CN104345288A - 磁共振梯度场刺激水平计算方法、装置及控制方法、系统 - Google Patents

Abstract

一种磁共振梯度场刺激水平计算方法、装置及控制方法、系统，其中，所述磁共振梯度场刺激水平计算方法使用现场可编程门阵列计算磁共振梯度场刺激水平，所述磁共振梯度场控制方法根据所述磁共振梯度场刺激水平的计算结果控制磁共振系统是否停止扫描。采用所述计算方法、装置及控制方法、系统，可以提高运算效率，对梯度场进行实时性更强的监控，提高监控质量，减少磁共振扫描对扫描对象健康的影响。

Description

磁共振梯度场刺激水平计算方法、装置及控制方法、系统

技术领域

本发明涉及磁共振技术领域，尤其涉及一种磁共振梯度场刺激水平计算方法、装置及控制方法、系统。

背景技术

在磁共振成像系统中，需要采用梯度场进行选层和相位编码，但是人体对快速变化的磁场会产生生理反应。过快的磁场变化会导致人体不适甚至危及生命，因此需要对梯度场进行在线实时监控，一旦超过人体刺激水平的阈值，则立即停止扫描。

为实现梯度场的实时监控，需要实时计算出梯度场对人体的实际刺激水平。对于立体空间，有X轴、Y轴、Z轴三个相互垂直方向，梯度场也对应有三个相互方向的梯度场。在计算梯度场对人体的刺激水平时，需要同时对三个方向梯度场上的值进行计算，得到梯度场对人体总的刺激水平值。目前，通常采用单独的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）来计算梯度场对人体的刺激水平并进行监控，DSP是一种软件架构，采用顺序执行的方式。

受限于软件的顺序执行方式，DSP对于大量浮点运算只能顺序执行，因此其计算效率较低，而且使用DSP只能对三个方向梯度场上的值进行粗略的时间精度上的累加，因此计算的精确度相应较低，相应地导致对磁共振梯度场监控的实时性也较差，可能导致超过人体刺激水平的阈值后没有及时停止扫描的情况发生，对扫描对象身体健康造成危害。

发明内容

本发明实施例解决的是现有的计算磁共振梯度场刺激水平效率和精度较低的问题。

为解决或至少部分解决上述问题，本发明实施例提供一种磁共振梯度场刺激水平计算方法，使用现场可编程门阵列计算磁共振梯度场刺激水平。

可选的，所述磁共振梯度场包括三个互相垂直的梯度场，分别为第一、第二和第三方向梯度场，所述计算方法包括：

采用第一除法单元分别对所获取到的所述三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，令所述三个方向梯度场上的第一输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输入值，分别得到所述三个方向梯度场上的第一输出值，其中，所述第一输入值为与基强度相关的第一常数，所述第二输入值为有效刺激时间内的采样点数；采用第一加法单元分别对所获取到的第三输入值和所述分别得到的三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第二输出值，所述第三输入值为与基强度相关的第二常数；采用第二除法单元分别对所获取到的第四输入值和所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，令所述第四输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输出值，分别得到所述三个方向梯度场上的第三输出值，所述第四输入值为磁场的变化速率；采用乘法运算单元分别对所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第四输出值；采用综合运算单元对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

可选的，所述第一除法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三除法器，分别对其中一个方向的梯度场上的第一输入值和第二输入值进行并行的浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第一输出值；所述第一加法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三加法器，分别对所获取到的所述第三输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第二输出值；所述第二除法单元包括三个相互独立的第四、第五和第六除法器，分别对所获取到的第四输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第三输出值；所述乘法运算单元包括三个相互独立的第一、第二、第三乘法器，分别对接收到的其中一个方向梯度场上的所述第三输出值进行平方运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第四输出值。

可选的，所述第一除法单元为第七除法器，采用时分复用方式，依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值；所述第一加法单元为第四加法器，采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值；所述第二除法单元为第八除法器，采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第四输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值；所述平方运算单元为第四乘法器，采用时分复用方式，依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

可选的，所述第七除法器和第八除法器为同一个除法器。

可选的，所述综合运算单元包括：第五加法器，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；第六加法器，用于对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；方根运算器，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

可选的，所述第四加法器、第五加法器、第六加法器为同一个加法器。

可选的，所述磁共振梯度场在正常受控模式下，所述第一常数为0.8*rb*0.36/Tsample，所述第二常数为0.8*rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

可选的，所述磁共振梯度场在一级受控模式下，所述第一常数为rb*0.36/Tsample，所述第二常数为rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

为解决或至少部分解决上述问题，本发明实施例还提供了一种磁共振梯度场控制方法，包括：获得三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值；使用以上任意一种磁共振梯度场刺激水平计算方法计算磁共振梯度场刺激水平；并根据所述磁共振梯度场刺激水平的计算结果控制是否停止扫描。

为解决或至少部分解决上述问题，本发明实施例还提供了一种磁共振梯度场刺激水平计算装置，所述计算装置为现场可编程门阵列，用于计算磁共振梯度场刺激水平。

可选的，所述磁共振梯度场包括三个相互垂直的梯度场，分别为第一、第二和第三方向梯度场，所述现场可编程门阵列包括：

第一除法单元，用于分别对所获取到的所述三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，令所述三个方向梯度场上的第一输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输入值，分别得到所述三个方向梯度场上的第一输出值，其中，所述第一输入值为与基强度相关的第一常数，所述第二输入值为有效刺激时间内的采样点数；第一加法单元，用于分别对所获取到的第三输入值和所述分别得到的三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第二输出值，所述第三输入值为与基强度相关的第二常数；第二除法单元，用于分别对所获取到的第四输入值和所述三个方向梯度场上分别计算得到的第二输出值进行浮点除法运算，令所述第四输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输出值，分别得到所述三个方向梯度场上的第三输出值，所述第四输入值为磁场的变化速率；乘法运算单元，用于分别对所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第四输出值；综合运算单元，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

