[发明专利]一种基于高速互连串行总线的磁共振成像谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种基于高速串行互连总线的磁共振成像谱仪。 

背景技术

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）一直是核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）方向的一个热门的研究和应用领域。自1973年Lauterbur提出用线性梯度磁场进行空间编码，并首次在实验上得到磁共振图像以来，磁共振成像不仅成为医学影像诊断的重要工具，还在物理、化学、生命科学和材料学等方面得到广泛的应用。 

磁共振成像系统作为承载磁共振成像技术及开发应用的主体，其构成庞大而复杂且分布于不同的空间区域。如图1所示，现有的磁共振成像系统100主要包括磁体系统110、电子系统120和用户计算机系统130。磁体系统110由主磁体111、梯度线圈112和射频线圈113构成，与用于支撑待检测患者的检查床114一起放置在屏蔽室140内以避免外部电磁环境对主磁场和磁共振信号的影响；电子系统120由磁共振成像谱仪（以下或简称为谱仪）121、射频功率放大器（以下简称为射频功放）122、梯度功率放大器（以下简称为梯度功放）123和稳压电源124构成，并放置在设备室141内；电子系统进入屏蔽室的电传输线均需要经过波导板150进行特殊的滤波处理以抑制射频干扰。用户计算机系统130放置在扫描室142内，用来控制成像序列的扫描，重建图像，以及对图像的显示、存储、传输和打印等。 

其中，谱仪121作为磁共振成像系统100的核心部件，主要负责射频脉冲的发生、梯度波形的发生和磁共振信号的接收，输入/输出各种同步和门控信号，并控制着射频功放122和梯度功放123，是成像序列运行与实现的物理平台。同时谱仪通过和用户计算机系统130之间的外部通信接口，一方面从上位机接收下传的序列及参数文件，另一方面上传采集的磁共振数据（以下简称为采集数据）至上位机做后处理。 

现有的谱仪多以一体化的设计为主，采用多支路式架构，将谱仪各个部件通过外部并行总线（如ISA总线，PCI/CPCI总线和PXI总线等）直接和主计算机或主控制板集成在一起。但是随着成像技术的不断发展，接收和发射通道数的不断增多，需处理的数据带宽不断提高，这种基于并行总线的一体式结构谱仪很难再满足这样的要求。因为并行总线需要分时复用或总线共享，这就限制了谱仪数据传输的吞吐量。此外并行总线中的数据、地址和控制信号数 会随着总线频率与宽度的增加而增加，这就意味着器件需要更多的引脚，导致更高的功耗；数据接口的时序约束更难，导致系统不稳定性增加；电路板的设计和布线更复杂，导致生产和制造成本相应提升。同时并行总线采用大量的单端数字信号，会产生噪声（Noise），通道间串扰（Crosstalk）以及电磁干扰（EMI）的问题。 

因此，需要一种新的基于高速互连串行总线的磁共振成像谱仪解决上述现有技术中存在的不足。 

发明内容

为了克服上述现有技术的问题，本发明提供了一种基于高速互连串行总线（以下或简称为互连总线）的磁共振成像谱仪，将高速互连串行总线技术引入磁共振成像谱仪的设计中，在保证谱仪具有可扩展性，高性能和高可靠性的同时，降低了硬件电路设计的复杂度和成本，同时减少了系统互连的走线数目和电磁干扰。 

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种基于高速互连串行总线的磁共振成像谱仪，包括： 

工业控制计算机（以下简称为工控机），所述工控机又包括计算机主板和图像处理卡； 

所述计算机主板从上位机接收用户下传的序列及成像参数，同时将磁共振成像谱仪数据返回至上位机； 

所述图像处理卡通过所述计算机主板上的接口与所述工控机互连，在用户指令下对磁共振采集数据进行后处理或图像重建的加速； 

系统控制模块，接收磁共振采集数据，通过第一互连总线从工控机获得序列及成像参数，并上传数据至所述工控机的计算机主板；同时负责编译和生成序列控制字，通过第二互连总线将序列控制字提供给信号处理模块； 

信号处理模块，包括波形发生模块、射频接收模块、辅助控制模块和时钟/本振模块；所述信号处理模块首先对所述序列控制字进行译码得到序列时序和动作指令，然后根据所述序列时序执行动作指令； 

在执行动作指令的过程中，所述系统控制模块同步所述序列时序的起始点，协调所述信号处理模块完成各自的硬件功能。