CN106301659A - 一种磁共振多通道数字传输系统及其数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振多通道数字传输系统包括：多路数据复用单元、数据封装单元、高速串行发送单元、光纤发送单元、光纤接收单元、高速串行接收单元、数据解包单元和多路数据分接单元。本发明将采样及前端处理后的多通道磁共振数字信号按磁共振数据字长进行复用，轮询所有通道所得数据为一帧，并在帧头插入分接所需帧同步码，以保证磁共振数据的实时性和完整性；线路编码插入同步时钟信息，以使用单独通道完成对磁共振数据及时钟的传输，简化了系统设备；使用FPGA芯片编程实现，提高了系统集成度。本发明还提出了一种磁共振多通道数据的传输方法。

Description

一种磁共振多通道数字传输系统及其数据传输方法

技术领域

本发明属于磁共振技术领域，尤其涉及一种磁共振多通道数字传输系统及其数据传输方法。

背景技术

磁共振成像具有无放射性危害、任意方向和多参数成像及可同时提供多元生理信息等优点，故而在医学影像诊断领域的应用越来越广泛。以更快的速度获取更清晰的图像，一直是磁共振成像技术的发展目标。近年来，多通道线圈采集技术的出现和并行成像技术的发展日益成为磁共振成像速度提高的主要方式。新的技术要求磁共振接收系统能够提供更加可靠、高效的数据传输方法。

由于受到磁体强磁场环境和射频干扰的制约，磁共振系统数据处理设备需置于远离接收线圈的设备间内，因而在传统同轴电缆传输方案中，由多通道线圈接收的磁共振模拟信号，需经过一段相对较长的传输距离。一方面模拟信号在传输过程中难免会发生信号失真和损失；另一方面作为传输介质的同轴电缆数据带宽有限，电磁屏蔽性能方面也存在不足。

在通道数目大幅增加时，上述问题会更为严重，对成像质量的影响也更为明显。即由于传输通道间、传输通道与空间电磁场间的互扰现象会更为严重，因此造成的模拟磁共振成像信号在线路中发生的变形和损失问题也更加突出；同时多线缆的安装和布局也更为复杂，且可能会对传输效果产生不良影响。

除对传统磁共振同轴电缆传输方案进行基本线路和传输环境的改善外，更优异更具有发展前景的，还可通过传输介质的更替及数据编码方式的优化来解决上述问题。

Jing Yuan等人在“Yuan J,Wei J,Shen G X.A direct modulated optical link for MRI RFreceive coil interconnection[J].Journal of Magnetic Resonance,2007,189(1):130-138”中提出了一种直接调制光纤传输方案。与外部调制方法不同，该方案不再需要外部提供载波信号，而是采用激光二极管直接将MRI信号进行电光转换。数据仍以模拟形式进行传播。

CN 101278206 B公布了一种具有光纤连接的MR线圈，局部RF线圈组件包括一个或多个RF线圈元件。其包含的电子电路直接将该线圈通道接收所得磁共振电信号转换成光信号，通过连接器与外部设备进行通信，未能有效利用光纤通道带宽。

CN 101688906 A公布了一种包括数字下变换器的MRI射频接收器。所述接收器对线圈单元接收到的模拟信号进行模数转换、数字下变频等操作，并通过通信接口将数字信号经由光纤通信链路传输。其各模块采用相关功能芯片实现，使用了较多信号处理及通讯器件，系统灵活性和集成度较差。

CN 102988048 A公布了一种磁共振光纤谱仪及其接收装置。其包含多路信号调整单元、数字下变频器以及数据并行处理器。磁共振模拟信号经调整后模数转换，数字信号首先进行下变频处理，随后各通道数据分别串行化，并与控制线、状态线数据按位复接构成数据流，以光信号形式传输。其时钟信号是通过单独参考时钟光纤链路进行传输。

CN 103901375 A公布了一种基于高速互连串行总线的磁共振谱仪。其各模块采用基于FPGA夹层卡结构的混合电路设计，采用的是多条传输链路完成系统控制模块与波形发生模块、射频接收模块及时钟/本振模块间的数据通信。

CN 103105599 A公布了一种具有高速串行接口的磁共振接收线圈。其将放大、滤波和模数转换后的磁共振信号转换成串行数据，在进行数据编码和高速串行编码后，需由多条线缆或光纤发送。

