CN112019474B - 多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法 - Google Patents

多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法，包括发射机和接收机，发射机包括局部线圈单元、物理资源网格映射单元模块、信号收集模块、合成及调制模块、映射模块，接收机包括无线接收模块、同步模块、解调模块；局部线圈单元、输出接口，采集信号；信号收集模块，收集信号；合成及调制模块，将采集的信号进行合成及调制；映射模块，将调制信号进行映射；同步模块，对调制的信号进行同步；解调模块，对同步后的信号进行解调。本发明提供的系统，可同时对1至128路核磁共振信号进行实时采集、前端处理、频谱搬移、虚拟ID空中接口通道选择、接收线圈调谐和失谐实时控制等，系统的构架精简、生产成本低、生产效率高。

Description

多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法
技术领域
本发明涉及核磁共振医学成像设备技术领域，具体涉及一种多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法。
背景技术
在核磁共振成像系统中，原子核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态，这种过程称为弛豫(Relaxation)，弛豫的方式有两种：纵向弛豫和横向弛豫。核磁共振信号接收系统至关重要，它的作用就是将弛豫所释放的能量以电磁波的方式进行接收，用于系统的后期图像重建。国际和国内厂家，当前的核磁共振成像设备，接收系统的传输链路涉及如下几个过程：
1.微弱模拟信号前端处理(低噪声放大器LNA，可变增益放大器VGA)
2.频谱搬移(比如数字下变频DDC)
3.接收线圈通道选择RCCS(Receive Coil Channel Selection)
4.接收线圈调谐和失谐实时控制
但是这种传统的方式，存在如下几个弊端：
1.模拟信号前端处理，需要设计复杂和笨重的电路，保证在不同的增益条件下，无失真传输(幅频特性曲线平坦和相频特性曲线群延迟固定)，导致核磁共振成像设备的生产成本极高，生产效率降低，设备个体之间的一致性变差；
2.需要对接收线圈信号，进行通道选择(RCCS)，大量使用RF射频开关阵列，这种方式对模拟信号的传输产生失真损伤，同时也会引入更多的噪声干扰；
3.接收线圈和系统(比如病床)之间连接器需要:特殊结构和表面无失真传输的处理(比如镀金)，并且由于连接器的接触点(针脚、金手指及其它接触方式)众多，因此造成成本昂贵，使用寿命有限；
4.同轴电缆的布局占据大量的空间，并且引入电磁兼容合规方面的额外开销(EMC/EMI)，为了降低同轴电缆的数量，需要使用频分复用的方式引入混频器实现模拟信号的频谱搬移，进一步增加成本，同时引入更多的失真和噪声干扰；
5.核磁共振成像设备在运行的过程中，无法以软件的方式实现对各个接收线圈信号，在幅度和相位方面进行动态合成。
发明内容
本发明提供了一种用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，融合了软件无线电SDR思想，提取其核心构架，进行适配和优化；可同时对1至128路核磁共振信号进行实时采集、前端处理、频谱搬移、虚拟ID空中接口通道选择、接收线圈调谐和失谐实时控制等，进行全链路构架定义和具体实现。具有动态范围高、超低失真传输、接收链路延迟时间零抖动特性；并且系统的构架精简、生产成本低、生产效率高；同时，核磁共振成像设备在运行的过程中，各个线圈的接收信号，支持幅度和相位方面进行灵活的动态合成。
本发明采用如下技术方案：
用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，包括发射机和接收机，所述发射机包括局部线圈单元、物理资源网格映射单元模块、信号收集模块、合成及调制模块，所述接收机包括无线接收模块、同步模块、解调模块、输出接口，其中，所述物理资源网格映射单元包含物理资源网格；
局部线圈单元，采集并发射信号，其中，所述局部线圈单元的数量为多个，每个局部线圈单元拥有一个ID识别号，所述多个局部线圈单元随机组合成多组，所述ID识别号由系统自由分配；
物理资源网格，由多个资源块组成，每一行资源块组成一个子信道或子载波，局部线圈单元被激活时，根据局部线圈单元的ID识别号将可使用的无线空口资源分配给局部线圈单元，并占用子信道发射信号，当其中一组局部线圈单元被激活的时候，其余组的局部线圈单元释放其占用的子信道，保持静默；
