени и блок управлени , причем вычитающий усилитель, управл емый делитель напр жени , суммирующий усиИзобретение относитс к технической физике и может быть использовано при регистрации слабых сигналов магнитного резонанса: ЭПР, ЯМР, ФМР, ДЭЯР и других. Известны способ регистрации слабых сигналов (сигналов с малым отнощением сигнал/шум) магнитного резо нанса и устройство дл его осуществл 1ни , основанные на модул ции резонан ных условий магнитного резонанса (на {пример, модул ций магнитного пол пр регистрации сигнала ЭПР). В этом слу чае магнитного резонанса регистрируетс на частоте модул ции, что позво л ет использовать дл повышени чувс вительности узкополосное усиление и синхронное детектирование. Улучшение отношени сигнал/шум регистрируемого сигнала магнитного резонанаса достигаетс путем сужени полосы . пропускани системы регистрации (ширина полосы пропускани определ етс посто нной времени низкочастотного RC-фильтра, включенного на выходе синхронного детектора), что св зано с увеличением времени регистрации ij Недостатком известного способа регистрации вл етс ограниченна чувствительность, что обусловлено вкладом в регистрируемый сигнал магнитного резонанса низкочастотных дре фов (шумов типа 1/f) выходных каскадов синхронного детектора. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ выделени сигналов магнитного резонанса , включающий когерентное суммирование регистрируемого, сигнала при2. A device for isolating weak magnetic resonance signals, comprising analog-to-digital and digital-to-analog converters and a memory device, distinguished by the fact that it further comprises detracting and summing amplifiers, a controlled voltage divider and a control unit, the subtracting amplifier, A controlled voltage divider that summarizes the invention relates to technical physics and can be used to record weak magnetic resonance signals: EPR, NMR, FMR, DEAR, and others. A method is known for detecting weak signals (signals with a low signal-to-noise ratio) of magnetic resonance and a device for making it based on modulating resonant magnetic resonance conditions (for example, modulating a magnetic field into recording an EPR signal). In this case, the magnetic resonance is detected at the modulation frequency, which makes it possible to use narrow-band gain and synchronous detection to increase the sensitivity. An improvement in the signal-to-noise ratio of the detected magnetic resonance signal is achieved by narrowing the band. bandwidth of the recording system (the bandwidth is determined by the constant time of the low-frequency RC filter switched on at the output of the synchronous detector), which is associated with an increase in the recording time ij. A disadvantage of the known recording method is the limited sensitivity due to the low-frequency magnetic resonance input to the recorded signal. Drifts (noise type 1 / f) of the output stages of the synchronous detector. Closest to the proposed by the technical nature of the method of extracting magnetic resonance signals, including coherent summation of the recorded signal at
литель, аналого-цифровой преобразователь , запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь включены последовательно, вторые входы вычитающего и суммирующего усилителей подключены на выход цифроаналогового преобразовател , а выходы блока управлени соединены соответственно с управл ющими входами делител напр жени и запоминающего устройства . многократном прохождении резонансной области спектра. Устройство дл осуществлени способа .- накопитель спектров включает аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, цифровой сумматор и запоминающее устройство. При когерентном суммировании сигналов , регистрируемых за N прохождений резонансной области спектра, амплитуда сигнала магнитного резонанса возрастает в N раз, тогда как интенсивность шума возрастает только в -{«раз, поскольку в отличие от сигнала магнитного резонанса его шумовые компоненты не коррелированы между собой. Таким образом известный способ обеспечивает улучшение отношени сигнал/шум регистрируемого сигнала в Ч раз. Объем пам ти П запоминающего устройства накопител определ етс раз-, р дностью аналого-цифрового преобразовател (АЦП), числом накоплений , числом каналов накоплени К и. составл ет 1 i п ;0 где irn - число двоичных разр дов, АЦП, определ ющее точность воспроизведени сигнала магнитного резонанса (TO4HocTb /2w). При заданном объеме пам ти П увеличение чувствительности (т.е. увеличение числа накоплений N) возможно только вследствие уменьшени разр дности АЦП m (т.