模拟光纤或无线网络传输方式在实用过程中，或会面临传输线路动态范围过小等缺陷，或在实现技术上仍有一定困难，需要对原有成像仪器设备进行较大改变，故目前采用此类方法仍无法从根本上解决多通道磁共振数据传输所面临的问题。

将数字信号处理与光纤通信相结合，并采用合理的数据传输调制解调方法，可以在很大程度上解决磁共振成像多通道数据传输信号损失、通道串扰等问题。

为了克服现有技术中的上述多通道磁共振成像数据传输中的困难，提出了一种磁共振多通道数字传输系统及其数据传输方法。

发明内容

一种磁共振多通道数字传输系统，包括：多路数据复用单元，其与多路磁共振数据接收线圈通道连接，用于轮询各个通道的磁共振数据，并在每次轮询起始位置插入帧同步码，以时分复用方式按磁共振数据字长将之与各通道数据复用为单路磁共振并行数据；数据封装单元，其与所述多路数据复用单元的输出连接，用于按照协议对所述单路磁共振并行数据进行封装得到数据包；高速串行发送单元，其与所述数据封装单元的输出连接，用于对所述数据包进行底层编码、封装，并加入同步时钟信号，并串转换形成磁共振高速串行数据；光纤发送单元，其与所述高速串行发送单元的输出连接，用于将所述磁共振高速串行数据从数字信号转换成光信号，并以光纤进行传输；光纤接收单元，其与所述光纤发送单元之间利用光纤连接，用于将所述磁共振高速串行数据从光信号转换为数字信号，以进行后续处理；高速串行接收单元，其与所述光纤接收单元的输出连接，用于根据从数据流中恢复出的同步时钟信号，对所述磁共振串行数据进行解码和串并转换等操作，得到所述并行磁共振数据包；数据解包单元，其与所述高速串行接收单元的输出连接，用于对所述磁共振数据包进行解封装，获得所述单路磁共振并行数据；多路数据分接单元，其与所述数据解包单元的输出连接，用于根据帧同步码判断分接起始位置，将所述单路磁共振并行数据以时分解复用方式按发送端通道顺序分接至各个磁共振数据通道中；以上各单元均使用现场可编程逻辑器件FPGA实现，可有效提高系统集成度。

本发明所述的磁共振多通道数字传输系统中，所述多路数据复用单元包括：FIFO缓存，其与所述多路磁共振数据通路连接，用于缓存各通道实时磁共振数据；第一数据复用模块，其与所述FIFO缓存连接，用于轮询所述FIFO缓存中的数据并将其按磁共振数据字长复用；帧同步码生成模块，其用于生成帧同步码；第二数据复用模块，其分别与所述第一数据复用模块和所述帧同步码生成模块的输出连接，用于将所述帧同步码插入到每一帧复用数据的起始位置，得到所述单路磁共振并行数据。

本发明所述的磁共振多通道数字传输系统中，所述高速串行发送单元包括：相位补偿FIFO模块，其用于调整时钟相位抖动；编码模块，其与所述相位补偿FIFO模块连接，用于将所述数据包按不同编码方式进行编码；时钟控制模块，其用于根据参考时钟信号生成高速时钟信号；并串转换模块，其与所述编码模块和所述时钟控制模块的输出连接，用于在所述高速时钟信号的控制下，将所述磁共振并行数据转换成高速串行数据。

本发明所述的磁共振多通道数字传输系统中，所述高速串行接收单元包括：时钟恢复模块，其与所述光纤接收单元连接，从串行数据流中提取恢复出同步时钟信息，用于产生接收端的各工作时钟；串并转换模块，其与所述时钟恢复模块的输出连接，用于将所述磁共振高速串行数据转换成所述磁共振并行数据；字对齐模块，其与所述串并转换模块的输出连接，用于将数据流与线路识别码进行比较，并以后者起始位为边界对数据流字节进行划分；解码模块，其与所述字对齐模块的输出连接，用于根据所述字节边界对所述磁共振数据进行线路解码，还原得到所述数据包；相位补偿FIFO模块，其与所述解码模块的输出连接，用于调节同步时钟相位，保证数据的后续正常处理。