信号收集模块，用于收集局部线圈单元采集的信号；
合成及调制模块，将局部线圈单元采集的信号进行合成，将合成的信号采用正交频分复用进行调制，并分配至输出接口；
物理资源网格映射单元模块，根据局部线圈单元的无线空口资源将调制的信号映射至对应的子信道频点；
无线接收模块，通过无线空口接收经过调制的信号，其中，所述无线接收模块的数量为多个；
同步模块，对输出接口接收的经过调制的信号进行载波频率同步和符号同步；
解调模块，对同步后的经过调制的信号采用正交频分复用进行解调，得到各个子信道所携带的信号；
输出接口，信号通过输出接口以光纤、电气、数字、模拟的形式传输给图像重建系统或磁体房间。
进一步地，局部线圈单元占用子信道的规则为：当局部线圈单元被激活时，根据所激活的局部线圈单元ID识别号和当前允许分配的无线频谱资源，结合信道质量将子信道物理资源动态分配给相应的局部线圈单元。
进一步地，当系统传输链路为上行链路时，局部线圈单元采集的信号为MR基带信号，所述信号收集模块包括模数转换模块、数字下变频模块，
模数转换模块，将局部线圈单元输出的MR基带信号从模拟信号转换为数字信号；
数字下变频模块，将转换的MR数字信号进行数字下变频至数字基带。
进一步地，当系统传输链路为下行链路时，所述信号收集模块为扫描序列模块，所述扫描序列模块用于扫描局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号。
进一步地，所述合成及调制模块包括汇聚单元和调制单元，或复数加权和单元和调制单元；所述汇聚单元根据ID识别号和子信道频点位置，将局部线圈单元采集的信号汇聚，通过数字方式分配至输出接口；所述复数加权和模块将局部线圈单元采集的信号进行复数加权和后，分配至输出接口。
进一步地，所述物理资源网格指定专用子信道分别用于解调参考信号、相位跟踪参考信号、探测参考信号；
当系统传输链路为上行链路时，剩余的子信道用于携带核磁共振成像的MR基带信号、设备状态指示、告警信息、反馈应答信号；
当系统传输链路为下行链路时，剩余的子信道用于携带局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号、参数配置、操作指令。
进一步地，所述合成及调制模块通过IFFT变换将局部线圈单元采集的信号进行串并变换、合成、OFDM调制，并以空中叠加波形的方式发送出去。
进一步地，所述同步模块包括载波频率同步单元和符号同步单元，所述载波频率同步单元对发射机发射的相位跟踪参考信号的中心频点进行实时跟踪，将相位跟踪参考信号的中心频点和理想值对比得到载波频率偏移，对载波频率偏移进行实时补偿和相位调整；所述符号同步单元通过对数似然比算法和自相关检测算法解析出OFDM符号数据部分的起始位置，实现符号同步。
进一步地，所述解调模块通过FFT变换将空中叠加波形进行并串变换、分离、OFDM解调，得到各个子信道所携带的信号。
本发明还提供了一种核磁共振医学成像系统物理资源网格动态分配的控制方法，包括以下步骤：
S1、检测局部线圈单元是否被激活，若是，则进入步骤S2，若否，则继续检测；
S2、分配传输MR信号所需要的基础资源块，并处于最高调制阶数Qm；
S3、检测频谱资源是否有富余，若是，则进入步骤S4，若否，则进入步骤S9；
S4、检测调制阶数Qm是否是最低，若否，则进入步骤S5，若是，则进入步骤S7；
S5、调制阶数Qm降低，从而占用频谱资源增加；
S6、检测频谱资源是否有富余，若是，则返回步骤S4，若否，则进入步骤S9；
S7、检测频谱资源是否有富余，若是，则进入步骤S8，若否，进入步骤S9；
S8、多个子信道信息传输重复备份数量增加，并继续检测频谱资源是否有富余；
S9、检测是否超出信道解码的纠错能力范围，若是，则局部线圈单元停止扫描，若否则局部线圈单元正常扫描。
本发明的有益效果为：
(1)本发明抽取无线通信网空中接口物理资源网格的概念，将可使用的无线空口资源，基于ID识别号动态分配给相应的局部线圈单元，当局部线圈单元被激活的时候，允许其占用相应的子信道发射其所采集的信号；当局部线圈单元去激活的时候，释放其占用的相应子信道，保持静默，既能节省和分配无线频谱资源，同时在接收端可以基于ID识别号、子信道频点位置，灵活的实现接收线圈通道的跟踪和选择功能，将信号自由分配至对应的输出接口，避免使用射频电子开关所引入的信道特性差异和信号的失真和畸变。
