本發(fā)明屬于磁共振技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)：

磁共振成像具有無(wú)放射性危害、任意方向和多參數(shù)成像及可同時(shí)提供多元生理信息等優(yōu)點(diǎn)，故而在醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。以更快的速度獲取更清晰的圖像，一直是磁共振成像技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。近年來(lái)，多通道線(xiàn)圈采集技術(shù)的出現(xiàn)和并行成像技術(shù)的發(fā)展日益成為磁共振成像速度提高的主要方式。新的技術(shù)要求磁共振接收系統(tǒng)能夠提供更加可靠、高效的數(shù)據(jù)傳輸方法。

由于受到磁體強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境和射頻干擾的制約，磁共振系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理設(shè)備需置于遠(yuǎn)離接收線(xiàn)圈的設(shè)備間內(nèi)，因而在傳統(tǒng)同軸電纜傳輸方案中，由多通道線(xiàn)圈接收的磁共振模擬信號(hào)，需經(jīng)過(guò)一段相對(duì)較長(zhǎng)的傳輸距離。一方面模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生信號(hào)失真和損失；另一方面作為傳輸介質(zhì)的同軸電纜數(shù)據(jù)帶寬有限，電磁屏蔽性能方面也存在不足。

在通道數(shù)目大幅增加時(shí)，上述問(wèn)題會(huì)更為嚴(yán)重，對(duì)成像質(zhì)量的影響也更為明顯。即由于傳輸通道間、傳輸通道與空間電磁場(chǎng)間的互擾現(xiàn)象會(huì)更為嚴(yán)重，因此造成的模擬磁共振成像信號(hào)在線(xiàn)路中發(fā)生的變形和損失問(wèn)題也更加突出；同時(shí)多線(xiàn)纜的安裝和布局也更為復(fù)雜，且可能會(huì)對(duì)傳輸效果產(chǎn)生不良影響。

除對(duì)傳統(tǒng)磁共振同軸電纜傳輸方案進(jìn)行基本線(xiàn)路和傳輸環(huán)境的改善外，更優(yōu)異更具有發(fā)展前景的，還可通過(guò)傳輸介質(zhì)的更替及數(shù)據(jù)編碼方式的優(yōu)化來(lái)解決上述問(wèn)題。

Jing Yuan等人在“Yuan J,Wei J,Shen G X.A direct modulated optical link for MRI RF receive coil interconnection[J].Journal of Magnetic Resonance,2007,189(1):130-138”中提出了一種直接調(diào)制光纖傳輸方案。與外部調(diào)制方法不同，該方案不再需要外部提供載波信號(hào)，而是采用激光二極管直接將MRI信號(hào)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)仍以模擬形式進(jìn)行傳播。

CN 101278206 B公布了一種具有光纖連接的MR線(xiàn)圈，局部RF線(xiàn)圈組件包括一個(gè)或多個(gè)RF線(xiàn)圈元件。其包含的電子電路直接將該線(xiàn)圈通道接收所得磁共振電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)連接器與外部設(shè)備進(jìn)行通信，未能有效利用光纖通道帶寬。

CN 101688906 A公布了一種包括數(shù)字下變換器的MRI射頻接收器。所述接收器對(duì)線(xiàn)圈單元接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字下變頻等操作，并通過(guò)通信接口將數(shù)字信號(hào)經(jīng)由光纖通信鏈路傳輸。其各模塊采用相關(guān)功能芯片實(shí)現(xiàn)，使用了較多信號(hào)處理及通訊器件，系 統(tǒng)靈活性和集成度較差。

CN 102988048 A公布了一種磁共振光纖譜儀及其接收裝置。其包含多路信號(hào)調(diào)整單元、數(shù)字下變頻器以及數(shù)據(jù)并行處理器。磁共振模擬信號(hào)經(jīng)調(diào)整后模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)首先進(jìn)行下變頻處理，隨后各通道數(shù)據(jù)分別串行化，并與控制線(xiàn)、狀態(tài)線(xiàn)數(shù)據(jù)按位復(fù)接構(gòu)成數(shù)據(jù)流，以光信號(hào)形式傳輸。其時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)單獨(dú)參考時(shí)鐘光纖鏈路進(jìn)行傳輸。