本发明所述的磁共振多通道数字传输系统中，所述多路数据分接单元包括：帧同步码检测模块，其与所述数据解包单元的输出连接，用于与发送端帧同步码型进行验证比对，以确定数据分接的起始通道位置；数据分接模块，其与所述帧同步码检测模块的输出连接，其用于将所述磁共振并行数据中的磁共振信号按发送端顺序传输到相应的线圈通道中。

本发明所述的磁共振多通道数字传输系统中，所述系统进一步包括两个重配置单元，所述重配置单元分别与所述高速串行发送单元或所述高速串行接收单元连接，用于实现系统方案的复位及动态配置功能，使整体系统运行过程中的部分模块功能可连续调节变化，以满足复杂数据传输的需求。

本发明所述的磁共振多通道数字传输系统中，所述光纤发送单元和所述光纤接收单元之间使用单根光纤实现发送、接收数据和信号。

本发明还提出了一种磁共振数据传输方法，利用所述磁共振多通道数字传输系统，所述数据传输方法包括：

步骤一：按磁共振数据字长轮询所有线圈通道的磁共振数据，以时分复用方式将所得数据复用为数据帧，并在每一数据帧帧头插入帧同步码，得到单路磁共振并行数据；

步骤二：将所述磁共振并行数据进行封装，得到数据包；

步骤三：对所述数据包进行底层编码、封装，并加入同步时钟信号，并串转换形成磁共振高速串行数据；

步骤四：将所述磁共振高速串行数据转换成光信号进行传输；

步骤五：接收所述光信号后，将所述光信号还原为所述磁共振高速串行数据；

步骤六：根据从所述串行数据流中提取恢复出的同步时钟信号，对所述磁共振高速串行数据进行解码和串并转换等操作，得到所述数据包；

步骤七：对所述数据包进行解封装，获得所述单路磁共振并行数据；

步骤八：对所述磁共振单路并行数据进行帧同步码检测，确定数据帧起始通道位置，并按发送端通道顺序将之分接至各个磁共振数据通道中。

本发明的有益效果在于：

本发明多路数据复用/解复用模块根据磁共振数据产生的时间顺序，将多个接收通道的磁共振信号按数据字长合为一路，不仅高效利用了系统线路资源，提高了数据传输效率，而且保证了各通道数据的及时传输，有利于接收端磁共振信号的快速接收处理及图像重建。本发明数据封装/解包单元可用以实现多种高速传输协议，有利于数据传输通用性、适应性的增强，增加了数据包的功能，能够满足多种磁共振实验对相应数据结构及系统功能的需求。本发明高速串行发送单元对并行数据进行串行化及传输线路编码，并将同步时钟信息添加入数据流中，保证了接收端能够恢复出与发送端相干的时钟信号，简化了磁共振传输系统复杂度，提高了数据的传输稳定性和接收恢复准确度。本发明使用FPGA可编程器件作为方法设计的物理实现基础，以FPGA硬件逻辑来构建整体系统，实例化硬件电路功能，不仅提高了方案实现的灵活度和系统集成度，增强了系统功能，而且大大缩小了系统体积，有利于磁共振谱仪设备的便携化、小型化发展。本发明仅使用单根光纤完成全部的数据传输过程，简化了线路连接，便于在接口不变的情况下对系统进行升级。本发明方法克服了多通道磁共振信号互扰、数据带宽限制及信号变形等问题，保证了磁共振信号的传输准确性，具有较好的系统性能；同时，高效的利用了传输介质带宽，增加了系统可级联线圈数量，提高了接收通道信噪比。

