CN215128588U - 一种用于磁共振谱仪的一键切换装置、磁共振系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于磁共振谱仪的一键切换装置、磁共振系统，包括：用于通过射频同轴开关切换相应谱仪的射频同轴开关系统；射频同轴开关系统包括多个射频同轴开关；用于接收来自远程PC端的指令信号后，控制射频同轴开关系统运作的DSP单元；用于保护射频同轴开关系统的保护电路。使用上述一键切换装置，利用远程PC端通过发送指令的方式操作DSP单元控制射频同轴开关系统来完成谱仪的切换，无需来回更换连接线，这样切换谱仪操作方便、快捷、高效、安全。

Description

一种用于磁共振谱仪的一键切换装置、磁共振系统

技术领域

本实用新型涉及磁共振谱仪技术领域，特别是涉及一种用于磁共振谱仪的一键切换装置、磁共振系统。

背景技术

磁共振谱仪是磁共振系统的核心，当今市面上存在各种不同功能、承载不同序列的谱仪。不同的谱仪其性能不同，各自擅长的领域也不同，例如使用电工所谱仪实现人体扫描，使用法国谱仪实现动物科研扫描。

一套磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系统使用不同的谱仪时不可避免的需要更换接线。然而不停的插拔更换连接线不仅繁琐，而且长时间的拔插对设备和连接线上的接口也会造成不可修复的损伤，不利于长期使用。并且，谱仪的接线方式复杂繁琐，需要大量的时间进行学习和培训指导。

因此，如何解决不同的谱仪切换方式复杂的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于磁共振谱仪的一键切换装置、磁共振系统，可以实现快捷、高效、安全地切换谱仪。其具体方案如下：

一种用于磁共振谱仪的一键切换装置，包括：

用于通过射频同轴开关切换相应谱仪的射频同轴开关系统；所述射频同轴开关系统包括多个所述射频同轴开关；

用于接收来自远程PC端的指令信号后，控制所述射频同轴开关系统运作的DSP单元；

用于保护所述射频同轴开关系统的保护电路。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，所述DSP单元包括DSP芯片，分别与所述DSP芯片电性连接的晶振电路、复位电路、JTAG模块、存储器以及RS232模块；所述存储器包括Flash存储器和RAM存储器。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，当所述DSP芯片的接地电压为0V时，所述DSP芯片处于低电平停止运行；

当所述DSP芯片通过所述复位电路上的电容充电，且电压上升至设定电压值时，所述DSP芯片为运行状态。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，所述晶振电路采用设定频率的石英晶体振荡器，用于产生脉冲信号作为所述DSP芯片执行所述指令信号的触发信号；

所述JTAG模块通过DSP仿真器与DSP电路板上的JTAG接口连接。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，所述DSP芯片通过GPIO与所述射频同轴开关系统中的各个射频同轴开关相连。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，所述射频同轴开关为单刀双掷同轴开关；

在所述DSP单元未接收所述指令信号时，所述射频同轴开关默认为端口NC与端口IN导通的状态；

在所述DSP单元接收所述指令信号时，所述射频同轴开关切换为端口NO与端口IN导通的状态。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，所述射频同轴开关的隔离度＞85dB，插入损耗≤0.2dB，驻波比在1:1与1.15:1之间。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，所述保护电路具体用于在所述射频同轴开关经检测内部温度或供电电流超出设定范围时，中断所述射频同轴开关系统的运作。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，还包括：

用于给所述射频同轴开关系统、所述DSP单元和所述保护电路提供电能的电源模块；

所述电源模块包括驱动电路和控制电路；所述驱动电路与所述控制电路之间的供电单独隔开，单点接地；其中，

所述驱动电路为直流稳压电源模块，用于通过降压、整流、滤波、稳压四步为所述控制电路提供驱动信号；

所述控制电路，用于接收来自所述驱动电路的驱动信号后，直接向所述射频同轴开关系统供电，还用于将所述驱动信号转换为所述DSP单元所需的设定电压值并向所述DSP单元供电。