可选的，所述第一除法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三除法器，分别对其中一个方向的梯度场上的第一输入值和第二输入值进行并行的浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第一输出值；所述第一加法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三加法器，分别对所获取到的所述第三输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第二输出值；所述第二除法单元包括三个相互独立的第四、第五和第六加法器，分别对所获取到的第四输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第三输出值；所述乘法运算单元包括三个相互独立的第一、第二、第三乘法器，分别对接收到的其中一个方向梯度场上的所述第三输出值进行平方运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第四输出值。

可选的，所述第一除法单元为第七除法器，用于采用时分复用方式，依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值；所述第一加法单元为第四加法器，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值；所述第二除法单元为第八除法器，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第四输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值；所述平方运算单元为第四乘法器，用于采用时分复用方式，依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

可选的，所述第七除法器和第八除法器为同一个除法器。

可选的，所述综合运算单元包括：第五加法器，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；第六加法器，用于对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；方根运算器，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

可选的，所述第四加法器、第五加法器、第六加法器为同一个加法器。

可选的，所述磁共振梯度场在正常受控模式下，所述第一常数为0.8*rb*0.36/Tsample，所述第二常数为0.8*rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

可选的，所述磁共振梯度场在一级受控模式下，所述第一常数为rb*0.36/Tsample，所述第二常数为rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

为解决或至少部分解决上述问题，本发明实施例还提供了一种磁共振梯度场控制系统，包括：获得装置，用于获得三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值；以上所述任一种磁共振梯度场刺激水平计算装置，用于计算磁共振梯度场刺激水平；以及控制装置，用于根据所述磁共振梯度场刺激水平计算装置的计算结果控制是否停止扫描。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

由于现场可编程门阵列（Field Programming Gate Array，FPGA）具有数量较多的可编辑逻辑单元，因此可以通过不同的可编程逻辑单元对磁共振梯度场刺激水平计算过程中涉及到的不同方向梯度场上的不同运算进行分别执行，每一参与运算的逻辑单元不必等一个磁共振梯度场刺激水平值计算完成即可对接收到的下一个运算参数进行相应运算，且在运算过程中不必对输入输出数据进行搬移等操作，因此可以提高运算效率，相应地可以对梯度场进行实时性更强的监控，提高监控质量，减少磁共振扫描对扫描对象健康的影响。

对于三个方向梯度场上的各项运算，由于分别采用第一除法单元、第一加法单元、第二除法单元及乘法运算单元等独立的运算单元进行，因此当其中一个运算单元对一个方向梯度场上的运算完成后，即可将计算结果输出至与其相连的下一运算单元，由下一运算单元进行相应运算，不必等三个方向上的一种运算都进行完毕，因此各个方向上的运算不会相互影响，故可以提高运算效率。并且由于整个计算三个方向梯度场上的各个参数值的过程互不影响，不必相互等待，因此可以提高三个方向梯度场时间精度上的一致性，提高运算的精确度。由于可以提高运算效率和精确度，相应地可以对梯度场进行实时性更强的监控，提高监控质量，减少磁共振扫描对扫描对象健康的影响。

而在对三个方向梯度场进行各项运算的过程中，通过在各个运算单元中设置独立的运算器件，每个运算器件仅对其中一个方向梯度场进行相应运算，同一运算单元中各个独立器件并行处理，可以进一步提高计算效率。

进一步地，在对三个方向梯度场进行各项运算的过程中，各个独立的运算单元采用时分复用的方式依次对三个方向梯度场进行相应运算，整个过程延时很小，最多仅相差两个时钟周期，却可以大幅减少运算器件的数量和体积，降低成本。

对于综合运算单元，通过采用多个独立器件进行更加细微粒度的运算，可以进一步提高运算效率，增强监控实时性。

对执行同一种运算的多个器件作进一步复用，可以进一步减小器件体积，节约成本，提高资源利用率。

附图说明

图1是现有技术中磁共振梯度场刺激水平计算方法流程图；

图2是本发明实施例一中磁共振梯度场刺激水平计算方法的流程图；

图3是本发明实施例二和实施例三中磁共振梯度场刺激水平计算方法的流程图；

图4是本发明实施例三中运算器件时分复用方式时序图；

图5是本发明实施例四中运算器件时分复用方式时序图。

图6是本发明实施例五中磁共振梯度场刺激水平计算装置的结构示意图；

图7是本发明实施例六中磁共振梯度场刺激水平计算装置的结构示意图；

图8是本发明实施例七中磁共振梯度场刺激水平计算装置的结构示意图；

图9是本发明实施例八中磁共振梯度场刺激水平计算装置的结构示意图；

图10是本发明实施例的磁共振系统的结构示意图。

具体实施方式

立体空间有互相垂直的X轴、Y轴、Z轴三个方向，在磁共振成像系统中，相应地也有三个互相垂直的梯度场，分别为X轴梯度场、Y轴梯度场和Z轴梯度场。

为避免患者在磁共振检查过程中发生意外，在进行人体刺激水平的计算时需要同时对所述三个方向的梯度场进行计算，得到总的人体刺激水平值。

梯度场各个方向对人体的刺激水平阈值为：

${\mathrm{Limit}}_i=B*\mathrm{rb}(1+\frac{0.36}{t_{s.\mathrm{eff}}}),i=x,y,z---\left(1\right)$

其中，rb为基强度，t_s.eff为有效刺激时间，单位为毫秒，B为磁共振梯度场在不同受控等级下的系数，例如：在一级受控模式下，B=1.0；在正常受控模式下，B=0.8。