附图说明

图1表示本发明磁共振多通道数字传输系统的硬件结构示意图。

图2表示本发明磁共振多通道数字传输系统中发送端的总体硬件实现框图。

图3表示多路数据复用单元的硬件结构图。

图4表示多路数据复用单元功能图。

图5表示高速串行发送单元的硬件结构图。

图6表示本发明磁共振多通道数字传输系统中接收端的总体硬件实现框图。

图7表示高速串行接收单元的硬件结构图。

图8表示高速串行接收单元中字对齐模块的功能图。

图9表示多路数据分接单元的硬件结构图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

现有通信等传输系统中，数据编码和串并转换等功能多采用专用元器件实现。针对磁共振接收通道数较多、信号数据量较大、系统实时性要求高，电路安装空间非常有限需工作在强磁场环境中等特点，为了实现磁共振数据的串行传输，需要完成包括数据多路复用、数据封装、串并转换、线路编码等复杂功能，采用单一功能的专用元器件无法满足磁共振串行数据传输的需求。针对磁共振数据特点，通过对FPGA的完整逻辑设计和实现，从根本上避免了以上的不足，并大大降低了体积，提高了系统性能。本发明基于FPGA的磁共振多通道数字传输系统，仅使用单片FPGA器件，即可实现全部功能。这不仅使得系统功能更加灵活，内部各功能模块可根据磁共振实际需求进行修改和变换；而且数据处理速度也得到了相应提升，保证了磁共振信号所需的传输处理实时性。与之相连的单路光纤链路也大大简化了系统接口，避免了系统搭建困难。

本发明磁共振多通道数字传输系统将采样及前端处理后的多通道磁共振数字信号以时分复用方式，按磁共振数据字长进行复用，每次轮询所有通道所得数据为一帧，并在帧头插入分接所需帧同步码，以保证磁共振数据的实时性和完整性；线路编码插入同步时钟信息，以使用单独通道完成对磁共振数据及时钟的传输，简化了系统设备；使用FPGA芯片编程实现，提高了系统集成度。

如图1所示，本发明磁共振多通道数字传输系统包括：多路数据复用单元1、数据封装单元2、高速串行发送单元3、光纤发送单元4、光纤接收单元5、高速串行接收单元6、数据解包单元7和多路数据分接单元8。多路数据复用单元1与多路磁共振数据接收线圈通道连接，用于轮询各个通道的磁共振数据，并在每次轮询起始位置插入帧同步码，以时分复用方式按磁共振数据字长将之与各通道数据复用为单路磁共振并行数据；数据封装单元2与多路数据复用单元1的输出连接，用于按照协议对单路磁共振并行数据进行封装，得到数据包；高速串行发送单元3与数据封装单元2的输出连接，用于对数据包进行底层编码、封装，并加入同步时钟信号，并串转换形成磁共振高速串行数据；光纤发送单元4与高速串行发送单元3的输出连接，用于将磁共振高速串行数据从数字信号转换成光信号，并以光纤进行传输；光纤接收单元5与光纤发送单元4之间利用光纤连接，用于将磁共振高速串行数据从光信号转换为数字信号，以进行后续处理；高速串行接收单元6与光纤接收单元5的输出连接，用于根据从数据流中恢复出的同步时钟信号，对磁共振串行数据进行解码和串并转换等操作，得到并行磁共振数据包；数据解包单元7与高速串行接收单元6的输出连接，用于对数据包进行解封装，获得单路磁共振并行数据；多路数据分接单元8与数据解包单元7的输出连接，用于将根据帧同步码判断分接起始位置，将单路磁共振并行数据以时分解复用方式按发送端通道顺序分接至各个磁共振数据通道中。

以下结合附图对本发明多路磁共振数据数字传输系统的构成及各单元实现的功能作详细阐述。以下实施例中，线圈通道的数量以四路为例。

图2显示的是一具体实施例中多路磁共振数据数字传输系统中发送端的总体硬件实现框图。四路磁共振信号经多路数据复用单元1复用为一路，随后进入数据封装单元2按协议要求进行打包。封装完成的数据送入高速串行发送单元3进行线路编码、串并转换等最终处理。光纤发送单元4对输出串行数据进行电光转换，通过单路光纤通路将数据传输至接收端。时钟生成单元对输入的参考时钟进行分频/倍频，产生各功能单元所需工作时钟，使发送端数据处理正确进行。控制单元完成高速串行发送单元内各功能模块的控制和识别码的生成，保证数据线路编/解码的正确性和准确性。

图3显示的是多路数据复用单元的硬件结构图。多路磁共振数据复用单元1首先利用FIFO缓存11进行接收缓存。当各线圈通道数据到来时，第一数据复用模块12按时间顺序以时分复用方式进行复接操作，保证各通道处理实时性。每次遍历四路数据通道，每一通道均取同一时刻数据点的数据字长(比如每个数据点包括I和Q两路信号，分别为三个字节)，并按通道顺序组成一个完整数据帧，即按数据字长对四路磁共振数据进行复用。同时，利用帧同步码生成模块13生成帧同步码，第二数据复用模块14将帧同步码插入到每一帧复用数据的起始位置，得到单路磁共振并行数据。

