專利名稱：一種用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁共振領(lǐng)域，具體涉及一種用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)設(shè)備是上世紀(jì)八十年代以來發(fā)展起來的醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備，它無創(chuàng)傷地獲取人體各部位任意斷層的圖像，可獲得清晰的軟組織圖像，得到人體解剖學(xué)信息，是當(dāng)今發(fā)現(xiàn)和診斷早期癌癥及其他多種疾病最先進(jìn)的臨床診斷設(shè)備，在國際醫(yī)學(xué)界和技術(shù)界均受到重視。磁共振系統(tǒng)包括磁體、梯度線圈、射頻發(fā)射線圈、射頻接收線圈和譜儀等部件組成。磁體將樣品磁化，產(chǎn)生一個(gè)宏觀的縱向磁化矢量。射頻發(fā)射線圈將電磁波發(fā)射到樣品中，由此通過核磁共振現(xiàn)象激勵(lì)樣品中的質(zhì)子旋轉(zhuǎn)。梯度線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置的質(zhì)子進(jìn)行編碼。接收線圈獲取激勵(lì)的磁共振信號(hào)通過放大傳送到譜儀中。譜儀是整個(gè)磁共振系統(tǒng)的中心控制器件，控制整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序運(yùn)行，并且將接收線圈接收到的磁共振信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)送到上位機(jī)中進(jìn)行圖像重建，得到磁共振圖像。近年來，射頻接收線圈技術(shù)不斷的發(fā)展，由于多通道射頻線圈能提供更好的信噪比，更均勻的射頻接收?qǐng)?，而且可以與 sense,smash等并行采集方法結(jié)合，減少成像時(shí)間，因此多通道射頻接收線圈越來越多的應(yīng)用到臨床中。多通道射頻線圈獲取多路的核磁共振采集信號(hào)，這就要求與通道數(shù)相對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)化器(ADC)和數(shù)字下混頻(DDC)等器件以及控制采集時(shí)序更復(fù)雜的可編程邏輯器件 (FPGA)。多通道采集必然會(huì)帶來數(shù)據(jù)量成倍增加，所以要求更大的存儲(chǔ)器件以及更合理的時(shí)序控制電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種用于核磁共振成像的數(shù)據(jù)采集裝置，可以實(shí)現(xiàn)單通道和多通道的切換以及任意多通道的選擇與組合，并且可以在系統(tǒng)通道數(shù)變化時(shí)靈活進(jìn)行擴(kuò)展。本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集裝置包括N通道接收電路、采集控制FPGA、存儲(chǔ)器件DPRAM、 主控設(shè)備和終端設(shè)備。進(jìn)一步的，N通道接收電路包括實(shí)現(xiàn)磁控陣信號(hào)接收的N個(gè)接收通道，每個(gè)接收通道包括必要的射頻接收線圈(Coil)、放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(ADC)和數(shù)字下變頻芯片 (DDC)。射頻接收線圈采集的核磁共振信號(hào)經(jīng)過前置放大器以及可控增益放大器放大后通過下混頻電路將高頻信號(hào)下混到中頻，然后通過ADC轉(zhuǎn)換芯片得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入到數(shù)字下變頻芯片(DDC)中進(jìn)行正交混頻得到基帶信號(hào)，再經(jīng)過抽取濾波器和HR低通濾波器得到核磁共振數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，采集控制單元包括時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)和并串轉(zhuǎn)換單元，N個(gè)接收通道的通道開關(guān)分別與并串轉(zhuǎn)換單元相連，并串轉(zhuǎn)換單元輸出串行數(shù)據(jù)流，所述時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)與并串轉(zhuǎn)換單元相連。進(jìn)一步的，采集控制FPGA與主控設(shè)備和終端設(shè)備進(jìn)行通信，接收來自主控設(shè)備的通道選擇和采集長度等采集控制字，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)，接收N通道接收電路輸出的并行數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流寫入存儲(chǔ)器件DPRAM。進(jìn)一步的，主控設(shè)備為磁控陣系統(tǒng)的核心控制器，向終端設(shè)備和采集控制FPGA發(fā)送采集控制字和啟動(dòng)命令等參數(shù)，控制采集系統(tǒng)的運(yùn)行。進(jìn)一步的，存儲(chǔ)器件DPRAM接收并緩存來自采集控制FPGA的串行數(shù)據(jù)流，并等待終端設(shè)備讀取。進(jìn)一步的，終端設(shè)備與主控設(shè)備和采集控制FPGA通信，讀取DPRAM中的采集數(shù)據(jù)， 進(jìn)行K空間重排和圖像重建等磁控陣后處理操作。本發(fā)明的有益效果是按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)，可以靈活的實(shí)現(xiàn)與各種多通道射頻接收線圈的配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路核磁共振信號(hào)的采集處理，并且可以任意的選擇以及組合采集通道；本發(fā)明的設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的時(shí)序控制方法和控制電路，也不需要高端的高密度 FPGA器件和大容量緩存，成本低廉，并且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，適合長時(shí)間運(yùn)行；本發(fā)明的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，只需要很小的軟件修改和FPGA控制修改，而免去了芯片升級(jí)的麻煩，維護(hù)和升級(jí)方便。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明的多通道數(shù)據(jù)采集裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的FPGA工作原理示意圖。圖3為本發(fā)明的為八通道采集時(shí)序控制圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集裝置包括N通道接收電路、采集控制 FPGA、存儲(chǔ)器件DPRAM、主控設(shè)備和終端設(shè)備。N通道接收電路包括實(shí)現(xiàn)磁控陣信號(hào)接收的 N個(gè)接收通道；每個(gè)接收通道包括必要的接收線圈(Coil)、放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(ADC) 和數(shù)字下變頻芯片(DDC)。