[发明专利]一种核磁共振脉冲序列控制器

说明书

本发明公开了一种核磁共振脉冲序列控制器，其中所有核磁共振脉冲序列控制器子系统依次电连接，所有的核磁共振脉冲序列控制器子系统具有相同的参考时钟，核磁共振脉冲序列控制器子系统设置在插件箱中，且包括多个一体化收发射机、多总线计算机、电源、以及背板；电源通过背板与一体化收发射机以及多总线计算机电连接，电源、多总线计算机、以及所有一体化收发射机中的每一个是插在背板的各个背板插槽中。本发明能够解决有小型化的核磁共振仪器由于通道数量和功能固化，工作频率范围低，只能用作特定功能的仪器，导致不能满足核磁共振成像仪或谱仪功能灵活复杂、通道数量可以扩展、宽频率范围工作要求的技术问题。

技术领域

本发明属于核磁共振仪器技术领域，更具体地，涉及一种核磁共振脉冲序列控制器。

背景技术

核磁共振仪器是应用核磁共振原理研制生产的，它通过向被测物体发射高功率脉冲信号激发被测物体原子核的共振现象。核磁共振仪器需要使用两个到几十个发射通道和接收通道，用以激励不同的原子核或者并行接收各个原子核的共振信号。同时为了支持射频功能的工作，获取良好的共振信号，核磁共振仪器还需要输出脉冲梯度、完成锁场功能，并配备匀场系统、温度控制器、气动控制器、进样器、制冷机、医疗床等各种外部设备，这些外部设备一般通过RS232、RS485、CAN总线等工业总线方式控制。

为了完成这些功能，核磁共振脉冲序列控制器需要配备不同数量的射频发射(发射机)、射频接收(接收机)、梯度控制器、锁场系统和具有不同接口数量的外部设备控制器等部件，并在每个部件设置中央控制器(一般为FPGA或MCU)控制这些功能部件工作，还设有可以与中央控制器进行高速实时通信的工业计算机，以及与用户交互的服务器。服务器与用户交互，接收用户的输入，并通过网络等非实时通信方式与工业计算机交互，工业计算机接收服务器的输入控制数据，通过高速总线实时控制各个部件的业务流程，并存储接收机采集的数据。

核磁共振脉冲序列控制器所需要的功能部件很多，现有技术的方法分别设计发射机、接收机、梯度控制器、锁场系统以及外部设备控制器等，各个部件分别实现特定的功能，并根据需要设置发射机、接收机、梯度控制器的数量，实现系统的功能。发射机、接收机、梯度控制器、锁场系统以及外部设备控制器和工业计算机有各种不同的设计方式，常见的核磁共振脉冲序列控制器包括：

一、小型化核磁共振脉冲序列控制器：系统中设有较少且固定数量的发射、接收、梯度通道，一个中央控制器控制所有的部件工作，中央控制器可以只是一片FPGA或者FPGA与ARM控制器的组合，中央控制器同时完成工业计算机的功能，与服务器直接交互，甚至功能简单的仪器直接在中央控制器中完成服务器的任务；

二、分布式核磁共振脉冲序列控制器：各个功能部件均设有一个小型的工业计算机，如PCI04计算机、ARM控制器等，小型工业计算机与各个功能部件的中央控制器直接相连或通过高速接口相连，各个功能部件通过背板总线进行同步，这些小型工业计算机分别与服务器进行交互；

三、集中式核磁共振脉冲序列控制器：系统中只设有一个工业计算机，各个功能部件通过USB、PCIe等高速线缆与一台工业计算机连接，工业计算机与服务器进行交互，并同时控制所有功能部件工作。

然而，上述核磁共振脉冲序列控制器都具有一些不可忽略的缺陷：

(1)小型化的核磁共振仪器通道数量和功能固化，工作频率范围低，只能用作特定功能的仪器，不能满足核磁共振成像仪或谱仪功能灵活复杂、通道数量可以扩展、宽频率范围工作的要求；

(2)对于分布式或者集中式的核磁共振仪器而言，外设控制接口、梯度控制器接口、锁场系统等由于设置在某个子板上，数量固定，可扩展的外设数量受最大接口数量限制，不能根据外设的数量灵活地配置接口数量，同时增加外设接口会减少核心的接收机、发射机的数量；