(2)解调参考信号(DMRS)、相位跟踪参考信号(PTRS)、探测参考信号(SRS)在物理资源网格的分布，从零零星星的放置到专用子信道(子载波)的占用，可以实现实时的同步、自动增益控制和信道估计功能，专用子信道分别用于PTRS/DMRS/SRS，避免了在对应的子信道(子载波)里面，频繁切换参考信号PTRS/DMRS/SRS和有效信息，降低了调制/解调系统的复杂度，节省了通信系统的处理功耗，更好地适配核磁共振系统，并且由于物理资源网格的空口资源，划分清晰简洁，传输的鲁棒性得到提升，系统更加健壮。
(3)数字化的信号，通过OFDM调制解调方式，带宽利用率高，各相邻子信道之间的频谱是相互重叠的，频率选择性衰落小，时间选择性衰落小。
附图说明
图1为本发明实施例一的上行链路的框图。
图2为本发明实施例二的下行链路的框图。
图3为本发明实施例一中局部线圈单元与物理资源网格的划分示意图。
图4为本发明实施例一中局部线圈单元与物理资源网格划分的两个场景的示意图。
图5为本发明实施例一中物理资源网格划分示意图。
图6为本发明实施例一中物理资源网格动态分配流程图。
图7为本发明实施例一中以数字方式自由分配输出接口的示意图。
图8为本发明实施例一中数字模式矩阵实例化示意图。
图9为本发明实施例一中正交频分复用调制解调示意图。
图10为本发明实施例一中传统频分复用与正交频分复用对比示意图。
图11为本发明实施例一中载波频率同步的示意图。
图12为本发明实施例一中观察窗口的OFDM符号示意图。
图13为本发明实施例一中自相关检测结构示意图。
图14为本发明实施例一中L点积分器的输出信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
本发明提供了一种用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其具体是一种基于无线通信网4G LTE/5G New Radio/WLAN WIFI与软件定义无线电SDR技术的多通道MR信号无线传输系统，如图1所示，本发明包括发射机和接收机，当系统传输链路为上行链路时，上行链路为MR磁共振信号的无线传输，从磁体房间(病房)至图像重建系统(医生侧)。如图1所示，发射机包括局部线圈单元、物理资源网格映射单元模块、模数转换模块、数字下变频模块、合成及调制模块，接收机包括无线接收模块、同步模块、解调模块、输出接口，其中物理资源网格映射单元模块包含物理资源网格。
局部线圈单元，采集并发射MR数字基带信号，其中，局部线圈单元的数量为多个(1～128个)，每个局部线圈单元拥有一个ID识别号，多个局部线圈单元随机组合成多组，ID识别号由系统自由分配。
物理资源网格，由1～128个资源块组成，每一行资源块组成一个子信道，局部线圈单元被激活时，根据局部线圈单元的ID识别号将可使用的无线空口资源分配给局部线圈单元，并占用子信道发射信号，当其中一组局部线圈单元被激活的时候，另一组局部线圈单元释放其占用的子信道，保持静默。
传统核磁共振本地线圈接收阵列，需要接收线圈通道选择模块；随着本地线圈接收阵列规模的提升，RCCS所使用的射频电子开关，越来越庞大，不同通路之间信道特性的差异越来越明显，整个系统变得笨重，生产过程中需要耗费大量的精力对信道特性的差异进行补偿；同时，射频电子开关还会引起MR基带信号的失真和畸变。
本实施例抽取无线通信网空中接口物理资源网格的概念，将局部线圈单元分为两组，如图3所示，局部线圈单元1/2/3/4/7号为一组，当局部线圈单元1/2/3/4/7号被激活的时候，图像重建系统，根据当前可使用的无线空口资源(国际免授权频段：2.4G～2.485G)，基于ID识别号动态分配给相应的局部线圈单元，允许其占用相应的子信道(子载波)发射其所采集的MR数字基带信号。
从图3中可以看出物理层的资源网格是由资源块组成的，其中局部线圈单元01在频域上占用了2个资源块，对应频段是2.475G～2.485G；局部线圈单元02在频域上占用了3个资源块，对应频段是2.46G～2.475G；局部线圈单元03在频域上占用了2个资源块，对应频段是2.45G～2.46G；局部线圈单元04在频域上占用了1个资源块，对应频段是2.425G～2.43G；局部线圈单元07在频域上占用了5个资源块，对应频段是2.4G～2.425G，资源网格在时间领域，每个资源块所持续的时间是2.4us。
如图4所示，图4示出了两组局部线圈单元在不同场景下应用，局部线圈单元1/2/3/4/7号为一组，局部线圈单元5/6/8/9/10号为一组。场景1：当局部线圈单元1/2/3/4/7号被激活的时候，允许其占用相应的子信道(子载波)发射其所采集的MR数字基带信号；局部线圈单元5/6/8/9/10号释放其占用相应的子信道(子载波)，保持静默。场景2：当局部线圈单元5/6/8/9/10号被激活的时候，允许其占用相应的子信道(子载波)发射其所采集的MR数字基带信号；局部线圈单元1/2/3/4/7号释放其占用相应的子信道(子载波)，保持静默。这样做的优势是可以充分利用现有的无线频谱资源。