е. снижени точности воспроизведени регистрируемого спектра магнитного резонанса). И наоборот , увеличение точности воспроизведени спектра путем увеличени разр дности АЦП frt возможно только в ущерб максимально достижимой чувствительности 2 . . Недостатками указанных способа и устройства вл ютс невысока точность воспроизведени накопленных спектров магнитного резонанса и огра ниченна чувствительность. Цель изобретени - повышение чурс вительности и точностивоспроизведени спектра магнитного резонанаса при сокращении объема пам ти запоминающего устройства, путем усреднени только шумовых компонент регистрируемого сигнала. Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу вьщелени слабых сигналов магнитного резонанса,. включающему когерентное суммирование регистрируемого сигнала при многократном прохождении резонансной области спектра, при каждом прохождени резонансной области спектра регистрирующий сигнал сравнивают с накопленным сигналом, измер ют разность между ними и когерентно досуммируют разностный сигнал, причем при каждом следующем прохождении разностный сигнал досуммируют к накопленному сигналу с весовым коэффициентом, обратно пропорциональным числу выпол ненных прохождений резонансной области спектра. Устройство дл выделени слабых сигналов магнитного резонанса, содержащее аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи и запоминакицее устройство, дополнительно содержит вычитающий и суммирующий усилители, управл емый делител1ь нанапр жени и блокуправлени , причем вычитающий усилитель, управл емый делитель напр жени , суммирующий усилитель, аналого-цифровой npe образователь, запоминающее устройст и цифроаналоговый преобразователь включены последовательно, вторые входы вычитающего и суммирующего усилителей подключены на выход цифр аналогового преобразовател , а выходы блока управлени соединены соответственно с управл кщими -входа ми делител напр жени и запоминакйцего устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства дл выделени слабых сиг налов магнитного резонанаса, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - спектры ЭПР образца (дефенил пикрилгидразина (ДФПГ). Устройство содержит аналого-цифро-, вой 1 и цифроаналоговый 2 преобразователи , запоминающее устройство 3, вычитающий 4 и суммирующий 5 усилители , управл емый делитель 6 напр жени и блок 7 управлени , причем вычитаюиуй усилитель 4, делитель 6 напр жени , суммирующий усилитель 5, АЦП 1, запоминающее устройство 3 и ЦАП 2 включены последовательно, вторые входы вычитающего 4 и суммирующе-. го 5 усилителей подключены на выход ЦАП 2, а выходы блока 7 управлени соединены соответственно с управл ющими входами делител 6 напр жени и запоминающего устройства 3. Представленные на фиг. 2 спектры ЭПР образца ДФПГ вьщелены из шума известным {спектры 8-10) и предлагаемым (спектры 11-13) способами при различном числе накоплений. На вход устройства поступает си1- н.ал, регистрирук ций при прохождении ,резонансной области спектра. , (1) где Si - сигнал, регистрируемый при 1 -ом прохождении резонансной области спектра, 5с сигнал магнитного резонанса (информативна компонента регистрируемого сигйала, 5ш1 шумова компонента регистрируемого сигнала. В отличие от известного предлагаемый спосоЭ вьщелени сигнала ма.гнитного резонанса €jj из шума базируетс не на когерентном суммировании регистрируемых сигналов IД1. (т.е. , . . на одновременном суммировании информативной 5с. и щумовойбщ; компонент регистрируемого сигнал а) , а на коГерентном суммировании только шумовых компонент .Е ,5ц; регистрируемого сигнала, чтЬ обеспечиваетс путем выполнени следующих операций. Из регистрируемого сигнала 5 вычитаетс , сигнал, записанный в пам ти запоминающего устройства (ЗУ) 3, 5-Sm-i (2) что осуществл етс вычитающим усилителем 4, на один из входов которого поступает регистрируемый сигнал 5, , 5 а на другой - сигнал .5ni-o записанный в пам ти ЗУ при предыдущем (1 прохождении резонансной области спе тра. Разностный сигнал нормируетс на весовой коэффициент, обратно пропор циональный числу выполненных прохождений |(5;-S,.,); (3) что выполн етс управл емым делителем напр жени 6. Нор шрЬванный сигнал досуммируетс к сигналу, записаннному в пам ти ЗУ 3 . . .,т(3;-5п,., () что выполн етс с помощью суммирующего усилител 5, на один из входов которого поступает нор-мированны разностньй сигнал, а на другой - си нал из пам ти ЗУ 3. Таким образом, в результате выпол нени указанных операций при -м прохождении резонансной области спе тра в пам ти ЗУ 3 оказываетс записанным сигнал 5„-5„-.,4 5-5п;мУ (5) Преобразование сигнала в цифровую форму дл записи в пам ть ЗУ осущест вл етс с помощью АЦП 1, а обратное преобразование (т.