在进行扫描前，可以通过磁共振系统的用户界面设置受控等级，以下以正常受控模式为例进行说明。

基强度rb，为在理论上把刺激作用时间无限长时，引起组织兴奋所需要的最小电流强度，对于一个特定的系统，rb是个常量，例如，对于全身梯度系统来说，rb=20T/S。

为了便于计算，公式（1）可以表示为：

${\mathrm{Limit}}_i=(A+\frac{K}{I}),i=X,Y,Z---\left(2\right)$

其中，A=0.8*rb，K=0.8*rb*0.36/Tsample，I为有效刺激时间内的采样点数，Tsample为采样周期。

梯度采样频率通常为100KHz，则采样周期Tsample=10μs=0.01ms，则t_s.eff＝I*10μs＝I*0.01ms。

人体总的刺激水平值为：

$\mathrm{PNSlevel}=\sqrt[2]{{\left(\frac{\mathrm{dBdt}\left(x\right)}{\mathrm{limit}\left(x\right)}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{dBdt}\left(y\right)}{\mathrm{limit}\left(y\right)}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{dBdt}\left(z\right)}{\mathrm{limit}\left(z\right)}\right)}^2}---\left(3\right)$

其中，dBdt表示磁场的变化速率，也就是梯度场的强度。

如果PNS level大于1，则表示人体总刺激水平超过限制，需要立即停止扫描。

由A和K的计算公式可以看出，在一次扫描过程中，二者均为常量。在具体实施中，DSP可以首先获取得到A和K，并利用获取得到的A和K先后采用公式（2）和公式（3）计算得出所述磁共振系统的梯度场对人体总的刺激水平。

以下首先介绍采用DSP计算磁共振梯度场对人体总的刺激水平的方法，参照图1，包括以下顺序执行的步骤：

S101，在X轴方向，利用获取到的Kx和Ix，采用浮点除法运算，得到X轴方向的第一输出，即Q1x=Kx/Ix；

S102，在Y轴方向，利用获取到的Ky和Iy，采用浮点除法运算，得到Y轴方向的第一输出，即Q1y=Ky/Iy；

S103，在Z轴方向，利用获取到的Kz和Iz，采用浮点除法运算，得到Z轴方向的第一输出，即Q1z=Kz/Iz；

S104，在X轴方向，利用获取到的A和步骤S101中计算得到的Q1x，采用加法运算，得到X轴方向的第二输出，即Q2x=A+Q1x；

S105，在Y轴方向，利用获取到的A和步骤S102中计算得到的Q1y，采用加法运算，得到Y轴方向的第二输出，即Q2y=A+Q1y；

S106，在Z轴方向，利用获取到的A和步骤S103中计算得到的Q1z，采用加法运算，得到Z轴方向的第二输出，即Q2z=A+Q1z；

S107，在X轴方向，利用获取到的dBdt和步骤S104中计算得到的Q2x，采用除法运算，得到X轴方向的第三输出，即Q3x=dBdt/Q2x；

S108，在Y轴方向，利用获取到的dBdt和步骤S105中计算得到的Q2y，采用除法运算，得到Y轴方向的第三输出，即Q3y=dBdt/Q2y；

S109，在Z轴方向，利用获取到的dBdt和步骤S106中计算得到的Q2z，采用除法运算，得到Z轴方向的第三输出，即Q3x=dBdt/Q2z；

S110，在X轴方向，将步骤S107中计算得到的Q3x进行平方运算，得到X轴方向的第四输出，即Q4x=Q3x^2；

S111，在Y轴方向，将步骤S108中计算得到的Q3y进行平方运算，得到Y轴方向的第四输出，即Q4y=Q3y^2；

S112，在Z轴方向，将步骤S109中计算得到的Q3z进行平方运算，得到Z轴方向的第四输出，即Q4z=Q3z^2；

S113，对步骤S110获得的X轴方向的第四输出Q4x和步骤S111中获得的Y轴方向的第四输出Q4y进行加法运算，得到第五输出，即Q5=Q4x+Q4y；

S114，对步骤S112中获得的Z轴方向的第四输出和步骤S113获得第五输出Q5进行加法运算，得到第六输出，即Q6=Q5+Q4z；

S115，对步骤S114中获得的第六输出进行平方根运算，得到PNS值，即PNS=sqrt(Q6)。

如前所述，DSP受限于软件的架构，对于大量的浮点运算，只能顺序执行，即采用一个单独的运算器件，一次只能进行一个方向的一项运算，如顺序执行的步骤S101～S103。

并且，为了尽量满足同时对三个方向的梯度场进行计算，因此针对每一个相同的运算，X轴、Y轴、Z轴三个方向都需要顺序执行，以使三者之间的时间间隔尽可能小，如首先顺序执行步骤S101～S103，得到各个方向的第一输出，接着顺序执行S104～S106，依次得到各个方向的第二输出，然后是顺序执行步骤S107～S109，依次得出各个方向上的第三输出，然后是顺序执行步骤S110～S112，依次得到各个方向上的第四输出，即这四轮顺序执行的运算，每一轮中均需要按照X轴、Y轴、Z轴的顺序，因此在运算过程中需要对输入输出数据进行搬移等操作，即反复将数据移入寄存器或从寄存器移出。

DSP要完成以上操作的话，需要按照顺序执行每一项操作，在执行某一项运算的时候不能执行其它操作，这是由DSP的处理机制决定的，程序的执行总是按照顺序一条一条地执行，如上述步骤S101～S115给出的，整个过程需要15个步骤，这还不包括DSP在运算过程中对输入输出数据的搬移等操作。

综上分析可知，上述整个计算过程采用单个DSP顺序执行，需要花费较长时间，因此计算效率较低，相应地，在梯度场监控方面实时性也较差。并且，由于各个方向的运算轮流执行，因此实现的仅是在粗略时间精度上的累加，因此计算精度较差。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用FPGA计算磁共振梯度场刺激水平。