模数转换模块(ADC)，将局部线圈单元输出的MR基带信号从模拟信号转换为数字信号；
数字下变频模块(DDC)，将转换为数字信号的MR数字信号进行数字下变频至数字基带后输出至合成及调制模块。
传统的核磁共振系统，在接收端RCCS所使用的射频电子开关，越来越庞大，不同通路之间信道特性的差异越来越明显，整个系统变得笨重(如果要实现M个局部线圈单元至N个输出接口的分配，则需要涉及M*N个传输路径)，生产过程中需要耗费大量的精力对信道特性的差异进行补偿；同时，也难以避免射频电子开关阵列所引入的MR基带信号失真和畸变。本实施例采用合成及调制模块，将局部线圈单元采集的信号进行合成，将合成的信号采用正交频分复用进行调制，并分配至输出接口；合成及调制模块包括汇聚单元和调制单元；
汇聚单元，根据ID识别号和子信道(子载波)频点位置，如图7所示，将无线空口接收的全部激活局部线圈单元MR数字基带信号汇聚起来，通过数字方式自由分配至输出接口。如果要实现M个局部线圈单元至N个输出接口的分配，只需要在处理器FPGA/ARM/DSP内部通过软件程序，即可灵活实现，不再涉及RCCS部件的物理实体。
为了适配核磁共振系统的需求，减少图像重建系统局部线圈单元MR数字基带信号对应接口的数量，本实施例中合成及调制模块还可以包括复数加权和单元和调制单元，引入数字模式矩阵，将不同局部线圈单元MR基带信号进行复数加权和后，自由分配至对应的输出接口。核磁共振医学成像设备不再需要接收线圈通道选择部件的物理实体，不再涉及对RCCS信道特性的差异进行补偿，降低了硬件和生产成本。如图8所示，图8分别是数字模式矩阵2X2/3X3/4X4，其中，数字模式矩阵为NxN,N越大，集成度更高。
MR数字基带信号经过合成后采用正交频分复用进行调制。正交频分复用OFDM是一种多载波传输方式，是基于无线通信网4G LTE/5G New Radio/WLAN WIFI与软件定义无线电SDR技术的高度抽象和概括，是相对于单载波传输而来，将频域划分为多个子信道，使用多个载波并行传输数据。各相邻子信道之间，在频谱上是相互重叠的，但是信道之间具有相互正交性，因此仍然可以在接收端，进行信道分离和数据恢复。通过OFDM调制解调方式，本实施例的无线通信系统，可以将高速串行数据流分解成若干并行的低速子数据流同时传输。
如图9所示，OFDM调制过程中，在发送端载有多个局部线圈单元阵列所接收的MR数字基带信号，分别映射至a1,a2…ak子信道(子载波)之后，通过IFFT变换实现多个子载波信号的串并变换和合成，随后以空中叠加波形的方式发送出去。
如图10所示，图10示出了传统频分复用与正交频分复用对比示意图，本实施例的无线通信系统中，数字化的MR基带信号，通过OFDM调制解调方式，具有如下优势：
(1)带宽利用率高，各相邻子信道之间的频谱允许相互重叠。
(2)频率选择性衰落小，OFDM每个子载波的带宽<信道“相干带宽”，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”。
(3)时间选择性衰落小，OFDM符号持续时间<信道“相干时间”，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对无线传输系统的影响。
物理资源网格映射单元模块，根据局部线圈单元的无线空口资源，将MR数字基带信号映射至对应的子信道(子载波)频点。
如图5所示，图5示出了物理资源网格的划分示意图，如图5左边的物理资源网格图，传统无线通信网的频谱资源极其紧张，为了提升基站的频谱利用率，只是在物理资源网格里面，零零星星的放置了一些如解调参考信号(DMRS)、相位跟踪参考信号(PTRS)、探测参考信号(SRS)，剩余资源块用于传输有效信息。如图5右边的物理资源网格图，本实施例中的无线通信系统，为了提升传输的鲁棒性，挑选和指定了特殊的专用子信道(子载波)分别用于解调参考信号(DMRS)、相位跟踪参考信号(PTRS)、探测参考信号(SRS)，去实现同步、自动增益控制和信道估计功能，剩余子信道(子载波)用于携带核磁共振成像的MR基带信号、设备状态指示、告警信息、反馈应答信号。
解调参考信号(DMRS)、相位跟踪参考信号(PTRS)、探测参考信号(SRS)在物理资源网格的分布，从零零星星的放置到专用子信道(子载波)的占用，可以实现实时的同步、自动增益控制和信道估计功能，专用子信道分别用于PTRS/DMRS/SRS，避免了在对应的子信道(子载波)里面，频繁切换参考信号PTRS/DMRS/SRS和有效信息，降低了调制/解调系统的复杂度，节省了通信系统的处理功耗，更好地适配核磁共振系统，并且由于物理资源网格的空口资源，划分清晰简洁，传输的鲁棒性得到提升，系统更加健壮。