根据磁共振成像脉冲序列设计，需要对每一通道的磁共振信号进行同时采样。磁共振数据的数据速率较高，数据量很大，因此若对原始数据直接进行多路复用及传输，不仅会对处理电路造成较大负担，而且无法完全体现出光纤带宽大、通道容纳能力强的优势。由于采用了磁共振数字传输系统，故可以在传输处理前先对各通道磁共振信号进行数字下变频处理，即通过数字混频、抽取和滤波，得到实时的I和Q两路低频、低数据流信号。对此I和Q信号进行复用等处理，即可使用单根光纤完成更多磁共振数字传输系统数据通道的信号传输。

图4显示的是多路数据复用单元功能图。每一通道磁共振数据包含有实部和虚部(I路和Q路)两部分。在某一复用时刻，复用单元按照通道顺序，对该时刻每一通道的I、Q两部分数据按数据字长进行复用，即将第M时刻各通道的I和Q两路信号数据点进行时分复用，得到某一时刻合路信号。这与按数据段复用有极大区别，磁共振信号能够快速送达接收端，且可在接收的同时，对其前一时刻的数据进行处理及传输，故而能够更好地保证系统的信号传输的实时性。

多路数据复用单元1为保证磁共振信号的实时性处理要求，不仅对各接收线圈通道进行快速时分复用，减少了系统延时；而且采用了按磁共振数据字长进行复用的方式，尽可能确保单次轮询采集到的各通道数据信息的完整性。此外，对各通道数据进行复用、组合，极大地提高了系统传输介质的带宽利用率，在采用前端数字下变频技术之后，可级联线圈通道数量也大大增加，克服了现有同轴电缆方案中的传输通道互扰等问题。

为保证数据在接收端可以正确分解为原始多路信号，还需要在复接数据流中加入帧同步信号，即帧同步码。该码组应首先是具有尖锐单峰特性的局部自相关函数，其次还应尽量保证码型的简易性。实际传输系统中比较常用的帧同步码有巴克码、最佳码等。也可以采用较为方便的集中式插入法对帧同步码进行操作，以帧同步码作为第一通道复用信号，其余各路磁共振数据仍按顺序依次复接，即将各帧的同步码一次性集中插入至每帧的起始位置。

多路数据复用单元1在一个数据时钟周期内，将帧同步码和四路磁共振数据依次取出并组合，以此合路数据作为后续功能模块处理的原始数据。

复用后的单路并行数据被送入数据封装单元2进行打包。数据封装单元2可根据实际传输需求选择实现相应通信协议，对原始数据进行功能性封装，最后形成高速串行发送单元3所需处理的并行输入数据。

为保证系统整体信号处理的实时性，数据封装单元2和数据解包单元7的相应功能也应尽量简化，在满足处理需求的前提下，选用控制或冗余信号较少的协议，以缩短信号加工时间，提高有效磁共振数据的传输效率。图5显示的是高速串行发送单元的硬件结构框图。合路并行数据首先由相位补偿FIFO模块31进行抖动调整，使数据时钟与收发单元时钟相位一致。

为了能在接收端正确对此同步并行数据信号进行恢复，同时也将时钟信息调制入数据流中，使两者在同一通道中一同传输，保证接收端能够恢复出与发送端相干的时钟信号，需在发送端和接收端分别对数据进行某种规定格式的变换，即对数据进行传输线路编码。编码模块32可以采用8B/10B编码方法完成线路编码功能。

编码模块32使用8B/10B方法进行传输线路编码，使数据流中连“1”或连“0”数量不会超过五个，保证了时钟恢复电路的性能。同时，串行数据流也以此保持了足够的转换密度，使时钟数据恢复模块61能够正确定位数据与时钟，并对相应时钟信息进行提取和恢复，防止了时钟偏移现象的出现，避免了线路对传输数据的影响，确保了时钟恢复模块61的性能。