本实用新型实施例还提供了一种磁共振系统，包括本实用新型提供的上述用于磁共振谱仪的一键切换装置，以及与所述一键切换装置电性连接的远程PC端和多个磁共振谱仪。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的一种用于磁共振谱仪的一键切换装置，包括：用于通过射频同轴开关切换相应谱仪的射频同轴开关系统；射频同轴开关系统包括多个射频同轴开关；用于接收来自远程PC端的指令信号后，控制射频同轴开关系统运作的DSP单元；用于保护射频同轴开关系统的保护电路。

使用本实用新型提供的上述用于磁共振谱仪的一键切换装置，利用远程PC端通过发送指令的方式操作DSP单元控制射频同轴开关系统来完成谱仪的切换，无需来回更换连接线，这样切换谱仪操作方便、快捷、高效、安全。

此外，本实用新型还针对一键切换装置提供了相应的磁共振系统，进一步使得上述一键切换装置更具有实用性，该磁共振系统具有相应的优点。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的用于磁共振谱仪的一键切换装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电源模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的DSP单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的RS232模块的电路原理图；

图5为本实用新型实施例提供的射频同轴开关的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的单刀双掷同轴开关的结构示意图；

图7a和图7b分别为本实用新型实施例提供的用于磁共振谱仪的一键切换装置的工作流程图；

图8为本实用新型实施例提供的磁共振系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅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。

本实用新型提供一种用于磁共振谱仪的一键切换装置，如图1所示，包括：

射频同轴开关系统，包括多个射频同轴开关，用于通过射频同轴开关切换相应谱仪；

DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）单元，用于接收来自远程PC端的指令信号后，控制射频同轴开关系统运作；

保护电路，用于保护射频同轴开关系统。

在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，利用远程PC端通过发送指令的方式操作DSP单元，进而控制射频同轴开关系统来完成谱仪的切换，无需来回更换连接线，这样切换谱仪操作方便、快捷、高效、安全，不会损伤谱仪和连接线的接口，能够长期使用。

进一步地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，如图1所示，还可以包括：电源模块，用于给射频同轴开关系统、DSP单元和保护电路提供电能。

较佳地，电源模块可以包括驱动电路和控制电路两个部分；驱动电路与控制电路之间的供电单独隔开，单点接地。图2示出了电源模块的结构框图，其中，GND表示参考地，AGND表示模拟地，DGND表示数字地，PGND表示保护地。这样做可以既减少电源模块受到的环境影响，又不容易使驱动电路和控制电路陷入瘫痪。

驱动电路为直流稳压电源模块，用于通过降压、整流、滤波、稳压四步为控制电路提供驱动信号；较佳地，驱动电路可以为一个220 V转12V的直流稳压电源模块，即输出电压为12V。

控制电路，用于接收来自驱动电路的驱动信号后，直接向射频同轴开关系统供电，还用于将驱动信号转换为DSP单元所需的设定电压值（如3.3V）并向DSP单元供电。具体地，当接收到来自驱动电路传来的12V直流电压后，分别给DSP控制板的控制电路和同频同轴开关系统供电。DSP控制板的控制电路为使其供电稳定，都采用了线性稳压电源作为转接，原理图如图2所示。控制电路将12V电源转化为DSP芯片所需要的5V和3.3V电压。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，如图3所示，DSP单元可以包括DSP芯片（如TMS320F28335芯片），分别与DSP芯片电性连接的晶振电路、复位电路、JTAG模块、存储器以及RS232模块。