在实际的核磁共振系统中，需要保证无线传输的吞吐量，高于所需要发送的数据量。否则，就会造成数据拥塞和丢失。如图6所示，如图6示出了物理资源网格动态请求和分配的流程图，其步骤如下：
S1、检测局部线圈单元是否被激活，若是，则进入步骤S2，若否，则继续检测；
S2、分配传输MR信号所需要的基础资源块，并处于最高调制阶数Qm；
S3、检测频谱资源是否有富余，若是，则进入步骤S4，若否，则进入步骤S9；
S4、检测调制阶数Qm是否是最低，若否，则进入步骤S5，若是，则进入步骤S7；
S5、调制阶数Qm降低，从而占用频谱资源增加；
S6、检测频谱资源是否有富余，若是，则返回步骤S4，若否，则进入步骤S9；
S7、检测频谱资源是否有富余，若是，则进入步骤S8，若否，进入步骤S9；
S8、多个子信道信息传输重复备份数量增加，并继续检测频谱资源是否有富余；
S9、检测是否超出信道解码(例如LDPC/Turbo码)的纠错能力范围，若是，则局部线圈单元停止扫描，若否则局部线圈单元正常扫描。
从上述步骤可以看出，当局部线圈单元激活之后，首先会分配传输MR基带信号所需要的基础资源块，并且处于最高调制阶数Qm，这个时候如果发现频谱资源已经完全占用，那么信道解码模块就会判断是否存在误码，从而做出相应的决策(正常扫描/停止扫描)；如果发现频谱资源还有富余，调制阶数Qm就会降低，多个子载波重复备份和合成的强度就会提升，以增强无线传输系统的鲁棒性，直至频谱资源已经完全占用，那么信道解码模块才会判断是否存在误码，从而做出相应的决策(正常扫描/停止扫描)。
无线接收模块，通过无线空口接收经过调制的信号，如图7和图8所示，本实施例中输出接口的数量为16个。
同步模块，包括载波频率同步单元和符号同步单元，对输出接口接收的经过调制的信号进行载波频率同步和符号同步。
载波频率同步单元，对发射机发射的相位跟踪参考信号的中心频点进行实时跟踪，从而实现频偏检测，将相位跟踪参考信号的中心频点和理想值对比得到载波频率偏移，对载波频率偏移进行实时补偿和相位调整，使得接收机相对于发射机的载波频率，达到动态平衡。
如图11所示，图11示出了载波频率同步的框图，发射机采用专用的子信道(子载波)，发射相位跟踪参考信号(PTRS)，接收机通过采样之后得到的原始数据存放在缓存里面，然后进行FFT对PTRS信号的中心频点进行实时跟踪。
将PTRS信号的中心频点和理想值进行对比，得到载波频率偏移。载波频率同步单元对载波频率偏移进行反馈处理之后，通过输出信号控制压控振荡器，从而使得接收机的载波频率相对于发射机，达到动态平衡。
符号同步单元，通过对数似然比算法和自相关检测算法解析出OFDM符号数据部分的起始位置，实现符号同步。
符号同步的目的在于接收机能够正确地解析和定位出每个OFDM符号循环前缀和调制数据的起始位置，这是正确进行FFT运算，从而实现解调的前提条件。
符号同步是基于循环前缀来进行的，OFDM系统为了克服多径效应引入了循环前缀作为保护间隔，循环前缀是对调制数据末尾部分数据进行重复，基于循环前缀与调制数据中的末尾部分数据存在很强的相关性，OFDM符号同步算法正是利用这种相关性来进行定位的。
本实施例采取最大似然算法，提出了一种基于能量积分的最大相关原则算法，并且采用多个OFDM符号平均的方法来改善其同步性能。
如图12所示，接收机通过ADC采样之后得到的原始数据存放在缓存里面，观察窗口所包含M个OFDM符号，一般情况M选取2的整数次幂(4/8/16/32/64/128/256/512/1024/2048/4096/8912/16384/32768等)，其中，一个OFDM符号包括循环前缀和调制数据，循环前缀的长度为L，调制数据的长度为N；由于循环前缀是对调制数据末尾部分数据进行重复，因此采用图13所示的结构进行自相关检测，将原始数据延迟N个采样点，将延迟N个采样点的数据与原始数据相乘通过长度L点积分器输出信号，L点积分器的输出信号(最大似然函数)波形如图14所示，周期恰好等于OFDM符号中循环前缀和调制数据的长度之和(N+L)，最大似然函数的峰值时刻点，对应OFDM符号循环前缀和调制数据的起始位置，从而实现符号同步。
解调模块，对同步后的经过调制的信号采用正交频分复用进行解调，得到各个子信道所携带的信号。如图9所示，OFDM调制解调过程中，在接收端通过FFT变换可以实现空中叠加波形的串并变换和分离，分别得到各个子信道(子载波)所携带的MR数字基带信号a1,a2…ak。