CN 103901375 A公布了一種基于高速互連串行總線(xiàn)的磁共振譜儀。其各模塊采用基于FPGA夾層卡結(jié)構(gòu)的混合電路設(shè)計(jì)，采用的是多條傳輸鏈路完成系統(tǒng)控制模塊與波形發(fā)生模塊、射頻接收模塊及時(shí)鐘/本振模塊間的數(shù)據(jù)通信。

CN 103105599 A公布了一種具有高速串行接口的磁共振接收線(xiàn)圈。其將放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的磁共振信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和高速串行編碼后，需由多條線(xiàn)纜或光纖發(fā)送。

模擬光纖或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式在實(shí)用過(guò)程中，或會(huì)面臨傳輸線(xiàn)路動(dòng)態(tài)范圍過(guò)小等缺陷，或在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上仍有一定困難，需要對(duì)原有成像儀器設(shè)備進(jìn)行較大改變，故目前采用此類(lèi)方法仍無(wú)法從根本上解決多通道磁共振數(shù)據(jù)傳輸所面臨的問(wèn)題。

將數(shù)字信號(hào)處理與光纖通信相結(jié)合，并采用合理的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制解調(diào)方法，可以在很大程度上解決磁共振成像多通道數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)損失、通道串?dāng)_等問(wèn)題。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述多通道磁共振成像數(shù)據(jù)傳輸中的困難，提出了一種磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)，包括：多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元，其與多路磁共振數(shù)據(jù)接收線(xiàn)圈通道連接，用于輪詢(xún)各個(gè)通道的磁共振數(shù)據(jù)，并在每次輪詢(xún)起始位置插入幀同步碼，以時(shí)分復(fù)用方式按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)將之與各通道數(shù)據(jù)復(fù)用為單路磁共振并行數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝單元，其與所述多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元的輸出連接，用于按照協(xié)議對(duì)所述單路磁共振并行數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝得到數(shù)據(jù)包；高速串行發(fā)送單元，其與所述數(shù)據(jù)封裝單元的輸出連接，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行底層編碼、封裝，并加入同步時(shí)鐘信號(hào)，并串轉(zhuǎn)換形成磁共振高速串行數(shù)據(jù)；光纖發(fā)送單元，其與所述高速串行發(fā)送單元的輸出連接，用于將所述磁共振高速串行數(shù)據(jù)從數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并以光纖進(jìn)行傳輸；光纖接收單元，其與所述光纖發(fā)送單元之間利用光纖連接，用于將所述磁共振高速串行數(shù)據(jù)從光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以進(jìn)行后續(xù)處理；高速串行接收單元，其與所述光纖接收單元的輸出連接，用于根據(jù)從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)出的同步時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)所述磁共振串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和串并轉(zhuǎn)換等操作，得到所述并行磁共振數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)解包單元，其與所述高速串行接收單元的輸出連接，用于對(duì)所述磁共振數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝， 獲得所述單路磁共振并行數(shù)據(jù)；多路數(shù)據(jù)分接單元，其與所述數(shù)據(jù)解包單元的輸出連接，用于根據(jù)幀同步碼判斷分接起始位置，將所述單路磁共振并行數(shù)據(jù)以時(shí)分解復(fù)用方式按發(fā)送端通道順序分接至各個(gè)磁共振數(shù)據(jù)通道中；以上各單元均使用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)，可有效提高系統(tǒng)集成度。