由于FPGA具有数量较多的可编辑逻辑单元，因此可以通过不同的可编程逻辑单元对磁共振梯度场刺激水平计算过程中涉及到的不同方向梯度场上的不同运算进行分别执行，每一参与运算的逻辑单元不必等一个磁共振梯度场刺激水平值计算完成即可对接收到的下一个运算参数进行相应运算，且在运算过程中不必对输入输出数据进行搬移等操作，因此可以提高运算效率，相应地可以对梯度场进行实时性更强的监控，提高监控质量，减少磁共振扫描对扫描对象健康的影响。

在具体实施中，采用FPGA可以实现以下的计算方法：对于三个方向梯度场上的每一项相同运算，都采用独立的运算单元，因此当其中一个运算单元对一个方向梯度场上的运算完成后，即可输出至与其相连的下一运算单元，由下一运算单元进行相应运算，不必等三个方向上的一种运算都进行完毕即可进行下一项运算，因此各个方向上的运算不会相互影响，故可以提高运算效率。并且由于整个计算三个方向梯度场上各个值的过程互不影响，不必相互等待，因此可以提高三个方向梯度场时间精度上的一致性，提高运算的精确度。由于可以提高运算效率和精确度，相应地可以对梯度场进行实时性更强的监控，提高监控质量，减少磁共振扫描对扫描对象健康的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种磁共振梯度场刺激水平计算方法，使用FPGA计算磁共振梯度场刺激水平。

所述磁共振梯度场包括三个互相垂直的梯度场，分别为第一方向、第二方向和第三方向梯度场，为描述方便，本发明实施例中，依次分别用X轴、Y轴、Z轴的形式表示。可以理解的是，所述第一、第二和第三方向与所述X轴、Y轴、Z轴也可以采用其他的对应关系，或者所述第一、第二和第三方向也可以用其他的方式表示，只要能够表示三个互相垂直的梯度场即可。

参照图2所示的磁共振梯度场刺激水平计算方法的流程图，所述方法具体包括如下步骤：

S201，采用第一除法单元分别对所获取到的所述三个方向梯度场上的第一输入值K和第二输入值I，进行浮点除法运算，令所述三个方向梯度场上的第一输入值K分别除以所述三个方向梯度场上的第二输入值I，分别得到所述三个方向梯度场上的第一输出值，表示为Q1=K/I。

本实施例中，所述第一输入值K为与基强度rb、磁共振梯度场的受控等级及采样周期Tsample相关的第一常数，磁共振梯度场在不同的受控等级下对应不同的系数B，例如，在一级受控模式下，B=1.0；在正常受控模式下，B=0.8。

在进行扫描前，可以通过磁共振系统的用户界面设置受控等级。

本实施例以受控等级是正常受控模式为例进行说明，则B=0.8，K=0.8*rb*0.36/Tsample，其中，rb表示基强度，Tsample为采样周期。在具体实施中，梯度采样频率通常为100KHz，则采样周期Tsample=10μs=0.01ms在X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第一输入值依次表示为：Kx、Ky、Kz。

所述第二输入值I为有效刺激时间内的采样点数，在X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第二输入值依次表示为Ix、Iy、Iz。在X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第一输出值分别表示为：Q1x、Q1y和Q1z，则分别得到：Q1x=Kx/Ix，Q1y=Ky/Iy，Q1z=Kz/Iz。

S202，采用第一加法单元分别对所获取到的第三输入值A和所述分别得到的三个方向梯度场上得到的第一输出值Q1进行浮点加法运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第二输出值，表示为：Q2=A+Q1。

所述第三输入值A为与基强度及受控等级相关的第二常数，本实施例中，磁共振梯度场采用正常受控模式，受控等级对应的系数B=0.8，则A=0.8*rb，其中，rb表示基强度。可以理解的是，如果磁共振梯度场采用一级受控模式，受控等级对应的系数B=1.0，则A=rb，其中rb表示基强度。

在X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第二输出值分别表示为：Q2x、Q2y和Q2z，则Q2x=A+Q1x，Q2y=A+Q1y，Q2z=A+Q1z。

S203，采用第二除法单元进行浮点除法运算，令所获取到的第四输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输出值Q2，分别得到所述三个方向梯度场上的第三输出值Q3。

本实施例中，所述第四输入值为磁场的变化速率dBdt，在X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第三输出值分别表示为Q3x、Q3y、Q3z，则Q3x=dBdt/Q2x，Q3y=dBdt/Q2y，Q3z=dBdt/Q2z。

S204，采用乘法运算单元分别对所述三个方向梯度场上的第三输出值Q3进行平方运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第四输出值Q4。

在X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第四输出值分别表示为：Q4x、Q4y和Q4z，则Q4x=Q3x^2，Q4y==Q3y^2，Q4z=Q3z^2。

S205，采用综合运算单元对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值Q5；对所述第五输出值Q5和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值Q6；对所述第六输出值Q6进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平PNS。

X轴、Y轴、Z轴三个方向梯度场上的第四输出值分别表示为：Q4x、Q4y和Q4z，则Q5=Q4x+Q4y，Q6=Q5+Q4z，PNS=Sqrt(Q6)。

在具体实施中，可以对上述实施例作进一步的扩展。

例如，对所述三个方向梯度场上进行不同运算的各个运算单元，可以采用多个独立的器件，并行对各个方向梯度场进行相应的运算，也可以采用时分复用方式，依次对三个方向梯度场进行相应运算。以下参照图3，分别进行详细说明。

实施例二

各个运算单元中可以包括独立运行的器件，分别对相应方向梯度场上的数据采用相应的运算方式。以下结合图3通过具体步骤进行详细说明，其中的同一个虚线框内的多个步骤表示这几个步骤同步执行，具体如下：

S31，步骤S301a、S301b和S301c同步执行。

具体说来，所述第一除法单元可以包括三个相互独立的第一、第二和第三除法器，分别对一个方向的梯度场上的第一输入值和第二输入值进行并行的浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第一输出值。例如，由第一除法器对X轴方向梯度场上的第一输入值Kx和第二输入值Ix进行浮点除法运算，得出Q1x=Kx/Ix，第二除法器对Y轴方向梯度场上的第一输入值Ky和第二输入值Iy进行浮点除法运算，得出Q1y=Ky/Iy，第三除法器对Z轴方向梯度场上的第一输入值Kz和第二输入值Iz进行浮点除法运算，得出Q1z=Kz/Iz。