时钟控制模块33根据参考时钟信号生成并串转换模块34所需的高速时钟信号。串行传送的同步时钟信号，在发送端把同步时钟信号编码进串行数据，在接收端对串行数据中的同步时钟信号进行恢复。恢复得到的串行时钟与发送端时钟具有稳定的相位关系，作为接收端的数据处理参考时钟源。

8B/10B编码可由发送端编码控制信号控制，分别对有效磁共振数据和其他传输功能信号按不同规则进行编码。接收端可按不同解码控制信号完成相应的解码过程，避免了使用额外控制线路及数据信号的误解码。

并行数据在经过线路编码之后，即进入并串转换模块34，在相应高速时钟信号控制下转换为磁共振串行数据，并由接口电路送入光纤发送单元4。

高速串行发送单元3使磁共振数据以准确、稳定的串行数据流形式传输，在保证有效数据不变形、不损失的同时，以编码方式加入了同步时钟信息，不需要采用单独的线路传输时钟，简化了系统信号传输链路，提高了系统整体处理速度。

光纤发送单元4接收来自高速串行发送单元3的数据信息，并进行电光转换。光信号送入光纤链路传输至设备间接收端。接收端光纤收发单元完成光电转换等发送端逆操作，将高速串行电信号送至接收端高速串行发送单元3。

图6显示的是磁共振多通道数字传输系统中接收端的总体硬件实现框图。高速串行数据在高速串行发送单元中完成同步时钟信息提取、串并转换及线路解码等处理之后，在恢复时钟的控制下，还原为并行封装数据包。之后经数据解包单元7完成传输协议各项功能，并解出原始磁共振数据帧。数据帧在多路数据分接单元8完成各通道数据的判断和还原，完成整个数据传输任务。得到的多通道磁共振数据即可存储，或送至计算机进行图像重建。

图7显示的是高速串行接收单元的硬件结构图。高速串行磁共振数据在到达设备间接收端后，首先需从数据流中提取恢复出时钟信息。此过程由时钟恢复模块61进行，可使用锁相环等方式完成。时钟恢复模块61从高速串行数据流中恢复出的时钟与发送端时钟具有相位相干性，从而保证了获取高质量磁共振图像的基本条件。

串行数据随后进入串并转换模块62，恢复为低速并行数据，方便后续处理。

为正确对并行数据进行线路解码单元划分，在接收端还需进行字符边界的认定，防止因并行数据比特移位所造成的数据恢复错误。因此，高速串行发送单元3会在需发送的并行数据中插入一种规定好的特定字符，称为标识码。在任意的数据比特序列里，标识码必须具有唯一性，这样才能保证其能够产生正确、统一的字符边界。

8B/10B编解码方案中包含一种标识码特征序列，即K分组编码。接收端在输入的磁共振数据流中连续搜寻预先添加入的标识码，当发现其出现后，则由检测电路根据其位置信息调整数据流的字符边界。

使用字对齐器模块63即可实现此功能。可以使用较为常用的K28.5(16’hBC)作为字对齐器识别码(此码有多种码型，可根据具体需要选择)。在发送端，周期性的在磁共振数据帧中插入此识别码；经光纤传输后，字对齐模块63通过将数据流与识别码进行比较，以后者起始位为字节边界对数据流进行划分。

字对齐模块63设计为连续同步模式，此模式下数据校验将在接收端持续进行，并实时根据阈值情况切换状态。同步/失同字节数阈值可按具体要求配置。

图8显示的是高速串行接收单元中字对齐模块的功能图。图中识别码以较为简短的7’h1F为例。字对齐模块63在检测设定好的7’h1F码型时，即将其结束位置作为接收数据解码的起始位置，使解码起始边界对齐至其原编码边界。对齐后的并行数据与发送端相一致，防止了比特移位现象的发生。

图7中，8B/10B解码模块64根据字对齐模块63确定的字节边界，对并行磁共振数据进行线路解码，还原出并行数据帧信息。最后由相位补偿FIFO模块65调节同步时钟相位，保证数据的后续正常处理。

高速串行接收单元6完成了数据的准确接收，同时有效保证了接收端恢复出的同步时钟信号与发送端时钟的相干性，确保了后续数据处理的正确性。

图9显示的是多路数据分接单元的硬件结构图。磁共振并行数据帧首先进入帧同步码检测模块81。数据在此与发送端帧同步码型进行验证比对，以确定数据分接起始通道位置。当在数据流中发现预先设定好的帧同步码时，即发出同步信号给后续数据分接模块82。此模块可通过在FPGA中构建一状态机实现。