本發(fā)明所述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，所述多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元包括：FIFO緩存，其與所述多路磁共振數(shù)據(jù)通路連接，用于緩存各通道實(shí)時(shí)磁共振數(shù)據(jù)；第一數(shù)據(jù)復(fù)用模塊，其與所述FIFO緩存連接，用于輪詢(xún)所述FIFO緩存中的數(shù)據(jù)并將其按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)復(fù)用；幀同步碼生成模塊，其用于生成幀同步碼；第二數(shù)據(jù)復(fù)用模塊，其分別與所述第一數(shù)據(jù)復(fù)用模塊和所述幀同步碼生成模塊的輸出連接，用于將所述幀同步碼插入到每一幀復(fù)用數(shù)據(jù)的起始位置，得到所述單路磁共振并行數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，所述高速串行發(fā)送單元包括：相位補(bǔ)償FIFO模塊，其用于調(diào)整時(shí)鐘相位抖動(dòng)；編碼模塊，其與所述相位補(bǔ)償FIFO模塊連接，用于將所述數(shù)據(jù)包按不同編碼方式進(jìn)行編碼；時(shí)鐘控制模塊，其用于根據(jù)參考時(shí)鐘信號(hào)生成高速時(shí)鐘信號(hào)；并串轉(zhuǎn)換模塊，其與所述編碼模塊和所述時(shí)鐘控制模塊的輸出連接，用于在所述高速時(shí)鐘信號(hào)的控制下，將所述磁共振并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高速串行數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，所述高速串行接收單元包括：時(shí)鐘恢復(fù)模塊，其與所述光纖接收單元連接，從串行數(shù)據(jù)流中提取恢復(fù)出同步時(shí)鐘信息，用于產(chǎn)生接收端的各工作時(shí)鐘；串并轉(zhuǎn)換模塊，其與所述時(shí)鐘恢復(fù)模塊的輸出連接，用于將所述磁共振高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述磁共振并行數(shù)據(jù)；字對(duì)齊模塊，其與所述串并轉(zhuǎn)換模塊的輸出連接，用于將數(shù)據(jù)流與線(xiàn)路識(shí)別碼進(jìn)行比較，并以后者起始位為邊界對(duì)數(shù)據(jù)流字節(jié)進(jìn)行劃分；解碼模塊，其與所述字對(duì)齊模塊的輸出連接，用于根據(jù)所述字節(jié)邊界對(duì)所述磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)路解碼，還原得到所述數(shù)據(jù)包；相位補(bǔ)償FIFO模塊，其與所述解碼模塊的輸出連接，用于調(diào)節(jié)同步時(shí)鐘相位，保證數(shù)據(jù)的后續(xù)正常處理。

本發(fā)明所述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，所述多路數(shù)據(jù)分接單元包括：幀同步碼檢測(cè)模塊，其與所述數(shù)據(jù)解包單元的輸出連接，用于與發(fā)送端幀同步碼型進(jìn)行驗(yàn)證比對(duì)，以確定數(shù)據(jù)分接的起始通道位置；數(shù)據(jù)分接模塊，其與所述幀同步碼檢測(cè)模塊的輸出連接，其用于將所述磁共振并行數(shù)據(jù)中的磁共振信號(hào)按發(fā)送端順序傳輸?shù)较鄳?yīng)的線(xiàn)圈通道中。

本發(fā)明所述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括兩個(gè)重配置單元，所述重配置單元分別與所述高速串行發(fā)送單元或所述高速串行接收單元連接，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案的復(fù)位及動(dòng)態(tài)配置功能，使整體系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的部分模塊功能可連續(xù)調(diào)節(jié)變化，以滿(mǎn)足復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

本發(fā)明所述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，所述光纖發(fā)送單元和所述光纖接收單元之間使用單根光纖實(shí)現(xiàn)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)和信號(hào)。

本發(fā)明還提出了一種磁共振數(shù)據(jù)傳輸方法，利用所述磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括：

步驟一：按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)輪詢(xún)所有線(xiàn)圈通道的磁共振數(shù)據(jù)，以時(shí)分復(fù)用方式將所得數(shù)據(jù)復(fù)用為數(shù)據(jù)幀，并在每一數(shù)據(jù)幀幀頭插入幀同步碼，得到單路磁共振并行數(shù)據(jù)；

步驟二：將所述磁共振并行數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，得到數(shù)據(jù)包；

步驟三：對(duì)所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行底層編碼、封裝，并加入同步時(shí)鐘信號(hào)，并串轉(zhuǎn)換形成磁共振高速串行數(shù)據(jù)；

步驟四：將所述磁共振高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸；

步驟五：接收所述光信號(hào)后，將所述光信號(hào)還原為所述磁共振高速串行數(shù)據(jù)；

步驟六：根據(jù)從所述串行數(shù)據(jù)流中提取恢復(fù)出的同步時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)所述磁共振高速串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和串并轉(zhuǎn)換等操作，得到所述數(shù)據(jù)包；