S32，步骤S302a、S302b和S302c同步执行。

具体说来，所述第一加法单元可以包括三个相互独立的第一、第二和第三加法器，分别对所获取到的所述第三输入值和接收到的一个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第二输出值。例如，由第一加法器对第三输入值A和X轴方向梯度场上的第一输出值Q1x进行加法运算，得出Q2x=A+Q1x，第二加法器对第三输入值A和Y轴方向梯度场上的第一输出值Q1y进行加法运算，得出Q2y=A+Q1y，第三加法器对第三输入值A和Z轴方向梯度场上的第一输出值Q1z进行加法运算，得出Q2z=A+Q1z。

S33，步骤S303a、S303b和S303c同步执行。

具体说来，所述第二除法单元包括三个相互独立的第四、第五和第六除法器，分别对所获取到的第四输入值和接收到的一个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第三输出值。由第一除法器对第四输入值dBdt和X轴方向梯度场上的第二输出值Q2x进行浮点除法运算，得出Q3x=dBdt/Q2x，第二除法器对第四输入值dBdt和Y轴方向梯度场上的第二输出值Q2y进行浮点除法运算，得出Q3y=dBdt/Q2y，第三除法器对第四输入值dBdt和Z轴方向梯度场上的第二输出值Q2z进行浮点除法运算，得出Q3z=dBdt/Q2z。

S34，步骤S304a、S304b和S304c同步执行。

具体说来，所述乘法运算单元可以包括三个相互独立的第一、第二、第三乘法器，分别对接收到的一个方向梯度场上的所述第三输出值进行平方运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第四输出值。例如，由第一乘法器对X轴方向梯度场上的第三输出值Q3x进行平方运算，得到X轴方向梯度场上的第四输出值Q4x=Q3x^2，第二乘法器对Y轴方向梯度场上的第三输出值Q3y进行平方运算，得到Y轴方向梯度场上的第四输出值Q4y=Q3y^2，第三乘法器对Z轴方向梯度场上的第三输出值Q3z进行平方运算，得到Z轴方向梯度场上的第四输出值Q4z=Q3z^2。

S35，步骤S305、S306和S307顺序执行。

在具体实施中，可以采用一个器件进行上述依次执行上述三个步骤，也可以采用三个独立的器件依次执行上述运算，这里不再赘述。

采用上述方案，在对三个方向梯度场进行各项运算的过程中，通过在各个运算单元中设置独立的运算器件，每个运算器件仅对其中一个方向梯度场进行相应运算，同一运算单元中各个独立器件并行处理，可以进一步提高计算效率。

实施例三

如前所述，各个运算单元对于所述三个方向梯度场上的运算，也可以采用时分复用方式。参照图3和图4，其中图3中的同一个虚线框内的多个步骤表示这几个步骤由同一个器件执行，以下通过具体步骤进行详细说明：

S31，采用时分复用方式，步骤S301a、S301b和S301c依次顺序执行。

具体来说，所述第一除法单元为第七除法器，采用时分复用方式，由第七除法器依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值，如图4所示，第七除法器的两个输入端分别依次输入Kx/Ky/Kz和Ix/Iy/Iz后，其输出端Q1依次输出Q1x/Q1y/Q1z，其中Q1x=Kx/Ix，Q1y=Ky/Iy和Q1z=Kz/Iz。

S32，采用时分复用方式，步骤S302a、S302b和S302c依次顺序执行。

具体地，所述第一加法单元为第四加法器，采用时分复用方式，由第四加法器依次对所获取到的第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值。第四加法器的输入端和输出端的输入输出方式可参照图4同样的方式和时序，这里不再赘述。

S33，采用时分复用方式，步骤S303a、S303b和S303c依次顺序执行。

具体地，所述第二除法单元为第八除法器，采用时分复用方式，由第八除法器对所获取到的第四输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值。第四加法器的输入端和输出端的输入输出方式可参照图4同样的方式和时序，这里不再赘述。

S34，采用时分复用方式，步骤S304a、S304b和S304c依次顺序执行。

具体说来，所述平方运算单元可以为第四乘法器，采用时分复用方式，由第四乘法器依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

S35，包括顺序执行的步骤S305、S306和S307。

如前所述，在具体实施中，可以采用一个器件进行上述依次执行上述三个步骤，也可以采用三个独立的器件依次执行上述运算，以进一步提高计算效率。以下通过一种具体的实现方式详细说明如下：

S305，由第五加法器对所述X轴方向梯度场和Y轴方向梯度场上的第四输出值Qx和Qy进行浮点加法运算，得到第五输出值Q5=Qx+Qy。

S306，由第六加法器对第五输出值Q5和Z轴梯度场方向上的第四输出值Q4z进行浮点加法运算，得到第六输出值Q6=Q5+Q4z。

S307，由方根运算器对第六输出值Q6进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平PNS=sqrt(Q6)。

本实施例中，在对三个方向梯度场进行各项运算的过程中，各个独立的运算单元采用时分复用的方式依次对三个方向梯度场进行相应运算，整个过程延时很小，最多仅相差两个时钟周期，却可以大幅减少运算器件的数量和体积，降低成本。

为了在保证运算效率的同时，减小器件体积，节约成本，可以在上述对一个器件时分复用的同时，还可以对执行同一种运算的多个器件作进一步的复用，以进一步提高资源利用率，以下通过实施例四进行说明。