在接收到帧同步码检测模块81同步信号后，数据分接模块82按照顺序对帧同步码后续数据进行按位分接，并送入相应通道进行存储。此即为原始多通道磁共振数据信息。

多路数据分接单元使各通道数据得以按照发送端通道顺序准确复接，后续数据处理及磁共振图像重建在此基础上能够正确进行。

帧同步码检测模块81应具有较快的判别能力及抗干扰能力，故在设计同步码检测电路时，可添加校验、保护模块。

高速串行发送单元3和高速串行接收单元4都与一个相应的动态重配置单元9相连。该重配置单元9可实现系统方案的复位及动态配置功能，使整体系统运行过程中的部分模块功能具有连续变化功能，满足复杂数据传输的需求。

本发明各功能单元在不同时钟控制下工作，故需包含有时钟生成单元，以产生各单元、各模块所需时钟频率。可以使用倍/分频器或锁相环完成此单元功能。

以上各功能单元模块均可在FPGA芯片中以硬件编程方式实现。模块引脚只需设计与相应器件控制端或输入输出端相连，即可完成整体方法的硬件电路例化。

本发明使用单根光纤即可实现完整数据及相关信息的发送、接收功能，克服了现有磁共振传输系统多通道互扰问题，大大简化了设备的通道连接。

基于以上所陈述的磁共振多通道数字传输系统，本发明的数据传输方法包括：

步骤一：按磁共振数据字长轮询所有线圈通道的磁共振数据，以时分复用方式将所得数据复用为数据帧，并在每一数据帧帧头插入帧同步码，得到单路磁共振并行数据；

步骤二：将磁共振并行数据进行封装，得到数据包；

步骤三：对数据包进行底层编码、封装，并加入同步时钟信号，并串转换形成磁共振高速串行数据；

步骤四：将磁共振高速串行数据转换成光信号进行传输；

步骤五：接收光信号后，将光信号还原为磁共振高速串行数据；

步骤六：根据从串行数据流中提取恢复出的同步时钟信号，对磁共振高速串行数据进行解码和串并转换等操作，得到数据包；

步骤七：对数据包进行解封装，获得单路磁共振并行数据；

步骤八：将磁共振单路并行数据进行帧同步码检测，确定数据帧起始通道位置，并按发送端通道顺序将之分接至各个磁共振数据通道中。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (8)

1.一种磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，包括：

多路数据复用单元(1)，其与多路磁共振数据接收线圈通道连接，用于轮询各个通道的磁共振数据，并在每次轮询起始位置插入帧同步码，以时分复用方式按磁共振数据字长将之与各通道数据复用为单路磁共振并行数据；

数据封装单元(2)，其与所述多路数据复用单元(1)的输出连接，用于按照协议对所述单路磁共振并行数据进行封装得到数据包；

高速串行发送单元(3)，其与所述数据封装单元(2)的输出连接，用于对所述数据包进行底层编码、封装，并加入同步时钟信号，并串转换形成磁共振高速串行数据；

光纤发送单元(4)，其与所述高速串行发送单元(3)的输出连接，用于将所述磁共振高速串行数据从数字信号转换成光信号，并以光纤进行传输；

光纤接收单元(5)，其与所述光纤发送单元(4)之间利用光纤连接，用于将所述磁共振高速串行数据从光信号转换为数字信号，以进行后续处理；

高速串行接收单元(6)，其与所述光纤接收单元(5)的输出连接，用于根据从数据流中恢复出的同步时钟信号，对所述磁共振串行数据进行解码和串并转换等操作，得到所述并行磁共振数据包；

数据解包单元(7)，其与所述高速串行接收单元(6)的输出连接，用于对所述磁共振数据包进行解封装，获得所述单路磁共振并行数据；

多路数据分接单元(8)，其与所述数据解包单元(7)的输出连接，用于根据帧同步码判断分接起始位置，将所述单路磁共振并行数据以时分解复用方式按发送端通道顺序分接至各个磁共振数据通道中；