步驟七：對(duì)所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝，獲得所述單路磁共振并行數(shù)據(jù)；

步驟八：對(duì)所述磁共振單路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行幀同步碼檢測(cè)，確定數(shù)據(jù)幀起始通道位置，并按發(fā)送端通道順序?qū)⒅纸又粮鱾€(gè)磁共振數(shù)據(jù)通道中。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明多路數(shù)據(jù)復(fù)用/解復(fù)用模塊根據(jù)磁共振數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間順序，將多個(gè)接收通道的磁共振信號(hào)按數(shù)據(jù)字長(zhǎng)合為一路，不僅高效利用了系統(tǒng)線(xiàn)路資源，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，而且保證了各通道數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，有利于接收端磁共振信號(hào)的快速接收處理及圖像重建。本發(fā)明數(shù)據(jù)封裝/解包單元可用以實(shí)現(xiàn)多種高速傳輸協(xié)議，有利于數(shù)據(jù)傳輸通用性、適應(yīng)性的增強(qiáng)，增加了數(shù)據(jù)包的功能，能夠滿(mǎn)足多種磁共振實(shí)驗(yàn)對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能的需求。本發(fā)明高速串行發(fā)送單元對(duì)并行數(shù)據(jù)進(jìn)行串行化及傳輸線(xiàn)路編碼，并將同步時(shí)鐘信息添加入數(shù)據(jù)流中，保證了接收端能夠恢復(fù)出與發(fā)送端相干的時(shí)鐘信號(hào)，簡(jiǎn)化了磁共振傳輸系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性和接收恢復(fù)準(zhǔn)確度。本發(fā)明使用FPGA可編程器件作為方法設(shè)計(jì)的物理實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，以FPGA硬件邏輯來(lái)構(gòu)建整體系統(tǒng)，實(shí)例化硬件電路功能，不僅提高了方案實(shí)現(xiàn)的靈活度和系統(tǒng)集成度，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，而且大大縮小了系統(tǒng)體積，有利于磁共振譜儀設(shè)備的便攜化、小型化發(fā)展。本發(fā)明僅使用單根光纖完成全部的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，簡(jiǎn)化了線(xiàn)路連接，便于在接口不變的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。本發(fā)明方法克服了多通道磁共振信號(hào)互擾、數(shù)據(jù)帶寬限制及信號(hào)變形等問(wèn)題，保證了磁共振信號(hào)的傳輸準(zhǔn)確性，具有較好的系統(tǒng)性能；同時(shí)，高效的利用了傳輸介質(zhì)帶寬，增加了系統(tǒng)可級(jí)聯(lián)線(xiàn)圈數(shù)量，提高了接收通道信噪比。

附圖說(shuō)明

圖1表示本發(fā)明磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2表示本發(fā)明磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中發(fā)送端的總體硬件實(shí)現(xiàn)框圖。

圖3表示多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖4表示多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元功能圖。

圖5表示高速串行發(fā)送單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖6表示本發(fā)明磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中接收端的總體硬件實(shí)現(xiàn)框圖。

圖7表示高速串行接收單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖8表示高速串行接收單元中字對(duì)齊模塊的功能圖。

圖9表示多路數(shù)據(jù)分接單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專(zhuān)門(mén)提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識(shí)和公知常識(shí)，本發(fā)明沒(méi)有特別限制內(nèi)容。

現(xiàn)有通信等傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)編碼和串并轉(zhuǎn)換等功能多采用專(zhuān)用元器件實(shí)現(xiàn)。針對(duì)磁共振接收通道數(shù)較多、信號(hào)數(shù)據(jù)量較大、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高，電路安裝空間非常有限需工作在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中等特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)磁共振數(shù)據(jù)的串行傳輸，需要完成包括數(shù)據(jù)多路復(fù)用、數(shù)據(jù)封裝、串并轉(zhuǎn)換、線(xiàn)路編碼等復(fù)雜功能，采用單一功能的專(zhuān)用元器件無(wú)法滿(mǎn)足磁共振串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。針?duì)磁共振數(shù)據(jù)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)FPGA的完整邏輯設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，從根本上避免了以上的不足，并大大降低了體積，提高了系統(tǒng)性能。本發(fā)明基于FPGA的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)，僅使用單片F(xiàn)PGA器件，即可實(shí)現(xiàn)全部功能。這不僅使得系統(tǒng)功能更加靈活，內(nèi)部各功能模塊可根據(jù)磁共振實(shí)際需求進(jìn)行修改和變換；而且數(shù)據(jù)處理速度也得到了相應(yīng)提升，保證了磁共振信號(hào)所需的傳輸處理實(shí)時(shí)性。與之相連的單路光纖鏈路也大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)接口，避免了系統(tǒng)搭建困難。