е. преобразование из ц 1фровой формы в аналоговую) при выводе из пам ти ЗУ 3 с помощью ЦАП 2. Точность воспроизведени регистри руемого сигнала определ етс точностью преобразовани АЦП и ЦАП и составл ет /2 , где гп - разр дность АЦП и ЦАП (АЦП и ЦАП имеют оди наковую разр дность). Последовательность выполнени опе раций, задаетс блоком 7 управлени , который, кроме того, формирует сигнал развертки дл прохождени резонансной области спектра. Рассмотрим уровни сигналов при раз личных прохождени х резонансной- области спектра. При первом прохождении резонансной области спектра регистрируемый сигнал записываетс в пам ть накопител 5 р, 5,, поскольку перед началом измерени информаци , записанна в пам ть ЗУ 3, стираетс (5п(5 0). 476 При втором прохождении резонансной области спектра .в результате выполнени операции, описываемой выражением (2), в регистрируемом сигнале компенсируетс информативна компонента 5 и вьщел етс только шумова компонента S2-5nrS - 5, S.j-Sy,. (6) После выполнени операций, описываемых .выражени ми (3) и (4), в пам ть ЗУ 3 записываетс сигнал : 5, 6c(,,). (7) Аналогично после N прохождений резонансной области спектра в пам ть ЗУ 3 будет записан сигнал а -С. 4 1 V а п с N .с ощ, . Поскольку шумовые компоненты Si, не коррелированы м,ежду собой, после N суммирований их интенсивность возрастает только раз по отношению к первой компоненте 5ц,; и в результате Sv,.Sc-qV5 Таким образам, после N прохождений резонансной области (и, соответственно , N накоплений) отношение сигнал/шум регистрируемого сигнала магнитного резонанса на выходе предлагаемого устройства возрастает раз, но в отличие от известного способа вьщелени слабьк .сигналов без увеличени интенсивности сигнала магнитного резонанса путем уменьшени уровн щумо в в 41 раз. Объем пам ти ЗУ П определ етс только разр дностью АЦП Ш и числом каналов К. и не зависит в отличие от известного устройства от числа накоплений N 2 Таким образом, при одинаковом обьеме пам ти ЗУ устройств, реализующих известный и предлагаемый способы , предлагаемый способ Выделени слабых сигналов магнитного резонанса обеспечивает более высокие точность воспроизведени спектров магнитного резонанса за счет большей разр дности АЦП (.котора может составл ть дл npezwnraeMoro устройA converter, analog-to-digital converter, memory and digital-to-analog converter are connected in series, the second inputs of the subtractor and summing amplifiers are connected to the output of the digital-analog converter, and the outputs of the control unit are connected to the control inputs of the voltage divider and memory respectively. repeated passage of the resonant region of the spectrum. A device for implementing the method. The spectra accumulator includes analog-digital and digital-to-analog converters, a digital adder and a memory device. With coherent summation of signals recorded over N passages of the resonance region of the spectrum, the amplitude of the magnetic resonance signal increases N times, while the noise intensity increases only - {раз times, because, unlike the magnetic resonance signal, its noise components are not correlated with each other. Thus, the known method provides an improvement in the signal-to-noise ratio of the recorded signal by a factor of H. The memory size P of the storage device of the storage device is determined by the size and frequency of the analog-to-digital converter (ADC), the number of accumulations, the number of accumulation channels K and. is 1 i p; 0 where irn is the number of binary bits, the ADC, which determines the reproduction accuracy of the magnetic resonance signal (TO4HocTb / 2w). With a given amount of memory P, an increase in sensitivity (i.e., an increase in the number of accumulations of N) is possible only due to a decrease in the ADC m resolution (i.e. a decrease in the reproduction accuracy of the recorded magnetic resonance spectrum). Conversely, an increase in the accuracy of the reproduction of the spectrum by increasing the bit width of the frt ADC is possible only to the detriment of the maximum achievable sensitivity 2. . The disadvantages of these methods and devices are the low reproduction accuracy of the accumulated magnetic resonance spectra and the limited sensitivity. The purpose of the invention is to increase the transience and accuracy of the reproduction of the magnetic resonance spectrum while reducing the memory capacity of the storage device, by averaging only the noise components of the recorded signal. The goal is achieved by the method of allocating weak magnetic resonance signals. including a coherent summation of the recorded signal with a multiple passage of the resonance region of the spectrum, with each passage of the resonance region of the spectrum, the recording signal is compared with the accumulated signal, the difference between them is measured and the difference signal is coherently measured, and each time the differential passes, the differential