采集控制FPGA與主控設(shè)備和終端設(shè)備進(jìn)行通信，接收來自主控設(shè)備的通道選擇和采集長度等采集控制字，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)，接收N通道接收電路輸出的并行數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流寫入存儲(chǔ)器件DPRAM。主控設(shè)備為磁控陣系統(tǒng)的核心控制器，向終端設(shè)備和采集控制FPGA發(fā)送采集控制字和啟動(dòng)命令等參數(shù)，控制采集系統(tǒng)的運(yùn)行。存儲(chǔ)器件DPRAM接收并緩存來自采集控制FPGA的串行數(shù)據(jù)流，并等待終端設(shè)備讀取。 終端設(shè)備與主控設(shè)備和采集控制FPGA通信，讀取DPRAM中的采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行K空間重排和圖像重建等磁控陣后處理操作。如圖2所示的采集控制單元包括時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)和并串轉(zhuǎn)換單元，N個(gè)接收通道的通道開關(guān)分別與并串轉(zhuǎn)換單元相連，并串轉(zhuǎn)換單元輸出串行數(shù)據(jù)流，所述時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)與并串轉(zhuǎn)換單元相連。數(shù)據(jù)采集裝置工作時(shí)，具體工作流程如下步驟一系統(tǒng)上電啟動(dòng)，主控設(shè)備首先進(jìn)行初始化操作根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的通道數(shù)設(shè)置采集控制字，包括通道選擇控制字和采集長度控制字。通道選擇控制字的每一個(gè)bit 位都唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)采集通道，該bit位控制采集控制FPGA內(nèi)的通道選擇開關(guān)的打開關(guān)閉狀態(tài)，只有在開關(guān)打開時(shí)，該通道的數(shù)據(jù)才會(huì)被采集，否則不采集；采集長度控制字控制每個(gè)通道采集數(shù)據(jù)的長度。然后將通道選擇控制字和采集長度控制字發(fā)送給采集控制FPGA和終端設(shè)備，并發(fā)送一個(gè)采集啟動(dòng)命令，啟動(dòng)采集過程。步驟二采集控制FPGA接收來自主控設(shè)備的通道選擇控制字和采集長度控制字， 進(jìn)行通道開關(guān)和采集長度控制初始化操作。步驟三采集控制FPGA收到采集啟動(dòng)命令后啟動(dòng)采集控制狀態(tài)機(jī)，把由通道選擇控制字指定的處于打開狀態(tài)通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流寫入存儲(chǔ)器件DPRAM，并對(duì)數(shù)據(jù)流長度進(jìn)行計(jì)數(shù)。步驟四當(dāng)數(shù)據(jù)流長度計(jì)數(shù)值與采集長度控制字相等時(shí)，采集完成，采集控制 FPGA退出采集過程，并向終端設(shè)備發(fā)送中斷，等待主控設(shè)備新的采集控制字和采集啟動(dòng)命令。步驟五終端設(shè)備接收來自采集控制FPGA的中斷，讀取存儲(chǔ)器件DPRAM中的數(shù)據(jù)。如圖3所示，以N = 8為例，所述步驟三包括如下子步驟系統(tǒng)啟動(dòng)工作開始時(shí)，采集控制FPGA處于狀態(tài)S00，F(xiàn)PGA等待接收來自主控設(shè)備的通道采集開關(guān)控制字和采集啟動(dòng)命令，收到采集開始命令后啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)，等待各個(gè)通道的DDC模塊輸出的有效數(shù)據(jù)。當(dāng)收到第一個(gè)有效數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)入狀態(tài)S01，在此狀態(tài)下判斷1通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將1通道的第一個(gè)有效數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S02 ；如果1 通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S02。在S02狀態(tài)中，判斷2通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將2通道數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S03;如果2通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài) S03。在S03狀態(tài)中，判斷3通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將3通道據(jù)輸出， 然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S04 ；如果3通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S04。在S04狀態(tài)中，判斷4通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將4通道數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S05;如果4通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)
505。在S05狀態(tài)中，判斷5通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將5通道數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S06;如果5通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)
506。在S06狀態(tài)中，判斷6通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將6通道數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S07 ；如果6通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)
507。在S07狀態(tài)中，判斷7通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將7通道數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)S08;如果7通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)
