專利名稱：一種用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的一種高新技術(shù)，它利用特定的射頻脈沖和經(jīng)過(guò)空間編碼的磁場(chǎng)，使生物體內(nèi)的氫核共振產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理而成像。由于MRI具有對(duì)比度高、成像參數(shù)多、可任意層面斷層成像、無(wú)骨偽影干擾、無(wú)電離輻射等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為影像學(xué)檢查中最先進(jìn)的工具之一，廣泛應(yīng)用于人體各部位的臨床檢查。譜儀是磁共振成像系統(tǒng)的核心控制平臺(tái)，包括時(shí)序控制器、射頻發(fā)生器、射頻接收器和梯度信號(hào)發(fā)生器等，控制著MRI系統(tǒng)的工作時(shí)序和各種信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)射、接收和處理。其中，梯度信號(hào)發(fā)生器是譜儀的重要組成部分，它負(fù)責(zé)產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)信號(hào)，對(duì)成像空間中的物體進(jìn)行三維編碼(X/Y/Z方向)，從而為圖像重建提供位置信息。對(duì)磁共振成像而言，不同的成像序列需要產(chǎn)生不同的梯度波形，其功能的靈活性和性能的優(yōu)劣除了影響最后的圖像質(zhì)量外，還決定了應(yīng)用高級(jí)成像序列的可能性。傳統(tǒng)的梯度信號(hào)發(fā)生器由大量電子元件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高i隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)其結(jié)構(gòu)得到了一定程度的簡(jiǎn)化，但仍然無(wú)法擺脫對(duì)FPGA、CPLD等大規(guī)?？删幊踢壿嬙囊蕾嚒?br>
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、功能完善、同時(shí)具有良好性能的用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:該用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:包括DSP控制器，DSP控制器用于完成數(shù)字梯度信號(hào)的存儲(chǔ)、計(jì)算和輸出，DSP控制器的數(shù)據(jù)總線和地址總線與MRI譜儀的系統(tǒng)總線相連，另外DSP控制器還與系統(tǒng)總線相連，用來(lái)接收系統(tǒng)總線提供的同步/觸發(fā)信號(hào)；其中，同步信號(hào)用于DSP時(shí)鐘系統(tǒng)的同步，觸發(fā)信號(hào)用于梯度信號(hào)發(fā)射的使能觸發(fā)；FLASH存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)DSP控制器的程序固件，與DSP控制器通過(guò)串行接口連接，在上電時(shí)通過(guò)串行接口將程序加載到DSP中，對(duì)DSP進(jìn)行初始化；第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將X路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的X路單端梯度信號(hào)；第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將Y路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的Y路單端梯度信號(hào)；第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將Z路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的Z路單端梯度信號(hào)；[0012]接口電路，該接口電路由運(yùn)算放大器濾波電路組成，與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，分別對(duì)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的X、Y、Z路模擬單端梯度信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并將模擬單端梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬差分梯度信號(hào)進(jìn)行輸出。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的梯度信號(hào)發(fā)生器，在掃描開(kāi)始前接收相應(yīng)的梯度參數(shù)和指令，在掃描開(kāi)始后可以獨(dú)立完成梯度信號(hào)的計(jì)算和發(fā)射，無(wú)需用戶或其他模塊進(jìn)行干預(yù)，其在掃描時(shí)序上的準(zhǔn)確性由系統(tǒng)總線提供的同步/觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行保障。所述DSP控制器、FLASH存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和接口電路均集成在同一塊電路板上。所述DSP控制器采用的芯片需為滿足以下條件的浮點(diǎn)型DSP:主頻不低于333MHz，支持32bit數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，浮點(diǎn)運(yùn)算能力不低于1.8GFL0PS，片內(nèi)ROM和RAM容量均不低于2Mb，內(nèi)置不少于3個(gè)同步串行接口。所述FLASH存儲(chǔ)器采用容量至少為2Mb的串行FLASH存儲(chǔ)器。所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器為滿足以下條件的DAC芯片:具有串行數(shù)據(jù)輸入接口、支持二進(jìn)制補(bǔ)碼格式輸入、精度16bit以上、采樣率不低于96KHz、信噪比高于100dB。