实施例四

与实施例三的不同之处在于，所述第七除法器和第八除法器可以采用同一个除法器，所述第四加法器、第五加法器、第六加法器也可以采用同一个加法器。即除了对于不同方向的同一种运算采用一个运算器件时分复用外，对于整个时序中执行的同样运算的运算器件，均可以采用一个器件执行。参照图5，整个时序中所有的除法运算均采用同一个除法器执行，即所述除法器先依次对各个方向梯度场上输入的第一输入值K和第二输入值I进行浮点除法运算，输出相应方向的第一输出值Q1，并在接收到各个方向的第二输出值Q2和获取到的第四输入值dBdt时，对二者采用浮点除法运算，依次得到各个方向的第三输出值Q3=dBdt/Q2。同样地，整个时序中采用同一个加法器依次执行各个方向的Q2=A+Q1操作，以及根据最后得到的Q4x、Q4y和Q4z，依次执行Q5=Q4x+Q4y，以及Q6=Q5+Q4z操作。由一个乘法器执行各个方向上的平方运算，即Q4=Q3^2，由一个方根运算器执行最后的得出磁共振梯度场对人体刺激水平的运算，即PNS=sqrt(Q6)。

为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例，以下对上述方法对应的装置通过具体实施例进行详细说明。

实施例五

如图6所示的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其中所述磁共振梯度场包括三个相互垂直的梯度场，分别为第一、第二和第三方向梯度场，本实施例中磁共振梯度场刺激水平计算装置为：现场可编程门阵列600。

在具体实施中，所述现场可编程门阵列600可以是独立的现场可编程门阵列（FPGA）芯片，也可以仅是FPGA芯片的一部分。

所述现场可编程门阵列600包括：

第一除法单元601、第一加法单元602、第二除法单元603、乘法运算单元604和综合运算单元605，其中：

第一除法单元601，用于分别对所获取到的所述三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，令所述三个方向梯度场上的第一输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输入值，分别得到所述三个方向梯度场上的第一输出值，其中，所述第一输入值为与基强度相关的第一常数，所述第二输入值为有效刺激时间内的采样点数；

第一加法单元602，用于分别对所获取到的第三输入值和所述分别得到的三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第二输出值，所述第三输入值为与基强度相关的第二常数；

第二除法单元603，用于分别对所获取到的第四输入值和所述三个方向梯度场上分别计算得到的第二输出值进行浮点除法运算，令所述第四输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输出值，分别得到所述三个方向梯度场上的第三输出值，所述第四输入值为磁场的变化速率；

乘法运算单元604，用于分别对所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第四输出值；

综合运算单元605，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

在具体实施中，所述第一常数和第二常数与磁共振梯度场具体的受控等级有关，例如，磁共振梯度场在一级受控模式下，受控等级对应的系数B=1.0，磁共振梯度场在正常受控模式下，受控等级对应的系数B=0.8。

在正常受控模式下，第一常数为0.8*rb*0.36/Tsample，所述第二常数为0.8*rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

在一级受控模式下，第一常数为rb*0.36/Tsample，所述第二常数为rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

本实施例中，对于三个方向梯度场上的各项运算，由于分别采用第一除法单元、第一加法单元、第二除法单元及乘法运算单元等独立的运算单元进行，因此当其中一个运算单元对一个方向梯度场上的运算完成后，即可将计算结果输出至与其相连的下一运算单元，由下一运算单元进行相应运算，不必等三个方向上的一种运算都进行完毕，因此各个方向上的运算不会相互影响，故可以提高运算效率。并且由于整个计算三个方向梯度场上的各个参数值的过程互不影响，不必相互等待，因此可以提高三个方向梯度场时间精度上的一致性，提高运算的精确度。由于可以提高运算效率和精确度，相应地可以对梯度场进行实时性更强的监控，提高监控质量，减少磁共振扫描对扫描对象健康的影响。

实施例六

在具体实施中，对三个方向梯度场进行各项运算的过程中，通过在各个运算单元中设置独立的运算器件，每个运算器件仅对其中一个方向梯度场进行相应运算，同一运算单元中各个独立器件并行处理，可以进一步提高计算效率。具体参照图7，与实施例五的不同之处在于，本实施例中磁共振梯度场刺激水平计算装置中，对各个方向梯度场进行运算的单元均由多个独立器件组成，具体如下：

第一除法单元601包括三个相互独立的第一、第二和第三除法器601a、601b和601c，分别对其中一个方向的梯度场上的第一输入值和第二输入值进行并行的浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第一输出值。

第一加法单元602包括三个相互独立的第一、第二和第三加法器602a、602b和602c，分别对所获取到的第三输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第二输出值；

第二除法单元603包括三个相互独立的第四、第五和第六加法器603a、603b和603c，分别对所获取到的第四输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第三输出值；

乘法运算单元604包括三个相互独立的第一、第二、第三乘法器604a、604b和604c，分别对接收到的其中一个方向梯度场上的所述第三输出值进行平方运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第四输出值。

在具体实施中，所述综合运算单元605也可以包括独立的第五加法器6051、第六加法器6052和方根运算器6053，其中：

第五加法器6051，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；

第六加法器6052，用于对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；

方根运算器6053，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

实施例七

参照图8，对三个方向梯度场进行各项运算的过程中，均采用时分复用方式，由一个独立的器件执行同一种运算，本实施例中磁共振梯度场刺激水平计算装置包括第七除法器801、第四加法器802、第八除法器803、第四乘法器804，其中：

第七除法器801，用于采用时分复用方式，依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值；

第四加法器802，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值；

第八除法器803，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的第四输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值；

第四乘法器804，用于采用时分复用方式，依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

同样地，如前所述，所述综合运算单元可以采用一个独立的器件运行，也可以采用三个独立的器件分别执行上述三项操作。本实施例中，采用三个独立的器件分别执行，即：

第五加法器805，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；

第六加法器806，用于对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；

方根运算器807，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

实施例八

本实施例与实施例七的不同之处在于，在具体实施中，所述第七除法器和第八除法器可以采用同一个除法器，所述第四加法器、第五加法器、第六加法器也可以采用同一个加法器。通过执行相同复用的器件的复用，可以进一步减小器件体积，节约成本，提高资源利用率。参照图9，为本实施例中磁共振梯度场刺激水平计算装置结构示意图，包括：