优选地，本实用新型采用TMS320F28335作为控制系统的核心处理器。TMS320F2828335 DSP拥有丰富的片上外设，其中包括许多常用的通信接口。

在具体实施时，当DSP芯片的接地电压为0V时，DSP芯片处于低电平停止运行；当DSP芯片通过复位电路上的电容充电，且电压上升至设定电压值时，DSP芯片为运行状态。需要了解的是，复位电路是无论使用哪种类型的DSP，总要涉及到的设计，而DSP复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。当系统工作处于死机或者瘫痪的情况下，通过复位电路实现程序的重新运行。按下按键，芯片接地电压变为0V，芯片处于低电平停止运行；松开按键，芯片通过复位电路上的电容充电，电压逐渐上升回到3.3V，芯片重新运行，从而实现复位功能。

在具体实施时，晶振电路采用设定频率的石英晶体振荡器，用于产生脉冲信号作为DSP芯片执行指令信号的触发信号。由于DSP芯片在运行的时候，需要一个脉冲信号，作为自己执行指令的触发信号，可以简单的想象为：DSP芯片收到一个脉冲，就执行一次或多次指令，所以提供这个信号的外部电路就被叫做晶振电路。优选地，晶振电路可以采用一个频率为30MHz的晶振（即石英晶体振荡器），是一种高精度和高稳定度的振荡器，通过一定的外接电路来，可以生成频率和峰值稳定的正弦波。

在具体实施时，JTAG模块的功能是利用DSP仿真器，将电脑上编译好的程序，通过仿真器连接到DSP电路板上的JTAG接口下载到DSP芯片中，从而实现程序的烧录。JTAG（Joint Test Action Group）是联合测试工作组的简称，是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。当前多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。

在具体实施时，存储器可以包括Flash存储器和RAM存储器。TMS320F28335片上有256K×16位的FLASH和34K×16位的RAM。FLASH存储器是一种非易失存储器，简单的讲就是掉电之后里面的存储数据不会丢失，在嵌入式系统中用作存储引导加载程序以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(通过JTAG模块烧录到DSP芯片上的程序也都存储在这里)。RAM是一种随机存储器，也就是PC机或者嵌入式系统CPU需要用的内存。同步体现在其每个操作都是在时钟的上跳延，而这个时钟是用的系统时钟，与系统时钟同步。与Flash存储器相比，RAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，因此，它在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。

在具体实施时，RS232模块可以是采用1片SP3232芯片来完成TMS320F28335的RS232串口的设计。此UART最高的串行数据速率可达3Mbps，并且具有64字节接收和发送FIFOs以及自动硬件流量功能。这些特征使串口通信更加高效、可靠。串口工作模式控制和数据收发都是通过TMS320F28335对内部相关寄存器的读写操作来完成的。图4示出了RS232模块的电路原理图。发送数据时，SCITXDA（TTL或CMOS电平）为高电平，PCTXA电平为（0.7V（二极管压降）+PCRXA），因PCRXA空闲时为高电平，则PCTXA也为高电平；SCIRXDA（TTL或CMOS电平）为低电平，RS232_RXD电平近似为VCC，表现在RS232电平上为低电平。接收数据时，PCRXA为高电平，SCITXDA近似为VCC，表现在TTL或CMOS电平上为高电平；PCRXA为低电平，SCITXDA电平接近为0，为低电平。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，上述DSP芯片可以通过GPIO（通用输入/输出）与射频同轴开关系统中的各个射频同轴开关相连。也就是说，TMS320F28335芯片可以通过芯片上的多个GPIO与射频同轴开关系统中的各个射频同轴开关相连，并根据指令切换开关。

如图5所示，射频同轴开关系统可以包括11个射频同轴开关NO.1-NO.11、连接线。射频同轴开关可通过电压或计算机编程自动控制，在微波电路中做切换用。它的工作原理是通过改变偏置磁场方向，实现导磁率的改变，以达到开关目的，射频同轴开关也可以视作一种继电器。