本發(fā)明磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)將采樣及前端處理后的多通道磁共振數(shù)字信號(hào)以時(shí)分復(fù)用方式，按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用，每次輪詢(xún)所有通道所得數(shù)據(jù)為一幀，并在幀頭插入分接所需幀同步碼，以保證磁共振數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性；線(xiàn)路編碼插入同步時(shí)鐘信息，以使用單獨(dú)通道完成對(duì)磁共振數(shù)據(jù)及時(shí)鐘的傳輸，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備；使用FPGA芯片編程實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)集成度。

如圖1所示，本發(fā)明磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)包括：多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元1、數(shù)據(jù)封裝 單元2、高速串行發(fā)送單元3、光纖發(fā)送單元4、光纖接收單元5、高速串行接收單元6、數(shù)據(jù)解包單元7和多路數(shù)據(jù)分接單元8。多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元1與多路磁共振數(shù)據(jù)接收線(xiàn)圈通道連接，用于輪詢(xún)各個(gè)通道的磁共振數(shù)據(jù)，并在每次輪詢(xún)起始位置插入幀同步碼，以時(shí)分復(fù)用方式按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)將之與各通道數(shù)據(jù)復(fù)用為單路磁共振并行數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝單元2與多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元1的輸出連接，用于按照協(xié)議對(duì)單路磁共振并行數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，得到數(shù)據(jù)包；高速串行發(fā)送單元3與數(shù)據(jù)封裝單元2的輸出連接，用于對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行底層編碼、封裝，并加入同步時(shí)鐘信號(hào)，并串轉(zhuǎn)換形成磁共振高速串行數(shù)據(jù)；光纖發(fā)送單元4與高速串行發(fā)送單元3的輸出連接，用于將磁共振高速串行數(shù)據(jù)從數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并以光纖進(jìn)行傳輸；光纖接收單元5與光纖發(fā)送單元4之間利用光纖連接，用于將磁共振高速串行數(shù)據(jù)從光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以進(jìn)行后續(xù)處理；高速串行接收單元6與光纖接收單元5的輸出連接，用于根據(jù)從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)出的同步時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)磁共振串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和串并轉(zhuǎn)換等操作，得到并行磁共振數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)解包單元7與高速串行接收單元6的輸出連接，用于對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝，獲得單路磁共振并行數(shù)據(jù)；多路數(shù)據(jù)分接單元8與數(shù)據(jù)解包單元7的輸出連接，用于將根據(jù)幀同步碼判斷分接起始位置，將單路磁共振并行數(shù)據(jù)以時(shí)分解復(fù)用方式按發(fā)送端通道順序分接至各個(gè)磁共振數(shù)據(jù)通道中。

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明多路磁共振數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成及各單元實(shí)現(xiàn)的功能作詳細(xì)闡述。以下實(shí)施例中，線(xiàn)圈通道的數(shù)量以四路為例。

圖2顯示的是一具體實(shí)施例中多路磁共振數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)中發(fā)送端的總體硬件實(shí)現(xiàn)框圖。四路磁共振信號(hào)經(jīng)多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元1復(fù)用為一路，隨后進(jìn)入數(shù)據(jù)封裝單元2按協(xié)議要求進(jìn)行打包。封裝完成的數(shù)據(jù)送入高速串行發(fā)送單元3進(jìn)行線(xiàn)路編碼、串并轉(zhuǎn)換等最終處理。光纖發(fā)送單元4對(duì)輸出串行數(shù)據(jù)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，通過(guò)單路光纖通路將數(shù)據(jù)傳輸至接收端。時(shí)鐘生成單元對(duì)輸入的參考時(shí)鐘進(jìn)行分頻/倍頻，產(chǎn)生各功能單元所需工作時(shí)鐘，使發(fā)送端數(shù)據(jù)處理正確進(jìn)行?？刂茊卧瓿筛咚俅邪l(fā)送單元內(nèi)各功能模塊的控制和識(shí)別碼的生成，保證數(shù)據(jù)線(xiàn)路編/解碼的正確性和準(zhǔn)確性。

