专利名称：一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪和磁共振成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像及检测领域，尤其涉及一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪以及具有该谱仪的磁共振成像系统。
背景技术：
磁共振(magnetic resonance, MR)是利用磁共振磁体产生的恒定磁场，通过对射频系统和梯度系统的控制，由射频系统进行激发和接收磁共振信号，利用梯度磁场对样本进行激发选层和空间编码，以获得具备空间位置信息的一种断层成像方法。图1为现有的一种磁共振成像系统的示意性框图。如图1所示，磁共振成像系统 100包括扫描间110、设备间120和操作间130。扫描间110内设置有用于产生磁场的磁体 111、用于使磁场线性变化的梯度线圈112、射频发射/接收线圈113和用于承载待检测样品或待检测患者的扫描床114。设备间120内放置有梯度放大器121、射频放大器122、谱仪 123和稳压电源124。并且，在扫描间110和设备间120之间还设置有滤波器125。操作间 130内设置有操作人员操作该磁共振成像系统100的扫描工作站131。其中，谱仪123是磁共振成像系统100的核心控制部件，完成磁共振成像系统100 的主控、射频脉冲波形发生、梯度波形计算、梯度脉冲波形发生、射频信号采样、滤波和解调、系统图像信息采集以及其它辅助功能。谱仪123作为一种多种功能集于一体的电子部件，目前多采用自定义架构。但随着磁共振技术的发展和广泛使用，对谱仪123的要求越来越高，例如稳定性、产品化程度、可扩展性等。而传统谱仪在上述方面的技术瓶颈逐渐显露出来。因此，需要一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪以及具有该谱仪的磁共振成像系统，以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪，所述谱仪包括cPCI主板、序列解析执行模块和功能模块，所述cPCI主板为所述序列解析执行模块提供待执行的序列程序；所述序列解析执行模块对所述序列程序进行解析，以形成序列执行时序和序列指令；所述功能模块包括射频输出模块、梯度输出模块和数据采集模块，所述序列解析执行模块根据所述序列执行时序，控制所述射频输出模块、所述梯度输出模块和所述数据采集模块，分别执行相应的序列指令。优选地，所述功能模块还包括辅助功能模块，所述辅助功能模块由所述序列解析执行模块根据所述序列执行时序控制，以与辅助外围设备进行通讯。优选地，所述序列解析执行模块包括第一序列解析执行模块、第二序列解析执行模块和第三序列解析执行模块，所述第一序列解析执行模块用于控制所述射频输出模块输出射频波形，所述第二序列解析执行模块用于控制所述梯度输出模块输出梯度波形，所述第三序列解析执行模块用于控制所述数据采集模块采集磁共振信号，并将所述磁共振信号传送至所述CPCI主板。优选地，所述功能模块还包括辅助功能模块，且所述序列解析执行模块还包括第四序列解析执行模块，所述第四序列解析执行模块用于控制所述辅助功能模块，以与辅助外围设备进行通讯。优选地，所述第一序列解析执行模块包括第一数字信号处理器和第一可编程逻辑器件，所述第二序列解析执行模块包括第二数字信号处理器和第二可编程逻辑器件，所述第三序列解析执行模块包括第三数字信号处理器和第三可编程逻辑器件，所述第四序列解析执行模块包括第四数字信号处理器和第四可编程逻辑器件，其中，所述第一数字信号处理器、所述第二数字信号处理器、所述第三数字信号处理器和所述第四数字信号处理器通过通讯数据总线与所述CPCI主板连接，所述第一可编程逻辑器件、所述第二可编程逻辑器件、所述第三可编程逻辑器件和所述第四可编程逻辑器件通过同步总线连接。优选地，所述序列解析执行模块还包括主控模块，所述主控模块用于控制所述同步总线，以控制所述功能模块分别同步地执行所述相应的序列指令。优选地，所述第一序列解析执行模块、所述第二序列解析执行模块、所述第三序列解析执行模块和所述第四序列解析执行模块中的一个作为主控模块，用于控制所述同步总线，以控制所述功能模块分别同步地执行所述相应的序列指令。优选地，所述通讯数据总线为所述cPCI主板与所述序列解析执行模块之间的PCI 总线或PCI-E总线。优选地，所述辅助功能模块包括生理信号采集模块、扫描床控制模块和/或多路勻场模块。优选地，所述数据采集模块包括多个能够支持多通道数据采集的子数据采集模块。本发明还提供一种基于cPCI的磁共振成像系统，所述基于cPCI的磁共振成像系统包括如上所述的谱仪。本发明通过将cPCI架构与磁共振成像系统的谱仪相结合，可以使谱仪具有较高的稳定性、抗干扰性、抗腐蚀性和可扩展性，进而使该谱仪可以适用于对稳定性和电磁兼容性较高的医疗设备领域。在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。