除法器901，用于采用时分复用方式，依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值；采用时分复用方式，依次对所获取到的第四输入值和依次接收到的三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值；

加法器902，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值；对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；

乘法器903，用于采用时分复用方式，依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

方根运算器904，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

如前所述，在具体实施中，以上各实施例中的磁共振梯度场刺激水平计算装置可以采用FPGA芯片实现。

本发明实施例还提供了一种磁共振扫描控制方法，包括：获得三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值；使用如上任一实施例所述的方法计算磁共振梯度场刺激水平；根据所述磁共振梯度场刺激水平的计算结果控制是否停止扫描。

本发明实施例还提供了一种磁共振梯度场控制系统，包括获得装置，用于获得三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值；如上所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，用于计算磁共振梯度场刺激水平；以及控制装置，用于根据所述磁共振梯度场刺激水平计算装置的计算结果控制是否停止扫描。

在具体实施中，当计算得到的磁共振梯度场刺激水平超过人体刺激水平阈值时，控制磁共振系统停止扫描。

如图10所示，磁共振系统10是通过操作员控制台12进行控制，控制台12包括键盘和/或其他输入设备13、控制面板14以及显示屏16。控制台12通过连接部件18与一台独立的电脑系统20相连，电脑系统20可以使操作员能在显示屏16上控制图像的生成和显示。该电脑系统20包括通过背板20a进行互相沟通的若干模组，这些模组包括有图像处理器模组22、CPU模组24及内存模组26，内存模组26可以是业界熟知的用于存储图像数据组的帧缓冲器。电脑系统20与硬盘28和磁碟30连接，存储图像数据和程序，而且通过高速串行连接34与一独立控制系统32相连。

控制系统32包括通过一背板32a相互连接在一起的一组模组，所述模组包括CPU模组36、通过串行连接(serial link)40与控制台12连接的脉冲发生器模组38。控制系统32通过串行连接34接收来自操作员的需要执行的扫描序列（scan sequence）的指令。脉冲发生器模组38运行系统组件，执行指定的扫描序列，输出数据，例如：射频发射的射频脉冲的计时、强度、形状，射频接收的计时和数据采集窗口的长度。脉冲发生器模组38连接到一系列梯度放大器系统42，用于控制（indicate）扫描过程中产生的梯度脉冲的时长和形状。脉冲发生器模组38能够从生理采集控制器44接收病人信息，所述生理采集控制器44通过连接到病人的若干不同的传感器采集信号，例如通过安装在病人身上的电极获取心电图信号。脉冲发生器模组38最终连接到扫描室接口电路46，扫描室接口电路46接收与病情和磁共振成像系统相关的传感器产生的信号。通过扫描室接口电路46，病人定位系统48接收指令，移动病人到指定位置进行扫描。

脉冲发生器模组38产生的梯度波形被运用到具有Gx、Gy、Gz的梯度放大器系统42，每个梯度放大器激发梯度线圈组50中对应的一个梯度线圈，产生用于生成相应空间编码信号的磁场梯度。梯度线圈组50为磁组件52的一部分，磁组件52还包括有极化磁体54和体射频线圈56。控制系统32中的收发器模组58产生的脉冲被射频放大器60放大，通过发送/接收开关62与射频线圈56进行耦合。病人体内被激发的原子核发出的信号被射频线圈56感知到，然后通过发送/接收开关62传输到前置放大器64，放大的磁共振信号经过收发器模组58的接收部进行解调、过滤、数字化处理。发送/接收开关62可以被脉冲发生器模组38的信号控制，从而在发射模式下电性连接射频放大器60和射频线圈56，在接收模式下，电性连接前置放大器64和射频线圈56。发送/接收开关62能够使单独的射频线圈(例如表面线圈)在发射和接收的模式下使用。

射频线圈56收集的磁共振信号经过收发器模组58进行数字化处理，然后传输到控制系统32中的存储模组66。当存储模组66获取一组原始的k-空间数据后，扫描结束。原始的k-空间数据被重新整理成与每个将被重建的图像对应的单独的k-空间数据组，每个k-空间数据组被输入到阵列处理器68，进行图像重建后结合磁共振信号，形成一组图像数据,图像数据通过串行连接34传输到电脑系统20，并保存在存储装置例如硬盘28中。与控制台12发出的指令相对应，所述图像数据可以长期存储起来，例如存储在磁碟30上，或者通过图像处理器22进行进一步处理并传送到控制台12，并在显示屏16上显示。

在具体实施中，所述磁共振梯度场控制系统可以是脉冲发生器模组38或脉冲发生器模组38的一部分。一旦所述磁共振梯度场刺激水平计算装置（FPGA芯片）计算获得的磁共振梯度场刺激水平超过阈值时，所述脉冲发生器模组38可以停止发送梯度波形至梯度放大器系统42，使所述磁共振系统10停止扫描。可以将所述获得装置，磁共振梯度场刺激水平计算装置（FPGA芯片）和控制装置集成在一个装置中，例如，所述磁共振梯度场控制系统可以通过脉冲发生器模组38来实现。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，使用现场可编程门阵列计算磁共振梯度场刺激水平。

2.如权利要求1所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，所述磁共振梯度场包括三个互相垂直的梯度场，分别为第一、第二和第三方向梯度场，所述计算方法包括：

采用第一除法单元分别对所获取到的所述三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，令所述三个方向梯度场上的第一输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输入值，分别得到所述三个方向梯度场上的第一输出值，其中，所述第一输入值为与基强度相关的第一常数，所述第二输入值为有效刺激时间内的采样点数；

采用第一加法单元分别对所获取到的第三输入值和所述分别得到的三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第二输出值，所述第三输入值为与基强度相关的第二常数；

