CN211293221U - 一种集成式数字化核磁共振成像谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种集成式数字化核磁共振成像谱仪。包括集成设置的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)，嵌入式控制系统电路，射频信号发射外围模拟电路，核磁共振信号接收外围模拟电路，梯度外围模拟电路以及存储电路。本实用新型能够解决多子卡拼接导致的各子卡之间的时序和相位关系难以控制的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及核磁共振技术领域，具体涉及一种集成式数字化核磁共振成像谱仪。
背景技术
磁共振成像(MRI)技术作为一种能反映多维信息的无损伤的诊断手段，在医学病理诊断和基础科学研究方面得到了广泛的应用。核磁共振谱仪是核磁共振成像系统中的核心部件，其主要作用是实时控制脉冲序列的发射和磁共振信号的接收。核磁共振成像谱仪主要包括：嵌入式控制系统，梯度模块，射频模块，核磁共振信号接收模块以及序列控制模块。
由于早期芯片集成度不高，每个功能模块电路占用较大面积，核磁共振成像谱仪厂商设计谱仪采用多子卡拼接的结构。每个功能模块对应一块子卡，由主控卡控制各个子卡协同工作。各个子卡之间通过背板传输信号，传输方式包括：并行总线，串行总线以及面向仪器系统的PXI总线。
谱仪是一种对实时性和相位精确性要求非常高的设备，需要梯度、射频发射以及信号接收模块之间精准控制。而多子卡拼接的结构面对这种应用存在诸多问题。这种各子卡之间的时序和相位关系难以控制，用户不得不在后期进行各种测量后想办法补偿精度，但效果欠佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型公开一种集成式数字化核磁共振成像谱仪，能够解决多子卡拼接导致的各子卡之间的时序和相位关系难以控制的问题。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种集成式数字化核磁共振成像谱仪，包括集成设置的
FPGA，用于控制序列时序并处理数据；
嵌入式控制系统电路，用于解析接收的上位机指令并转发至所述FPGA，所述嵌入式控制系统电路和所述FPGA连接；
射频信号发射外围模拟电路，用于接收所述FPGA生成的发射数字波形信号，进行二次调制并转换生成模拟信号，所述射频信号发射外围模拟电路和所述FPGA连接；
核磁共振信号接收外围模拟电路，用于放大、滤波核磁共振模拟信号并转换为数字信号后转发至所述FPGA，所述核磁共振信号接收外围模拟电路和所述FPGA连接；
梯度外围模拟电路，用于接收所述FPGA生成的梯度数字波形信号并转换生成模拟信号，所述梯度外围模拟电路和所述FPGA连接。
优选的技术方案，所述FPGA包括嵌入式控制系统接口电路、用于接收解析的上位机指令；
射频信号发射数字电路、用于发出射频同步控制信号；
核磁共振信号接收数字电路、用于接收数字化后的核磁共振信号；
梯度数字电路，用于发出梯度同步控制信号；
用于控制序列时序的序列控制电路，所述序列控制电路分别和所述嵌入式控制系统接口电路、所述射频信号发射数字电路、所述核磁共振信号接收数字电路、所述梯度数字电路连接。
进一步优选的技术方案，所述射频信号发射外围模拟电路包括用于二次调制发射信号的二次调制电路、用于生成模拟信号的DAC数模转换电路，所述二次调制电路和所述序列控制电路的射频同步控制信号连接。
进一步优选的技术方案，所述DAC数模转换电路包括两个设置为两通道的DAC数模转换电路。
优选的技术方案，所述核磁共振信号接收外围模拟电路包括接收信号放大电路、带通滤波电路以及模数转换电路。
进一步优选的技术方案，所述接收信号放大电路设置有八个转换端口，以采集八通道核磁共振信号。
优选的技术方案，所述梯度外围模拟电路包括X、Y、Z、B0共4个梯度通道的数模转换电路。
本实用新型公开一种集成式数字化核磁共振成像谱仪，具有以下优点：
采用了SoC的设计理念，使用大规模FPGA芯片，将时序控制、数据处理以及数字变频、相位精确控制功能集成到单片FPGA上实现，从而有效提高了时序精度和相位精度，同时避免了多板总线连接方式造成的结构设计复杂，提高了系统集成度，实现了在1U机箱内支持2发射通道，8接收通道功能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是FPGA芯片电路框图；
图2是本实用新型实施例的结构框图
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例所述一种集成式数字化核磁共振成像谱仪，包括集成设置的FPGA，用于控制序列时序并处理数据；嵌入式控制系统电路，用于解析接收的指令并转发至所述FPGA，所述嵌入式控制系统电路和所述FPGA连接；射频信号发射外围模拟电路，用于接收所述FPGA生成的发射数字波形信号，进行二次调制并转换生成模拟信号，所述射频信号发射外围模拟电路和所述FPGA连接；核磁共振信号接收外围模拟电路，用于放大、滤波核磁共振模拟信号并转换为数字信号后转发至所述FPGA，所述核磁共振信号接收电路和所述FPGA连接；梯度外围模拟电路，用于接收所述FPGA生成的梯度数字波形信号并转换生成模拟信号，所述梯度外围模拟电路和所述FPGA连接。