本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，图1为现有的一种磁共振成像系统的示意性框图；图2为根据本发明一个实施方式的基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪的示意性框图3为根据本发明一个优选实施方式的基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪的示意性框图；以及图4为根据本发明一个优选实施方式的基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪的双总线模式的示意性框图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。本发明提供了一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪(以下简称谱仪)，本发明通过cPCI架构与磁共振成像系统的谱仪相结合，来解决谱仪在解决其稳定性、产品化程度、可扩展性等方法遇到的技术瓶颈问题。图2为根据本发明一个实施方式的基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪200的示意性框图。下面将结合图2对根据本发明的谱仪200进行详细描述。谱仪200包括cPCI主板210、序列解析执行模块220和功能模块230。cPCI主板210可以是任意集成有cPCI总线接口的主板。cPCI是Compact Peripheral Component Interconnect的缩写，即紧凑型外设部件互连标准，是国际PICMG 协会提出的一种开放式、高可靠性的总线接口标准。cPCI主板210可以为序列解析执行模块220提供待执行的序列程序。作为示例，用户可以通过外部通讯接口操作该基于cPCI的磁共振成像系统，使cPCI主板210将待执行的序列程序下载到序列解析执行模块220。序列解析执行模块220对cPCI主板210提供的序列程序进行解析，以形成序列执行时序和序列指令。作为示例，序列解析执行模块220可以包括数字信号处理器和可编程逻辑器件(均未示出)。其中，数字信号处理器主要进行序列程序的解析工作，将序列程序解析为各功能模块的执行序列指令和序列执行时序，同时完成与cPCI主板间的通讯和状态交互；可编程逻辑器件主要进行序列指令的执行工作，控制功能模块，按照解析出的序列执行时序，完成序列指令的执行。功能模块230包括射频输出模块231、梯度输出模块232和数据采集模块233。其中，射频输出模块231用于输出射频波形，梯度输出模块232用于输出梯度波形，数据采集模块233用于采集磁共振信号。序列解析执行模块220根据序列执行时序控制射频输出模块231、梯度输出模块232和数据采集模块233分别执行相应的序列指令。序列解析执行模块220根据序列执行时序控制射频输出模块231和梯度输出模块232输出射频波形和梯度波形，并根据序列执行时序控制数据采集模块233采集磁共振信号并将采集到的磁共振信号传送至cPCI主板210。优选地，数据采集模块233包括多个子数据采集模块(未示出)，且每个子数据采集模块都能够支持多通道数据采集，进而该谱仪200具有多通道并行采集大量数据的能力。此外，功能模块230还包括辅助功能模块234。辅助功能模块234由序列解析执行模块220根据序列执行时序控制，以与辅助外围设备进行通讯。作为示例，辅助功能模块 234可以包括但不限于包括生理信号采集模块、扫描床控制模块和/或多路勻场模块。进一步，辅助外围设备例如包括生理信号采集设备、扫描床控制设备和/或多路勻场设备等。 具体地，生理信号采集模块可以与生理信号采集设备通讯，以采集病人的呼吸、心电、血氧信号，以及产生相应的门控触发信号等。扫描床控制模块可以与扫描床控制设备通讯，以控制扫描床的移动和精确定位。多路勻场模块可以与多路勻场设备通讯，以产生多路勻场磁场。可以理解的是，根据磁共振成像系统的设计方案和应用领域，可以对辅助功能模块234 进行调整，即通过设置辅助功能模块234可以在不同的应用环境更换和/或添加不同的辅助外围设备，以使该谱仪具有较强的适用性，进而提高其接入可扩展性。