在具体实施时，射频同轴开关可以设置为单刀双掷同轴开关；在DSP单元未接收指令信号时，射频同轴开关默认为端口NC与端口IN导通的状态；在DSP单元接收指令信号时，射频同轴开关切换为端口NO与端口IN导通的状态。具体地，如图6所示，当远程PC端未发送指令不要求切换时，此时射频同轴开关默认为端口NC与端口IN导通，即本实用新型的谱仪一键切换装置默认谱仪1连接磁共振系统；当远程PC端发送指令时要求切换时，此时射频同轴开关切换为端口NO与端口IN导通，即本实用新型的谱仪一键切换装置切换谱仪2连接磁共振系统。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，射频同轴开关的隔离度可以大于85dB，插入损耗可以不超过0.2dB，驻波比可以设置在1:1与1.15:1之间。

需要指出的是，由于在磁共振系统中的信号传输大部分都是高频信号，所以对于开关系统必须使用能够设备满足要求的射频同轴开关。本实用新型使用的是工作频率在DC-1GHz的射频同轴开关，完成能够满足3.0T MRI系统要求的127MHz工作频率下的信号切换。虽然多个参数与射频同轴开关的性能相关，然而以下四个由于其相互间较强的相关性而被视为至关重要的参数：隔离度、插入损耗和驻波比。隔离度就是为了尽量减少各种干扰对接收机的影响所采取的抑制干扰措施，通常情况下>85dB的隔离度就能满足装置的要求，本实用新型可以采用隔离度>90dB的射频同轴开关；插入损耗是指传输设备之间，插入电缆或元件产生的信号损耗，通常指衰减，本实用新型采用的是插入损耗为0.2dB的射频同轴开关，在高频射频信号中，这样的衰减再传输中基本上可以忽略不计；驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。射频电传输线中的阻抗失配会引起射频功率的反射，从而导致功率损失。驻波比是测量传输线缺陷的一种方法，它是衡量射频功率从功率源通过传输线传输到负载的效率。两个系统组件之间的最大功率传输发生在它们各自的阻抗匹配时。如果阻抗不一致，一些射频功率会被反射回来，导致传输到负载的功率减少，这些反射会引起电压驻波。电压驻波比是驻波中最大电压与最小电压之比。理想状态下的驻波比为1：1，射频功率没有反射。较佳地，本实用新型使用的同轴开关驻波比选择1.15:1，可以确保满足设备切换后的传输要求。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述一键切换装置中，保护电路具体用于在射频同轴开关经检测内部温度或供电电流超出设定范围时，中断射频同轴开关系统的运作。具体地，如果射频同轴开关系统内的同轴开关经检测内部温度或者供电电流异常时，保护电路开始工作中断射频同轴开关系统工作。

另外，需要说明的是，本实用新型实施例提供的上述一键切换装置需要通过远程PC端发送指令完成切换，这一过程并不需要单独设计软件实现指令的发送，只需要串口调试助手连接串口发送指令即可。串口发送指令既可以完成射频同轴开关系统开关全部切换，也可以对系统中每一个射频同轴开关单独发送指令进行切换。除此之外，单独切换开关在检查连接设备性能的时候也十分方便。

图7a和图7b示出了本实用新型实施例提供的上述一键切换装置的工作流程图。具体地，主程序通过与RS232串口的连接发送和接收数据，而DSP芯片内部的中断程序负责设备信息的采集和开关的切换。当被连设备无响应或者连接不正常时，装置自动停止运行并向主程序报告错误信息。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种磁共振系统，具体包括上述用于磁共振谱仪的一键切换装置，以及与一键切换装置电性连接的远程PC端和多个磁共振谱仪。如图8所示，由远程PC端发送指令控制切换装置将开关切换到想要使用的谱仪（如谱仪1或谱仪2）一侧，继而连接磁共振系统的射频系统、梯度系统以及其他设备。

在本实用新型实施例提供的上述磁共振系统中，可以利用远程PC端通过发送指令的方式操作DSP单元控制射频同轴开关系统来完成谱仪的切换，进而完成磁共振系统的其他设备与谱仪的快速连接，无需来回更换连接线，方便操作、节约时间、提高效率。