为了提高时序精度和相位精度，所述FPGA包括用于控制序列时序的序列控制电路，所述序列控制电路分别和所述嵌入式控制系统接口电路、所述射频信号发射数字电路、所述核磁共振信号接收数字电路、所述梯度数字电路，所述射频信号发射外围模拟电路连接。从而实现对时序的控制，保证时序和相位的有效控制。
为了实现射频信号的同步发出，所述射频信号发射数字电路包括发射信号基础波形生产电路、内插滤波电路、第一次数字调制电路。所述发射信号基础波形生成电路、第一次数字调制电路和所述序列控制电路的射频同步信号连接。所述射频信号发射外围模拟电路包括用于二次调制发射信号的二次调制电路和生成模拟信号的DAC数模转换电路，所述二次调制电路和所述序列控制电路的射频同步信号连接。可以理解的，在本实施例中，所述DAC数模转换电路包括两个设置为两通道的DAC数模转换电路。
在序列控制电路的射频同步信号控制下，在射频信号发射数字电路中，射频信号发射数字电路实现射频信号基础波形的生成，并对数字波形信号进行第一次调制；在射频信号发射外围模拟电路中，二次调制电路实现对数字波形信号进行二次调制，将载波频率变换到核磁共振系统频率，然后经过DAC数模转换成模拟信号，调整射频波形模拟信号强度到期望值，最后从谱仪射频端口输出到射频放大器。
为了提高核磁共振信号接收电路的接收能力，所述核磁共振信号接收外围模拟电路包括接收信号放大电路、带通滤波电路以及模数转换电路。可以理解的，在本实施例中，所述接收信号放大电路设置有八个转换端口，以采集八通道核磁共振信号。
为了实现核磁共振信号的同步接收，所述核磁共振信号接收数字电路包括下变频电路，抽取滤波电路。所述下变频电路和所述序列控制电路连接。
在序列控制电路的采集同步信号控制下，核磁共振信号接收数字电路实现核磁共振信号同步解调。
可以理解的，在本实施例中，核磁共振信号接收数字电路还可以连接存储电路，以对接受的核磁共振信号进行存储和备份，从而实现对核磁共振信号的有效整理和备案。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：包括集成设置的
FPGA，用于控制序列时序并处理数据；
嵌入式控制系统电路，用于解析接收的上位机指令并转发至所述FPGA，所述嵌入式控制系统电路和所述FPGA连接；
射频信号发射外围模拟电路，用于接收所述FPGA生成的发射数字波形信号，进行二次调制并转换生成模拟信号，所述射频信号发射外围模拟电路和所述FPGA连接；
核磁共振信号接收外围模拟电路，用于放大、滤波核磁共振模拟信号并转换为数字信号后转发至所述FPGA，所述核磁共振信号接收外围模拟电路和所述FPGA连接；
梯度外围模拟电路，用于接收所述FPGA生成的梯度数字波形信号并转换生成模拟信号，所述梯度外围模拟电路和所述FPGA连接。
2.根据权利要求1所述集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：所述FPGA包括
嵌入式控制系统接口电路、用于接收解析的上位机指令；
射频信号发射数字电路、用于发出射频同步控制信号；
核磁共振信号接收数字电路、用于接收数字化后的核磁共振信号；
梯度数字电路，用于发出梯度同步控制信号；
用于控制序列时序的序列控制电路，所述序列控制电路分别和所述嵌入式控制系统接口电路、所述射频信号发射数字电路、所述核磁共振信号接收数字电路、所述梯度数字电路连接。
3.根据权利要求2所述集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：所述射频信号发射外围模拟电路包括用于二次调制发射信号的二次调制电路、用于生成模拟信号的DAC数模转换电路，所述二次调制电路和所述序列控制电路的射频同步控制信号连接。
4.根据权利要求3所述集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：所述DAC数模转换电路包括两个设置为两通道的DAC数模转换电路。
5.根据权利要求1所述集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：所述核磁共振信号接收外围模拟电路包括接收信号放大电路、带通滤波电路以及模数转换电路。
6.根据权利要求5所述集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：所述接收信号放大电路设置有八个转换端口，以采集八通道核磁共振信号。
7.根据权利要求1所述集成式数字化核磁共振成像谱仪，其特征在于：所述梯度外围模拟电路包括X、Y、Z、B0共4个梯度通道的数模转换电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN113655423A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-16 | 康达洲际医疗器械有限公司 | 高实时性磁共振谱仪系统和管理方法 |
| CN113671433A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-19 | 上海康达卡勒幅医疗科技有限公司 | 一种具有集成与分布式结合结构的磁共振谱仪 |
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