所述接口電路中的運(yùn)算放大器采用輸出電壓范圍不小于±10V，輸入失調(diào)電壓不超過(guò)100 μ V，共模抑制比不低于IOOdB,轉(zhuǎn)換速率不低于2ν/μ S的芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比， 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型以單片DSP控制器為核心，包括FLASH、DAC和模擬接口電路等，除最后輸出的接口必須為模擬電路外，梯度發(fā)生器的其余部分實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，而且無(wú)論是數(shù)字部分還是模擬部分，都使用了較少的電路元件，同時(shí)對(duì)電路布線進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)和成本的降低，并且提高了穩(wěn)定性。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器的電路框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:包括DSP控制器，DSP控制器用于完成數(shù)字梯度信號(hào)的存儲(chǔ)、計(jì)算和輸出，DSP控制器的數(shù)據(jù)總線和地址總線與MRI譜儀的系統(tǒng)總線相連，另外DSP控制器還與系統(tǒng)總線相連，用來(lái)接收系統(tǒng)總線提供的同步/觸發(fā)信號(hào)；FLASH存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)DSP控制器的程序固件，與DSP控制器通過(guò)串行接口連接，在上電時(shí)通過(guò)串行接口將程序加載到DSP中，對(duì)DSP進(jìn)行初始化；第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將X路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的X路單端梯度信號(hào)；第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將Y路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的Y路單端梯度信號(hào)；第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將Z路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的Z路單端梯度信號(hào)；接口電路，該接口電路由運(yùn)算放大器濾波電路組成，與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，分別對(duì)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的X、Y、Z路模擬單端梯度信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并將模擬單端梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬差分梯度信號(hào)進(jìn)行輸出。本實(shí)用新型采用的DSP控制器為滿足以下條件的浮點(diǎn)型DSP:主頻不低于333MHz，支持32bit數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，浮點(diǎn)運(yùn)算能力不低于1.8GFL0PS，片內(nèi)ROM和RAM容量均不低于2Mb，內(nèi)置不少于3個(gè)同步串行接口(SPORT)。所用FLASH存儲(chǔ)器容量為2Mb，采用串行接口，也可用更大容量的其他串行FLASH芯片代替。所用三個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有串行數(shù)據(jù)輸入接口，支持二進(jìn)制補(bǔ)碼格式輸入，精度16bit以上，采樣率不低于96KHz，信噪比高于100dB。接口電路中使用的主要IC芯片為運(yùn)算放大器，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求:輸出電壓范圍不小于土 10V，輸入失調(diào)電壓不超過(guò)100 μ V，共模抑制比不低于IOOdB,轉(zhuǎn)換速率不低于2V/μ S。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)接口電路中配套的電容、電阻值，可獲得不同的信號(hào)濾波效果和放大倍數(shù)。梯度信號(hào)發(fā)生器上電后，DSP控制器首先加載FLASH中保存的程序固件，進(jìn)行系統(tǒng)初始化。初始化完成后，DSP控制器通過(guò)地址和數(shù)據(jù)總線從系統(tǒng)總線上下載MRI掃描序列中的梯度信號(hào)相關(guān)參數(shù)，然后開(kāi)始數(shù)字梯度信號(hào)的計(jì)算，內(nèi)容依次為:基礎(chǔ)波形計(jì)算、按照任意指定的方向進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)、用于消除渦流影響的預(yù)加重處理以及疊加用于補(bǔ)償成像空間主磁場(chǎng)不均勻性的一階勻場(chǎng)偏置。以上計(jì)算包含X、Y、Z三路梯度的數(shù)據(jù)。梯度計(jì)算完成后，因?yàn)閿?shù)模轉(zhuǎn)換器接收的是串行輸入，DSP控制器中根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣率和數(shù)據(jù)精度，配置了 3個(gè)SPORT接口，將數(shù)字梯度數(shù)據(jù)以串行方式輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器。此處3個(gè)接口的位同步信號(hào)和幀同步信號(hào)都在DSP控制器中使用同源時(shí)鐘，并進(jìn)行精確同步，確保三路梯度輸出在時(shí)間上的一致性。