本发明通过将cPCI架构与磁共振成像系统的谱仪相结合，可以使谱仪具有较高的稳定性、抗干扰性、抗腐蚀性和可扩展性，进而使该谱仪可以适用于对稳定性和电磁兼容性较高的医疗设备领域。图3为根据本发明一个优选实施方式的基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪300 的示意性框图。如图3所示，序列解析执行模块320包括第一序列解析执行模块321、第二序列解析执行模块322和第三序列解析执行模块323。其中，第一序列解析执行模块321 用于控制射频输出模块331输出射频波形，第二序列解析执行模块322用于控制梯度输出模块332输出梯度波形，第三序列解析执行模块323用于控制数据采集模块333采集磁共振信号，并将磁共振信号传送至cPCI主板310。由于射频输出模块331、梯度输出模块332 和数据采集模块333分别由独立的序列解析执行模块进行控制，因此可以分别对各个功能模块的序列程序进行解析，以具有磁共振扫描序列的多事件并发处理能力。由于cPCI主板 210、射频输出模块331、梯度输出模块332和数据采集模块333可以分别与图2及相应的文字部分中描述的相同，因此，这里不再详述。进一步，当功能模块330还包括辅助功能模块334时，序列解析执行模块330还包括第四序列解析执行模块324。第四序列解析执行模块3M用于控制辅助功能模块334，以与辅助外围设备进行通讯。作为示例，辅助功能模块334可以包括但不限于包括生理信号采集模块、扫描床控制模块和/或多路勻场模块。进一步，所述辅助外围设备例如包括生理信号采集设备、扫描床控制设备和/或多路勻场设备。该谱仪300具有磁共振扫描序列的多事件并发处理能力的同时，通过设置辅助功能模块334，对于不同的应用环境可以更换和 /或添加不同的辅助外围设备，以使该谱仪具有较强的适用性，进而提高其接入可扩展性。作为示例，如图4所示，第一序列解析执行模块321包括第一数字信号处理器321A 和第一可编程逻辑器件321B ；第二序列解析执行模块322包括第二数字信号处理器322A 和第二可编程逻辑器件322B ；第三序列解析执行模块323包括第三数字信号处理器323A 和第三可编程逻辑器件32 ；第四序列解析执行模块3M包括第四数字信号处理器324A 和第四可编程逻辑器件324B。其中，数字信号处理器321A-324A主要进行序列程序的解析工作，将序列程序解析为各功能模块的执行序列指令和序列执行时序，同时完成与cPCI主板间的通讯和状态交互。可编程逻辑器件321B-324B主要进行序列指令的执行工作，控制功能模块，按照解析出的序列执行时序，完成序列指令的执行。
第一数字信号处理器321A、第二数字信号处理器322A、第三数字信号处理器323A 和第四数字信号处理器324A通过通讯数据总线401与cPCI主板310连接，以完成序列指令的传输和解析以及数据传输。作为示例，通讯数据总线401可以为cPCI主板310与序列解析执行模块321-3 之间的PCI总线或PCI-E总线。作为示例，数字信号处理器321A-324A 可以选择不同公司的不同型号的定点型或浮点型DSP芯片，如TI公司的C6000系列DSP产
P AjV PF[寸 ο第一可编程逻辑器件321B、第二可编程逻辑器件322B、第三可编程逻辑器件32 和第四可编程逻辑器件324B通过同步总线402连接，以精确地控制序列指令的执行时刻。 可编程逻辑器件321B-324B也可以选择不同公司的不同型号的FPGA芯片，如Altera公司的CYCL0NEII系列FPGA产品等。并且，第一可编程逻辑器件321B还与射频输出模块331 连接，以控制射频输出模块331输出射频波形；第二可编程逻辑器件322B还与梯度输出模块332连接，以控制梯度输出模块332输出梯度波形；第三可编程逻辑器件32 还与数据采集模块333连接，以控制数据采集模块333采集磁共振信号，并将磁共振信号传送至cPCI 主板310 ；第四可编程逻辑器件324B还与辅助功能模块334连接，以控制辅助功能模块334 与辅助外围设备进行通讯。进一步，为了使各个功能模块(包括射频输出模块331、梯度输出模块332、数据采集模块333和/或辅助功能模块334)能够分别同步地执行相应的序列指令，根据本发明一个实施方式，序列解析执行模块还包括主控模块403，该主控模块403用于控制同步总线 402，以支持多事件并发处理模式。根据本发明再一个实施方式，可以将第一序列解析执行模块321、第二序列解析执行模块322、第三序列解析执行模块323和第四序列解析执行模块324中的一个作为主控模块，用于控制同步总线402，以支持多事件并发处理模式。通过主控模块403来控制同步总线402可以使各个功能模块的各序列指令同步执行，进而保证各时间事件同步发生，以保证较高的控制精度。