输出接口，MR数字基带信号通过输出接口以光纤、电气、数字、模拟等形式传输给图像重建系统。
实施例二
本实施例与实施例一对应，系统的传输链路为下行链路，当系统传输链路为下行链路时，下行链路为MR局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号，从图像重建系统(医生侧)至磁体房间(病房)。如图2所示，发射机包括局部线圈单元、物理资源网格映射单元模块、扫描序列模块、合成及调制模块，接收机包括无线接收模块、同步模块、解调模块、输出接口。
扫描序列模块用于扫描局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号。
与实施例一不同的是，物理资源网格指定专用子信道分别用于解调参考信号、相位跟踪参考信号、探测参考信号；当系统传输链路为下行链路时，剩余子信道用于携带局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号、参数配置、操作指令。
输出接口，局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号通过输出接口以光纤、电气、数字、模拟等形式传输给磁体房间(病房)。
本实施例与实施例一都采用无线通信专网进行传输，具体表现形式采取4G LTE/5G NR/WLAN等所涉及的关键技术，融合了3GPP/IEEE在无线通信领域的协议标准(3GPP 4GLTE/5G NR/WLAN IEEE 802.11b/a/g/n/ac/ax)，应用MIMO、OFDM，信道编码技术和软件无线电SDR思想，提取其核心构架，进行适配和优化，并紧密结合当前核磁共振成像设备的多通道信号无线接收系统，可同时对1至128路核磁共振信号进行实时采集、前端处理、频谱搬移、虚拟ID空中接口通道选择、接收线圈调谐和失谐实时控制等，进行全链路构架定义和具体实现。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，包括发射机和接收机，所述发射机包括局部线圈单元、物理资源网格映射单元模块、信号收集模块、合成及调制模块，所述接收机包括无线接收模块、同步模块、解调模块、输出接口，其中，所述物理资源网格映射单元包含物理资源网格；
局部线圈单元，采集并发射信号，其中，所述局部线圈单元的数量为多个，每个局部线圈单元拥有一个ID识别号，所述多个局部线圈单元随机组合成多组，所述ID识别号由系统自由分配；
物理资源网格，由多个资源块组成，每一行资源块组成一个子信道或子载波，局部线圈单元被激活时，根据局部线圈单元的ID识别号将可使用的无线空口资源分配给局部线圈单元，并占用子信道发射信号，当其中一组局部线圈单元被激活的时候，其余组的局部线圈单元释放其占用的子信道，保持静默；
信号收集模块，用于收集局部线圈单元采集的信号；
合成及调制模块，将局部线圈单元采集的信号进行合成，将合成的信号采用正交频分复用进行调制，并分配至输出接口；
物理资源网格映射单元模块，根据局部线圈单元的无线空口资源将调制的信号映射至对应的子信道频点；
无线接收模块，通过无线空口接收经过调制的信号，其中，所述无线接收模块的数量为多个；
同步模块，对输出接口接收的经过调制的信号进行载波频率同步和符号同步；
解调模块，对同步后的经过调制的信号采用正交频分复用进行解调，得到各个子信道所携带的信号；
输出接口，信号通过输出接口以光纤、电气、数字、模拟的形式传输给图像重建系统或磁体房间。
2.根据权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，局部线圈单元占用子信道的规则为：当局部线圈单元被激活时，根据所激活的局部线圈单元ID识别号和当前允许分配的无线频谱资源，结合信道质量将子信道物理资源动态分配给相应的局部线圈单元。
3.根据权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，所述合成及调制模块包括汇聚单元和调制单元，或复数加权和单元和调制单元；
所述汇聚单元根据ID识别号和子信道频点位置，将局部线圈单元采集的信号汇聚，通过数字方式分配至输出接口；
所述复数加权和模块将局部线圈单元采集的信号进行复数加权和后，分配至输出接口。
4.根据权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，所述物理资源网格指定专用子信道分别用于解调参考信号、相位跟踪参考信号、探测参考信号；
当系统传输链路为上行链路时，剩余的子信道用于携带核磁共振成像的MR基带信号、设备状态指示、告警信息、反馈应答信号；