由于上述磁共振系统解决问题的原理与前述一键切换装置相似，因此该磁共振系统的实施可以参见一键切换装置的实施，重复之处不再赘述。

综上，本实用新型实施例提供的一种用于磁共振谱仪的一键切换装置，包括：用于通过射频同轴开关切换相应谱仪的射频同轴开关系统；射频同轴开关系统包括多个射频同轴开关；用于接收来自远程PC端的指令信号后，控制射频同轴开关系统运作的DSP单元；用于保护射频同轴开关系统的保护电路。使用该一键切换装置可以利用远程PC端通过发送指令的方式操作DSP单元控制射频同轴开关系统来完成谱仪的切换，无需来回更换连接线，这样切换谱仪操作方便、快捷、高效、安全。此外，本实用新型还针对一键切换装置提供了相应的磁共振系统，进一步使得上述一键切换装置更具有实用性，该磁共振系统具有相应的优点。

最后，还需要说明的是，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。

以上对本实用新型所提供的用于磁共振谱仪的一键切换装置、磁共振系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种用于磁共振谱仪的一键切换装置，其特征在于，包括：

用于通过射频同轴开关切换相应谱仪的射频同轴开关系统；所述射频同轴开关系统包括多个所述射频同轴开关；

用于接收来自远程PC端的指令信号后，控制所述射频同轴开关系统运作的DSP单元；

用于保护所述射频同轴开关系统的保护电路。

2.根据权利要求1所述的一键切换装置，其特征在于，所述DSP单元包括DSP芯片，分别与所述DSP芯片电性连接的晶振电路、复位电路、JTAG模块、存储器以及RS232模块；所述存储器包括Flash存储器和RAM存储器。

3.根据权利要求2所述的一键切换装置，其特征在于，当所述DSP芯片的接地电压为0V时，所述DSP芯片处于低电平停止运行；

当所述DSP芯片通过所述复位电路上的电容充电，且电压上升至设定电压值时，所述DSP芯片为运行状态。

4.根据权利要求2所述的一键切换装置，其特征在于，所述晶振电路采用设定频率的石英晶体振荡器，用于产生脉冲信号作为所述DSP芯片执行所述指令信号的触发信号；

所述JTAG模块通过DSP仿真器与DSP电路板上的JTAG接口连接。

5.根据权利要求2所述的一键切换装置，其特征在于，所述DSP芯片通过GPIO与所述射频同轴开关系统中的各个射频同轴开关相连。

6.根据权利要求1所述的一键切换装置，其特征在于，所述射频同轴开关为单刀双掷同轴开关；

在所述DSP单元未接收所述指令信号时，所述射频同轴开关默认为端口NC与端口IN导通的状态；

在所述DSP单元接收所述指令信号时，所述射频同轴开关切换为端口NO与端口IN导通的状态。

7.根据权利要求1所述的一键切换装置，其特征在于，所述射频同轴开关的隔离度＞85dB，插入损耗≤0.2dB，驻波比在1:1与1.15:1之间。

8.根据权利要求1所述的一键切换装置，其特征在于，所述保护电路具体用于在所述射频同轴开关经检测内部温度或供电电流超出设定范围时，中断所述射频同轴开关系统的运作。

9.根据权利要求1所述的一键切换装置，其特征在于，还包括：

用于给所述射频同轴开关系统、所述DSP单元和所述保护电路提供电能的电源模块；

所述电源模块包括驱动电路和控制电路；所述驱动电路与所述控制电路之间的供电单独隔开，单点接地；其中，

所述驱动电路为直流稳压电源模块，用于通过降压、整流、滤波、稳压四步为所述控制电路提供驱动信号；

所述控制电路，用于接收来自所述驱动电路的驱动信号后，直接向所述射频同轴开关系统供电，还用于将所述驱动信号转换为所述DSP单元所需的设定电压值并向所述DSP单元供电。

10.一种磁共振系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述用于磁共振谱仪的一键切换装置，以及与所述一键切换装置电性连接的远程PC端和多个磁共振谱仪。

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