采用第二除法单元分别对所获取到的第四输入值和所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，令所述第四输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输出值，分别得到所述三个方向梯度场上的第三输出值，所述第四输入值为磁场的变化速率；

采用乘法运算单元分别对所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第四输出值；

采用综合运算单元对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

3.如权利要求2所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，

所述第一除法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三除法器，分别对其中一个方向的梯度场上的第一输入值和第二输入值进行并行的浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第一输出值；

所述第一加法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三加法器，分别对所获取到的所述第三输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第二输出值；

所述第二除法单元包括三个相互独立的第四、第五和第六除法器，分别对所获取到的第四输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第三输出值；

所述乘法运算单元包括三个相互独立的第一、第二、第三乘法器，分别对接收到的其中一个方向梯度场上的所述第三输出值进行平方运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第四输出值。

4.如权利要求2所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，

所述第一除法单元为第七除法器，采用时分复用方式，依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值；

所述第一加法单元为第四加法器，采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值；

所述第二除法单元为第八除法器，采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第四输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值；

所述平方运算单元为第四乘法器，采用时分复用方式，依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

5.如权利要求4所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，所述第七除法器和第八除法器为同一个除法器。

6.如权利要求2至5任一项所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，所述综合运算单元包括：

第五加法器，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；

第六加法器，用于对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；

方根运算器，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

7.如权利要求6所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，所述第四加法器、第五加法器、第六加法器为同一个加法器。

8.如权利要求1所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，所述磁共振梯度场在正常受控模式下，所述第一常数为0.8*rb*0.36/Tsample，所述第二常数为0.8*rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

9.如权利要求1所述的磁共振梯度场刺激水平计算方法，其特征在于，所述磁共振梯度场在一级受控模式下，所述第一常数为rb*0.36/Tsample，所述第二常数为rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

10.一种磁共振梯度场控制方法，其特征在于，包括：

获得三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值；

使用如权利要求1～9任一项所述的方法计算磁共振梯度场刺激水平；

根据所述磁共振梯度场刺激水平的计算结果控制是否停止扫描。

11.一种磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述计算装置为现场可编程门阵列，用于计算磁共振梯度场刺激水平。

12.如权利要求11所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述磁共振梯度场包括三个相互垂直的梯度场，分别为第一、第二和第三方向梯度场，所述现场可编程门阵列包括：

第一除法单元，用于分别对所获取到的所述三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，令所述三个方向梯度场上的第一输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输入值，分别得到所述三个方向梯度场上的第一输出值，其中，所述第一输入值为与基强度相关的第一常数，所述第二输入值为有效刺激时间内的采样点数；

第一加法单元，用于分别对所获取到的第三输入值和所述分别得到的三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第二输出值，所述第三输入值为与基强度相关的第二常数；

第二除法单元，用于分别对所获取到的第四输入值和所述三个方向梯度场上分别计算得到的第二输出值进行浮点除法运算，令所述第四输入值分别除以所述三个方向梯度场上的第二输出值，分别得到所述三个方向梯度场上的第三输出值，所述第四输入值为磁场的变化速率；

乘法运算单元，用于分别对所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，分别得到所述三个方向梯度场上的第四输出值；

综合运算单元，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

13.如权利要求12所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，

所述第一除法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三除法器，分别对其中一个方向的梯度场上的第一输入值和第二输入值进行并行的浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第一输出值；

所述第一加法单元包括三个相互独立的第一、第二和第三加法器，分别对所获取到的所述第三输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第二输出值；

所述第二除法单元包括三个相互独立的第四、第五和第六加法器，分别对所获取到的第四输入值和接收到的其中一个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第三输出值；

所述乘法运算单元包括三个相互独立的第一、第二、第三乘法器，分别对接收到的其中一个方向梯度场上的所述第三输出值进行平方运算，各自分别得到对应方向梯度场上的第四输出值。

14.如权利要求12所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，

所述第一除法单元为第七除法器，用于采用时分复用方式，依次对所述三个方向梯度场上获取到的第一输入值和第二输入值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的所述第一输出值；

所述第一加法单元为第四加法器，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第三输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第一输出值进行浮点加法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第二输出值；

所述第二除法单元为第八除法器，用于采用时分复用方式，依次对所获取到的所述第四输入值和依次接收到的所述三个方向梯度场上的第二输出值进行浮点除法运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第三输出值；

所述平方运算单元为第四乘法器，用于采用时分复用方式，依次对接收到的所述三个方向梯度场上的第三输出值进行平方运算，依次得到所述三个方向梯度场上的第四输出值。

15.如权利要求14所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述第七除法器和第八除法器为同一个除法器。

16.如权利要求12至15任一项所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述综合运算单元包括：

第五加法器，用于对所述第一方向梯度场和第二方向梯度场上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第五输出值；

第六加法器，用于对所述第五输出值和所述第三梯度场方向上的第四输出值进行浮点加法运算，得到第六输出值；

方根运算器，用于对所述第六输出值进行平方根运算，得到所述磁共振梯度场对人体的刺激水平。

17.如权利要求16所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述第四加法器、第五加法器、第六加法器为同一个加法器。

18.如权利要求12所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述磁共振梯度场在正常受控模式下，所述第一常数为0.8*rb*0.36/Tsample，所述第二常数为0.8*rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

19.如权利要求12所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，其特征在于，所述磁共振梯度场在一级受控模式下，所述第一常数为rb*0.36/Tsample，所述第二常数为rb，其中，所述rb表示基强度，所述Tsample为采样周期。

20.一种磁共振梯度场控制系统，其特征在于，包括：

获得装置，用于获得三个方向梯度场上的第一输入值和第二输入值；

如权利要求11至19任一项所述的磁共振梯度场刺激水平计算装置，用于计算磁共振梯度场刺激水平；

控制装置，用于根据所述磁共振梯度场刺激水平计算装置的计算结果控制是否停止扫描。