三路數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端模擬梯度信號(hào)。接口電路先對(duì)三路數(shù)模 轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行增益放大，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，然后將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，最后輸出磁共振成像掃描所需的X、Y、Z三路梯度信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:包括 DSP控制器，DSP控制器用于完成數(shù)字梯度信號(hào)的存儲(chǔ)、計(jì)算和輸出，DSP控制器的數(shù)據(jù)總線和地址總線與MRI譜儀的系統(tǒng)總線相連，另外DSP控制器還與系統(tǒng)總線相連，用來(lái)接收系統(tǒng)總線提供的同步/觸發(fā)信號(hào)； FLASH存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)DSP控制器的程序固件，與DSP控制器通過(guò)串行接口連接，在上電時(shí)通過(guò)串行接口將程序加載到DSP中，對(duì)DSP進(jìn)行初始化； 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將X路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的X路單端梯度信號(hào)； 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將Y路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的Y路單端梯度信號(hào)； 第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將Z路的數(shù)字梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬梯度信號(hào)，輸入端與DSP控制器連接，輸出端為模擬的Z路單端梯度信號(hào)； 接口電路，該接口電路由運(yùn)算放大器濾波電路組成，與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，分別對(duì)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的X、Y、Z路模擬單端梯度信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并將模擬單端梯度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬差分梯度信號(hào)進(jìn)行輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述DSP控制器、FLASH存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和接口電路均集成在同一塊電路板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述DSP控制器采用的芯片需為滿足以下條件的浮點(diǎn)型DSP:主頻不低于333MHz，支持32bit數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，浮點(diǎn)運(yùn)算能力不低于1.8·GFL0PS,片內(nèi)ROM和RAM容量均不低于2Mb，內(nèi)置不少于3個(gè)同步串行接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述FLASH存儲(chǔ)器采用容量至少為2Mb的串行FLASH存儲(chǔ)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和的第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器為滿足以下條件的DAC芯片:具有串行數(shù)據(jù)輸入接口、支持二進(jìn)制補(bǔ)碼格式輸入、精度16bit以上、采樣率不低于96KHz、信噪比高于 IOOdB0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述接口電路中的運(yùn)算放大器采用輸出電壓范圍不小于土 10V，輸入失調(diào)電壓不超過(guò)100 μ V，共模抑制比不低于IOOdB,轉(zhuǎn)換速率不低于2ν/μ S的芯片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于磁共振成像的梯度信號(hào)發(fā)生器，其特征在于包括DSP控制器，DSP控制器與系統(tǒng)總線相連；FLASH存儲(chǔ)器，與DSP控制器通過(guò)串行接口連接；三路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，輸入端均與DSP控制器相連；接口電路，輸入端與三路數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，輸出端輸出磁共振成像掃描所需的X、Y、Z三路梯度信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型以單片DSP控制器為核心，包括FLASH、DAC和模擬接口電路等，除最后輸出的接口必須為模擬電路外，梯度發(fā)生器的其余部分實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，而且無(wú)論是數(shù)字部分還是模擬部分，都使用了較少的電路元件，同時(shí)對(duì)電路布線進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)和成本的降低，并且提高了穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01R33/38GK203164401SQ20132009984
公開(kāi)日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者潘文宇, 朱劍鋒, 李璟 申請(qǐng)人:寧波鑫高益磁材有限公司