以上各单元均使用现场可编程逻辑器件FPGA实现，可有效提高系统集成度。

2.如权利要求1所述的磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，所述多路数据复用单元(1)包括：

FIFO缓存(11)，其与所述多路磁共振数据通路连接，用于缓存各通道实时磁共振数据；

第一数据复用模块(12)，其与所述FIFO缓存(11)连接，用于轮询所述FIFO缓存(11)中的数据并将其按磁共振数据字长复用；

帧同步码生成模块(13)，其用于生成帧同步码；

第二数据复用模块(14)，其分别与所述第一数据复用模块(12)和所述帧同步码生成模块(13)的输出连接，用于将所述帧同步码插入到每一帧复用数据的起始位置，得到所述单路磁共振并行数据。

3.如权利要求1所述的磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，所述高速串行发送单元(3)包括：

相位补偿FIFO模块(31)，其用于调整时钟相位抖动；

编码模块(32)，其与所述相位补偿FIFO模块(31)连接，用于将所述数据包按不同编码方式进行编码；

时钟控制模块(33)，其用于根据参考时钟信号生成高速时钟信号；

并串转换模块(34)，其与所述编码模块(32)和所述时钟控制模块(33)的输出连接，用于在所述高速时钟信号的控制下，将所述磁共振并行数据转换成高速串行数据。

4.如权利要求1所述的磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，所述高速串行接收单元(6)包括：

时钟恢复模块(61)，其与所述光纤接收单元(5)连接，从串行数据流中提取恢复出同步时钟信息，用于产生接收端的各工作时钟；

串并转换模块(62)，其与所述时钟恢复模块(61)的输出连接，用于将所述磁共振高速串行数据转换成所述磁共振并行数据；

字对齐模块(63)，其与所述串并转换模块(62)的输出连接，用于将数据流与线路识别码进行比较，并以后者起始位为边界对数据流字节进行划分；

解码模块(64)，其与所述字对齐模块(63)的输出连接，用于根据所述字节边界对所述磁共振数据进行线路解码，还原得到所述数据包；

相位补偿FIFO模块(65)，其与所述解码模块(64)的输出连接，用于调节同步时钟相位，保证数据的后续正常处理。

5.如权利要求1所述的磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，所述多路数据分接单元(8)包括：

帧同步码检测模块(81)，其与所述数据解包单元(7)的输出连接，用于与发送端帧同步码型进行验证比对，以确定数据分接的起始通道位置；

数据分接模块(82)，其与所述帧同步码检测模块(81)的输出连接，其用于将所述磁共振并行数据中的磁共振信号按发送端顺序传输到相应的线圈通道中。

6.如权利要求1所述的磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，所述系统进一步包括两个重配置单元(9)，所述重配置单元(9)分别与所述高速串行发送单元(3)或所述高速串行接收单元(6)连接，用于实现系统方案的复位及动态配置功能，使整体系统运行过程中的部分模块功能可连续调节变化，以满足复杂数据传输的需求。

7.如权利要求1所述的磁共振多通道数字传输系统，其特征在于，所述光纤发送单元(4)和所述光纤接收单元(5)之间使用单根光纤实现发送、接收数据和信号。

8.一种磁共振数据传输方法，其特征在于，利用如权利要求1-7之任一项所述的磁共振多通道数字传输系统，所述数据传输方法包括：

步骤一：按磁共振数据字长轮询所有线圈通道的磁共振数据，以时分复用方式将所得数据复用为数据帧，并在每一数据帧帧头插入帧同步码，得到单路磁共振并行数据；

步骤二：将所述磁共振并行数据进行封装，得到数据包；

步骤三：对所述数据包进行底层编码、封装，并加入同步时钟信号，并串转换形成磁共振高速串行数据；

步骤四：将所述磁共振高速串行数据转换成光信号进行传输；

步骤五：接收所述光信号后，将所述光信号还原为所述磁共振高速串行数据；

步骤六：根据从所述串行数据流中提取恢复出的同步时钟信号，对所述磁共振高速串行数据进行解码和串并转换等操作，得到所述数据包；

步骤七：对所述数据包进行解封装，获得所述单路磁共振并行数据；

步骤八：对所述磁共振单路并行数据进行帧同步码检测，确定数据帧起始通道位置，并按发送端通道顺序将之分接至各个磁共振数据通道中。