当系统传输链路为下行链路时，剩余的子信道用于携带局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号、参数配置、操作指令。
5.根据权利要求3所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，所述合成及调制模块通过IFFT变换将局部线圈单元采集的信号进行串并变换、合成、OFDM调制，并以空中叠加波形的方式发送出去。
6.根据权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，所述同步模块包括载波频率同步单元和符号同步单元，
所述载波频率同步单元对发射机发射的相位跟踪参考信号的中心频点进行实时跟踪，将相位跟踪参考信号的中心频点和理想值对比得到载波频率偏移，对载波频率偏移进行实时补偿和相位调整；
所述符号同步单元通过对数似然比算法和自相关检测算法解析出OFDM符号数据部分的起始位置，实现符号同步。
7.根据权利要求5所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，所述解调模块通过FFT变换将空中叠加波形进行并串变换、分离、OFDM解调，得到各个子信道所携带的信号。
8.根据权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，当系统传输链路为上行链路时，局部线圈单元采集的信号为MR基带信号，所述信号收集模块包括模数转换模块、数字下变频模块；
模数转换模块，将局部线圈单元输出的MR基带信号从模拟信号转换为数字信号；
数字下变频模块，将转换的MR数字信号进行数字下变频至数字基带。
9.根据权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统，其特征在于，当系统传输链路为下行链路时，所述信号收集模块为扫描序列模块，所述扫描序列模块用于扫描局部线圈所需调谐和失谐的实时控制信号。
10.一种核磁共振医学成像系统物理资源网格动态分配的控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的用于核磁共振医学成像系统的多通道信号无线传输系统中的物理资源网格映射单元模块实现，所述控制方法包括以下步骤：
S1、检测所述局部线圈单元是否被激活，若是，则进入步骤S2，若否，则继续检测；
S2、分配传输MR信号所需要的基础资源块，并处于最高调制阶数Qm；
S3、检测频谱资源是否有富余，若是，则进入步骤S4，若否，则进入步骤S9；
S4、检测调制阶数Qm是否是最低，若否，则进入步骤S5，若是，则进入步骤S7；
S5、调制阶数Qm降低，从而占用频谱资源增加；
S6、检测频谱资源是否有富余，若是，则返回步骤S4，若否，则进入步骤S9；
S7、检测频谱资源是否有富余，若是，则进入步骤S8，若否，进入步骤S9；
S8、多个子信道信息传输重复备份数量增加，并继续检测频谱资源是否有富余；
S9、检测是否超出信道解码的纠错能力范围，若是，则所述局部线圈单元停止扫描，若否则所述局部线圈单元正常扫描。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112782628B (zh) * 2019-11-08 2022-10-25 上海联影医疗科技股份有限公司 射频发射通道同步方法及装置、磁共振系统
CN112019474B (zh) * 2020-08-14 2023-08-15 平康(深圳)医疗设备科技有限公司 多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法
CN112019300B (zh) * 2020-08-14 2023-08-11 平康(深圳)医疗设备科技有限公司 一种核磁共振成像设备信号无线传输的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101262816A (zh) * 2004-07-23 2008-09-10 梅德拉股份有限公司 用于核磁共振成像的无线病人监控设备
CN101399585A (zh) * 2007-09-27 2009-04-01 北京信威通信技术股份有限公司 Ofdma智能天线系统的用户信号产生及干扰抑制的方法与装置
CN102611668A (zh) * 2011-01-25 2012-07-25 中兴通讯股份有限公司 一种正交频分复用无源光网络数据传输方法及光线路终端
CN104730478A (zh) * 2015-03-17 2015-06-24 上海理工大学 正交频分复用的磁共振相控阵接收方法