圖3顯示的是多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。多路磁共振數(shù)據(jù)復(fù)用單元1首先利用FIFO緩存11進(jìn)行接收緩存。當(dāng)各線(xiàn)圈通道數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，第一數(shù)據(jù)復(fù)用模塊12按時(shí)間順序以時(shí)分復(fù)用方式進(jìn)行復(fù)接操作，保證各通道處理實(shí)時(shí)性。每次遍歷四路數(shù)據(jù)通道，每一通道均取同一時(shí)刻數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)(比如每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)包括I和Q兩路信號(hào)，分別為三個(gè)字節(jié))，并按通道順序組成一個(gè)完整數(shù)據(jù)幀，即按數(shù)據(jù)字長(zhǎng)對(duì)四路磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用。同時(shí)，利用幀同步碼生成模塊13生成幀同步碼，第二數(shù)據(jù)復(fù)用模塊14將幀同步碼插入到每一幀復(fù)用數(shù)據(jù)的起始位置，得到單路磁共振并行數(shù)據(jù)。

根據(jù)磁共振成像脈沖序列設(shè)計(jì)，需要對(duì)每一通道的磁共振信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采樣。磁共振數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率較高，數(shù)據(jù)量很大，因此若對(duì)原始數(shù)據(jù)直接進(jìn)行多路復(fù)用及傳輸，不僅會(huì)對(duì)處理電路造成較大負(fù)擔(dān)，而且無(wú)法完全體現(xiàn)出光纖帶寬大、通道容納能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。由于采用了磁共振數(shù)字傳輸系統(tǒng)，故可以在傳輸處理前先對(duì)各通道磁共振信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，即通過(guò)數(shù)字混頻、抽取和濾波，得到實(shí)時(shí)的I和Q兩路低頻、低數(shù)據(jù)流信號(hào)。對(duì)此I和Q信號(hào)進(jìn)行復(fù)用等處理，即可使用單根光纖完成更多磁共振數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道的信號(hào)傳輸。

圖4顯示的是多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元功能圖。每一通道磁共振數(shù)據(jù)包含有實(shí)部和虛部(I路和Q路)兩部分。在某一復(fù)用時(shí)刻，復(fù)用單元按照通道順序，對(duì)該時(shí)刻每一通道的I、Q兩部分?jǐn)?shù)據(jù)按數(shù)據(jù)字長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用，即將第M時(shí)刻各通道的I和Q兩路信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，得到某一時(shí)刻合路信號(hào)。這與按數(shù)據(jù)段復(fù)用有極大區(qū)別，磁共振信號(hào)能夠快速送達(dá)接收端，且可在接收的同時(shí)，對(duì)其前一時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及傳輸，故而能夠更好地保證系統(tǒng)的信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元1為保證磁共振信號(hào)的實(shí)時(shí)性處理要求，不僅對(duì)各接收線(xiàn)圈通道進(jìn)行快速時(shí)分復(fù)用，減少了系統(tǒng)延時(shí)；而且采用了按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用的方式，盡可能確保單次輪詢(xún)采集到的各通道數(shù)據(jù)信息的完整性。此外，對(duì)各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用、組合，極大地提高了系統(tǒng)傳輸介質(zhì)的帶寬利用率，在采用前端數(shù)字下變頻技術(shù)之后，可級(jí)聯(lián)線(xiàn)圈通道數(shù)量也大大增加，克服了現(xiàn)有同軸電纜方案中的傳輸通道互擾等問(wèn)題。