508。在S08狀態(tài)中，判斷8通道的采集開關(guān)是否被打開，如果打開則將8通道數(shù)據(jù)輸出，然后退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)SOO ；如果8通道采集開關(guān)關(guān)閉，則直接退出該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài) SOO。循環(huán)執(zhí)行以上SOO到S08狀態(tài)直到采集數(shù)據(jù)長度計(jì)數(shù)器與采集長度控制字相等。所述單通道采集模式是指N個(gè)通道中只有一個(gè)通道被打開，可能是N個(gè)通道中的任意一個(gè)，比如通道5，則系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)只有S05狀態(tài)需要輸出數(shù)據(jù)，其它狀態(tài)均不需要輸出直接跳轉(zhuǎn)到各自對(duì)應(yīng)的下一狀態(tài)。所述多通道采集模式和任意組合的多通道子集采集模式是指N個(gè)通道中的任意幾個(gè)或者全部被打開，則時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)在經(jīng)過所有狀態(tài)時(shí)都會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)的通道開關(guān)進(jìn)行判斷，開關(guān)打開則執(zhí)行數(shù)據(jù)輸出操作，否則不執(zhí)行輸出操作。所述數(shù)據(jù)采集裝置還具有以下特點(diǎn)控制復(fù)雜度低主控設(shè)備、終端設(shè)備以及FPGA之間的通信不需要復(fù)雜的通信協(xié)議，大大降低系統(tǒng)軟件和FPGA程序開發(fā)難度，控制簡單有效，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。器件選型要求低，成本低廉采集裝置對(duì)采集控制FPGA的芯片選型要求不高，不需要大容量、高密度和高速器件，低成本的普通FPGA即可實(shí)現(xiàn)；由于采集控制FPGA輸出數(shù)據(jù)流為串行，存儲(chǔ)器件并不局限于DPRAM，相同容量的FIFO或者FPGA內(nèi)部的片內(nèi)緩存均可替代DPRAM，控制簡單?？删S護(hù)性和可擴(kuò)展能力強(qiáng)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，需要匹配不同的射頻接收線圈時(shí)，通道數(shù)發(fā)生變化時(shí)，在FPGA管腳數(shù)量和DPRAM容量允許的情況下，只需要主控設(shè)備在通道選擇控制字中為每一個(gè)新增加的通道分配通道選擇控制位，同時(shí)采集控制FPGA在狀態(tài)機(jī)中添加相同數(shù)量的狀態(tài)即可，不需要把FPGA替換為高密度FPGA，也不需要對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行大修改。當(dāng)系統(tǒng)通道數(shù)成倍增加時(shí)，還有另一種簡單方式可以實(shí)現(xiàn)通道擴(kuò)展，大大降低系統(tǒng)復(fù)雜度采用兩套完全相同的N通道接收電路、采集控制FPGA和存儲(chǔ)器件，這兩套電路共享相同的主控設(shè)備和終端設(shè)備。終端設(shè)備通過片選信號(hào)選擇讀取哪一套電路中的存儲(chǔ)器件。
權(quán)利要求
1.一種用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括N通道接收電路、采集控制單元、存儲(chǔ)單元、主控設(shè)備以及終端設(shè)備，采集控制單元與主控設(shè)備和終端設(shè)備進(jìn)行通信， 接收來自主控設(shè)備的通道選擇和采集長度等采集控制信息，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)，接收N 通道接收電路輸出的并行數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流寫入存儲(chǔ)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述N通道接收電路包括實(shí)現(xiàn)磁控陣信號(hào)接收的N個(gè)接收通道，每個(gè)接收通道包括接收線圈、放大電路、 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)字下變頻芯片，接收線圈通過放大電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片與數(shù)字下變頻芯片相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述采集控制單元包括時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)和并串轉(zhuǎn)換單元，N個(gè)接收通道的通道開關(guān)分別與并串轉(zhuǎn)換單元相連，并串轉(zhuǎn)換單元輸出串行數(shù)據(jù)流，所述時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)與并串轉(zhuǎn)換單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述采集控制單元通過FPGA實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元為DPRAM或FIFO或FPGA內(nèi)部的片內(nèi)緩存。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述主控設(shè)備為磁控陣系統(tǒng)的核心控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述接收通道為8個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于磁共振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括N通道接收電路、采集控制單元、存儲(chǔ)單元、主控設(shè)備以及終端設(shè)備，采集控制單元與主控設(shè)備和終端設(shè)備進(jìn)行通信，接收來自主控設(shè)備的通道選擇和采集長度等采集控制信息，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)，接收N通道接收電路輸出的并行數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流寫入存儲(chǔ)單元。本發(fā)明可以靈活的實(shí)現(xiàn)與各種多通道射頻接收線圈的配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路核磁共振信號(hào)的采集處理，并且可以任意的選擇以及組合采集通道；本發(fā)明的設(shè)計(jì)不需要復(fù)雜的時(shí)序控制方法和控制電路，也不需要高端的高密度FPGA器件和大容量緩存，成本低廉，并且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，適合長時(shí)間運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01R33/54GK102520381SQ201110452899
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者唐昕, 姜忠德, 李鵬宇, 梁廣平 申請(qǐng)人:蘇州安科醫(yī)療系統(tǒng)有限公司