CN104921725A (zh) * 2014-03-18 2015-09-23 上海联影医疗科技有限公司 一种检测射频线圈工作状态的方法和装置
CN105190296A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 米利开尔文科技有限公司 用于磁共振的改进的技术、系统和机器可读程序
CN107561464A (zh) * 2017-07-17 2018-01-09 上海联影医疗科技有限公司 磁共振射频线圈和磁共振系统
CN107621615A (zh) * 2017-09-28 2018-01-23 深圳鑫德瑞电气科技有限公司 嵌入式梯度及射频集成线圈及带有该集成线圈的磁共振设备
CN110299965A (zh) * 2013-04-05 2019-10-01 太阳专利信托公司 用于接收数据的方法和装置和用于发送数据的方法和装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7548787B2 (en) * 2005-08-03 2009-06-16 Kamilo Feher Medical diagnostic and communication system
US8244192B2 (en) * 2009-11-25 2012-08-14 General Electric Company System and method for wireless communication of magnetic resonance data
US10564241B2 (en) * 2012-01-17 2020-02-18 Regents Of The University Of Minnesota Steering resonance along a trajectory
US9625551B2 (en) * 2012-04-16 2017-04-18 Ali Caglar Ozen Magnetic resonance apparatus and data acquisition method with decoupling between transmit and receive coils
CN112019474B (zh) * 2020-08-14 2023-08-15 平康(深圳)医疗设备科技有限公司 多通道信号无线传输系统及物理资源网格分配的控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101262816A (zh) * 2004-07-23 2008-09-10 梅德拉股份有限公司 用于核磁共振成像的无线病人监控设备
CN101399585A (zh) * 2007-09-27 2009-04-01 北京信威通信技术股份有限公司 Ofdma智能天线系统的用户信号产生及干扰抑制的方法与装置
CN102611668A (zh) * 2011-01-25 2012-07-25 中兴通讯股份有限公司 一种正交频分复用无源光网络数据传输方法及光线路终端
CN105190296A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 米利开尔文科技有限公司 用于磁共振的改进的技术、系统和机器可读程序
CN110299965A (zh) * 2013-04-05 2019-10-01 太阳专利信托公司 用于接收数据的方法和装置和用于发送数据的方法和装置
CN104921725A (zh) * 2014-03-18 2015-09-23 上海联影医疗科技有限公司 一种检测射频线圈工作状态的方法和装置
CN104730478A (zh) * 2015-03-17 2015-06-24 上海理工大学 正交频分复用的磁共振相控阵接收方法
CN107561464A (zh) * 2017-07-17 2018-01-09 上海联影医疗科技有限公司 磁共振射频线圈和磁共振系统
CN107621615A (zh) * 2017-09-28 2018-01-23 深圳鑫德瑞电气科技有限公司 嵌入式梯度及射频集成线圈及带有该集成线圈的磁共振设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TD-LTE下行解资源映射的仿真设计与实现;许超等;《移动通信》;20130430(第08期);全文 *

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