signal reaches the accumulated signal with a weighting factor , inversely proportional to the number of completed passages of the resonance region of the spectrum. A device for isolating weak magnetic resonance signals, comprising analog-to-digital and digital-to-analogue converters and a memory device, further comprises subtracting and summing amplifiers, a controlled voltage and control divider, and a subtracting amplifier, a controlled voltage divider, a summing amplifier, analog-digital The npe generator, memory device and digital-to-analog converter are connected in series, the second inputs of the subtractor and summing amplifiers are connected to the output of the analogue converter digits, and the outputs of the control unit are connected respectively to the control inputs of the voltage divider and the memory device. FIG. 1 shows a block diagram of a device for extracting weak magnetic resonance signals implementing the proposed method, FIG. 2 - EPR spectra of the sample (diphenyl picrilhydrazine (DPPH). The device contains analog-digital 1, digital and analog 2 converters, memory 3, subtracting 4 and summing 5 amplifiers, controlled voltage divider 6 and control block 7, and subtracting amplifier 4, voltage divider 6, summing amplifier 5, ADC 1, memory 3 and DAC 2 are connected in series, the second inputs of the subtractive 4 and the summing 5 amplifiers are connected to the output of the DAC 2, and the outputs of the control unit 7 are connected respectively to to input voltage divider 6, and a memory 3. Presented in FIG. 2 ESR spectra of the sample of DPPH vscheleny known noise spectrum {8-10) and proposed (spectra 11-13) at various ways including savings. The device enters the input of the si-nal, registrations during the passage, the resonance region of the spectrum. , (1) where Si is the signal recorded during the 1st passage of the resonant spectral region, 5c is the magnetic resonance signal (informative component of the recorded sigal, 5ш1 noise component of the recorded signal. Unlike the well-known proposed magnetic resonance signal jj from noise is not based on the coherent summation of the recorded signals I1. (i.e.,. on the simultaneous summation of informative 5c. and sound; the component of the recorded signal a), but on the coherent summation of only noise components Bent .E, 5c; of the recorded signal, which is provided by performing the following operations: From the recorded signal 5 is subtracted, the signal recorded in the memory of the storage device (memory) 3, 5-Sm-i (2) is performed by the subtracting amplifier 4, one of the inputs of which receives a recorded signal 5,, 5 and on the other - a .5ni-o signal recorded in the memory of the memory during the previous one (1 pass of the resonance region of the spectrum. The difference signal is normalized by a weighting factor inverse to the number of passes made | (5; -S,.,); (3) what is being done by controlled voltage divider 6. The normal extended signal is added to the signal stored in the memory of memory 3. . ., t (3; -5п,., () that is done with the help of summing amplifier 5, one of the inputs of which receives the normalized difference signal, and on the other - the signal from the memory of memory 3. Thus, as a result of performing the above operations, when the resonance region of the memory passes through the memory of memory 3, the recorded signal is 5 "-5" -., 4 5-5p; mU (5) Digital conversion of the signal for recording into the memory is using the A / D converter 1, and the inverse conversion (i.e., conversion from c 1 of the digital form to analog) when outputting from memory 3 of the memory using the DAC 2 The reproduction accuracy of the recorded signal is determined by the conversion accuracy of the ADC and DAC and is 2, where rp is the ADC and DAC resolution (the ADC and DAC have the same bit width). The sequence of operations performed is determined by control unit 7, which In addition, it generates a sweep signal for the passage of the resonant region of the spectrum. Consider the levels of the signals with different passages of the resonance region of the spectrum. During the first passage of the resonant region of the spectrum, the recorded signal is recorded in the memory of the accumulator 5 p, 5, because before starting the measurement, the information recorded in the memory of memory 3 is erased (5p (5 0). 