本发明还提供一种基于cPCI的磁共振成像系统，该基于cPCI的磁共振成像系统包括如上所述的谱仪。对于基于cPCI的磁共振成像系统所包含的其它部件，例如用于产生磁场的磁体、用于使磁场线性变化的梯度线圈、射频发射/接收线圈和用于承载待检测样品或待检测患者的扫描床；梯度放大器、射频放大器和稳压电源，以及滤波器和扫描工作站等，可以采用本领域内常用的部件，因此不再详述。本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪，其特征在于，所述谱仪包括cPCI主板、序列解析执行模块和功能模块，所述cPCI主板为所述序列解析执行模块提供待执行的序列程序；所述序列解析执行模块对所述序列程序进行解析，以形成序列执行时序和序列指令；所述功能模块包括射频输出模块、梯度输出模块和数据采集模块，所述序列解析执行模块根据所述序列执行时序，控制所述射频输出模块、所述梯度输出模块和所述数据采集模块，分别执行相应的序列指令。
2.按照权利要求1所述的谱仪，其特征在于，所述功能模块还包括辅助功能模块，所述辅助功能模块由所述序列解析执行模块根据所述序列执行时序控制，以与辅助外围设备进行通讯。
3.按照权利要求1所述的谱仪，其特征在于，所述序列解析执行模块包括第一序列解析执行模块、第二序列解析执行模块和第三序列解析执行模块，所述第一序列解析执行模块用于控制所述射频输出模块输出射频波形，所述第二序列解析执行模块用于控制所述梯度输出模块输出梯度波形，所述第三序列解析执行模块用于控制所述数据采集模块采集磁共振信号，并将所述磁共振信号传送至所述cPCI主板。
4.按照权利要求3所述的谱仪，其特征在于，所述功能模块还包括辅助功能模块，且所述序列解析执行模块还包括第四序列解析执行模块，所述第四序列解析执行模块用于控制所述辅助功能模块，以与辅助外围设备进行通讯。
5.按照权利要求4所述的谱仪，其特征在于，所述第一序列解析执行模块包括第一数字信号处理器和第一可编程逻辑器件，所述第二序列解析执行模块包括第二数字信号处理器和第二可编程逻辑器件，所述第三序列解析执行模块包括第三数字信号处理器和第三可编程逻辑器件，所述第四序列解析执行模块包括第四数字信号处理器和第四可编程逻辑器件，其中，所述第一数字信号处理器、所述第二数字信号处理器、所述第三数字信号处理器和所述第四数字信号处理器通过通讯数据总线与所述cPCI主板连接，所述第一可编程逻辑器件、所述第二可编程逻辑器件、所述第三可编程逻辑器件和所述第四可编程逻辑器件通过同步总线连接。
6.按照权利要求5所述的谱仪，其特征在于，所述序列解析执行模块还包括主控模块， 所述主控模块用于控制所述同步总线，以控制所述功能模块分别同步地执行所述相应的序列指令。
7.按照权利要求5所述的谱仪，其特征在于，所述第一序列解析执行模块、所述第二序列解析执行模块、所述第三序列解析执行模块和所述第四序列解析执行模块中的一个作为主控模块，用于控制所述同步总线，以控制所述功能模块分别同步地执行所述相应的序列指令。
8.按照权利要求5所述的谱仪，其特征在于，所述通讯数据总线为所述cPCI主板与所述序列解析执行模块之间的PCI总线或PCI-E总线。
9.按照权利要求2或4所述的谱仪，其特征在于，所述辅助功能模块包括生理信号采集模块、扫描床控制模块和/或多路勻场模块。
10.按照权利要求1所述的谱仪，其特征在于，所述数据采集模块包括多个能够支持多通道数据采集的子数据采集模块。
11. 一种基于cPCI的磁共振成像系统，其特征在于，所述基于cPCI的磁共振成像系统包括如权利要求1-10中任一项所述的谱仪。
全文摘要
本发明公开一种基于cPCI的磁共振成像系统的谱仪和磁共振成像系统。所述谱仪包括cPCI主板、序列解析执行模块和功能模块，所述cPCI主板为所述序列解析执行模块提供待执行的序列程序；所述序列解析执行模块对所述序列程序进行解析，以形成序列执行时序和序列指令；所述功能模块包括射频输出模块、梯度输出模块和数据采集模块，所述序列解析执行模块根据所述序列执行时序控制所述射频输出模块、所述梯度输出模块和所述数据采集模块分别执行相应的序列指令。本发明通过将cPCI架构与磁共振成像系统的谱仪相结合，可以使谱仪具有较高的稳定性、抗干扰性、抗腐蚀性和可扩展性，进而使该谱仪可以适用于对稳定性和电磁兼容性较高的医疗设备领域。
文档编号G01R33/20GK102525470SQ201210029108
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者万国强, 刘弢, 李睿, 牟晓勇, 陈瑞松 申请人:北京汇影互联科技有限公司