476 During the second passage of the resonant region of the spectrum. performing the operation described by the expression (2), the informative component 5 is compensated in the recorded signal and only the noise component S2-5nrS - 5, Sj-Sy, is shown. (6) After performing the operations described by expressions (3) and (4) ), the memory of memory 3 records the signal: 5, 6c (,, (7) Similarly, after N passages of the resonance region of the spectrum, the signal a — C. 4 1 V a n with N —cf, will be recorded in the memory of memory 3. Since the noise components of Si are not correlated, after each N, summations their intensity increases only once with respect to the first component 5c ,; and as a result of Sv, .Sc-qV5 Thus, after N passes of the resonance region (and, accordingly, N accumulations), the signal-to-noise ratio of the recorded magnetic resonance signal at the output of devices increases once, but unlike the known way the signal is weak in the signals without increasing the intensity of the magnetic resonance signal by decreasing the level of noise by a factor of 41. The memory size of the charger is determined only by the size of the ADC W and the number of channels K. It does not depend, unlike the known device, on the number of accumulations N 2 Thus, with the same memory capacity of the memories of the devices implementing the known and proposed methods, the proposed method weak magnetic resonance signals provide higher accuracy of reproduction of magnetic resonance spectra due to higher ADC resolution (which can be used for npezwnraeMoro device
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU833573864A SU1100547A1 (en) | 1983-02-23 | 1983-02-23 | Method and device for extracting weak signals of magnetic resonance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU833573864A SU1100547A1 (en) | 1983-02-23 | 1983-02-23 | Method and device for extracting weak signals of magnetic resonance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1100547A1 true SU1100547A1 (en) | 1984-06-30 |
Family
ID=21057173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU833573864A SU1100547A1 (en) | 1983-02-23 | 1983-02-23 | Method and device for extracting weak signals of magnetic resonance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1100547A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4665368A (en) * | 1985-04-16 | 1987-05-12 | Yokogawa Hokushin Electric Corporation | NMR imaging apparatus |
-
1983
- 1983-02-23 SU SU833573864A patent/SU1100547A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Дехт ренко П.И. Синхронное детектирование в измерительной технике и автоматике. Киев, 1965, .с. 3-20. . 2. Пул Ч. Техника ЭПР-спектроскопии. М., Мир, 1970, с. 531 (прототип). * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4665368A (en) * | 1985-04-16 | 1987-05-12 | Yokogawa Hokushin Electric Corporation | NMR imaging apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5870591A (en) | A/D with digital PLL | |
| US4626827A (en) | Method and system for data compression by variable frequency sampling | |
| US4568912A (en) | Method and system for translating digital signal sampled at variable frequency | |
| KR19990028534A (en) | METHOD AND APPARATUS FOR SPECTRAL ANALYSIS IN DISK RECORDING SYSTEM | |
| SU1100547A1 (en) | Method and device for extracting weak signals of magnetic resonance | |
| US4586191A (en) | Sound signal processing apparatus | |
| JP2935374B2 (en) | Apparatus for reading information patterns from record carriers | |
| US3548305A (en) | Repetitive,variable read-out speed spectrum analysis apparatus and method | |
| US5093751A (en) | Carry noise measuring system for magnetic recording medium | |
| US5335120A (en) | Device for reading a set of resistive elements featuring interrogation and voltage stabilization circuits | |
| SU1282196A1 (en) | Device for recording and reproducing frequency-modulated signals | |
| SU1226224A1 (en) | Apparatus for isolating weak signals of magnetic resonance | |
| SU1278938A1 (en) | Device for reproducing magnetic record with correcting time distortions | |
| SU1368838A1 (en) | Digital seismic prospecting station | |
| RU2131167C1 (en) | Method and device for analog signal conversion | |
| SU1171835A1 (en) | Device for selecting pulses reproduced from magnetic medium | |
| SU1022067A1 (en) | Device for recording and analyzing electric signals | |
| RU1827648C (en) | Device for playback and monitoring of amplitude modulation factor of magnetic recording medium playback signal | |
| SU1508275A1 (en) | Method of input of data signals into digital processing device | |
| SU1525733A1 (en) | Device for multichannel magnetic recording and playback of signals | |
| SU460568A1 (en) | Magnetic recording and playback method | |
| SU1656423A1 (en) | Device for magnetic resonance signal detection | |
| SU1323866A1 (en) | Method and device for registering spectral lens | |
| SU512723A3 (en) | Device for storing analog information | |
| SU1048424A1 (en) | Phase calibrator |