為保證數(shù)據(jù)在接收端可以正確分解為原始多路信號(hào)，還需要在復(fù)接數(shù)據(jù)流中加入幀同步信號(hào)，即幀同步碼。該碼組應(yīng)首先是具有尖銳單峰特性的局部自相關(guān)函數(shù)，其次還應(yīng)盡量保證碼型的簡(jiǎn)易性。實(shí)際傳輸系統(tǒng)中比較常用的幀同步碼有巴克碼、最佳碼等。也可以采用較為方便的集中式插入法對(duì)幀同步碼進(jìn)行操作，以幀同步碼作為第一通道復(fù)用信號(hào)，其余各路磁共振數(shù)據(jù)仍按順序依次復(fù)接，即將各幀的同步碼一次性集中插入至每幀的起始位置。

多路數(shù)據(jù)復(fù)用單元1在一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)鐘周期內(nèi)，將幀同步碼和四路磁共振數(shù)據(jù)依次取出并組合，以此合路數(shù)據(jù)作為后續(xù)功能模塊處理的原始數(shù)據(jù)。

復(fù)用后的單路并行數(shù)據(jù)被送入數(shù)據(jù)封裝單元2進(jìn)行打包。數(shù)據(jù)封裝單元2可根據(jù)實(shí)際傳輸需求選擇實(shí)現(xiàn)相應(yīng)通信協(xié)議，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行功能性封裝，最后形成高速串行發(fā)送單元3所需處理的并行輸入數(shù)據(jù)。

為保證系統(tǒng)整體信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)封裝單元2和數(shù)據(jù)解包單元7的相應(yīng)功能也應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，在滿(mǎn)足處理需求的前提下，選用控制或冗余信號(hào)較少的協(xié)議，以縮短信號(hào)加工時(shí)間，提高有效磁共振數(shù)據(jù)的傳輸效率。圖5顯示的是高速串行發(fā)送單元的硬件結(jié)構(gòu)框圖。合路并行數(shù)據(jù)首先由相位補(bǔ)償FIFO模塊31進(jìn)行抖動(dòng)調(diào)整，使數(shù)據(jù)時(shí)鐘與收發(fā)單元時(shí)鐘相位一 致。

為了能在接收端正確對(duì)此同步并行數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，同時(shí)也將時(shí)鐘信息調(diào)制入數(shù)據(jù)流中，使兩者在同一通道中一同傳輸，保證接收端能夠恢復(fù)出與發(fā)送端相干的時(shí)鐘信號(hào)，需在發(fā)送端和接收端分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種規(guī)定格式的變換，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸線(xiàn)路編碼。編碼模塊32可以采用8B/10B編碼方法完成線(xiàn)路編碼功能。

編碼模塊32使用8B/10B方法進(jìn)行傳輸線(xiàn)路編碼，使數(shù)據(jù)流中連“1”或連“0”數(shù)量不會(huì)超過(guò)五個(gè)，保證了時(shí)鐘恢復(fù)電路的性能。同時(shí)，串行數(shù)據(jù)流也以此保持了足夠的轉(zhuǎn)換密度，使時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊61能夠正確定位數(shù)據(jù)與時(shí)鐘，并對(duì)相應(yīng)時(shí)鐘信息進(jìn)行提取和恢復(fù)，防止了時(shí)鐘偏移現(xiàn)象的出現(xiàn)，避免了線(xiàn)路對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的影響，確保了時(shí)鐘恢復(fù)模塊61的性能。

時(shí)鐘控制模塊33根據(jù)參考時(shí)鐘信號(hào)生成并串轉(zhuǎn)換模塊34所需的高速時(shí)鐘信號(hào)。串行傳送的同步時(shí)鐘信號(hào)，在發(fā)送端把同步時(shí)鐘信號(hào)編碼進(jìn)串行數(shù)據(jù)，在接收端對(duì)串行數(shù)據(jù)中的同步時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)?；謴?fù)得到的串行時(shí)鐘與發(fā)送端時(shí)鐘具有穩(wěn)定的相位關(guān)系，作為接收端的數(shù)據(jù)處理參考時(shí)鐘源。

8B/10B編碼可由發(fā)送端編碼控制信號(hào)控制，分別對(duì)有效磁共振數(shù)據(jù)和其他傳輸功能信號(hào)按不同規(guī)則進(jìn)行編碼。接收端可按不同解碼控制信號(hào)完成相應(yīng)的解碼過(guò)程，避免了使用額外控制線(xiàn)路及數(shù)據(jù)信號(hào)的誤解碼。

并行數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)線(xiàn)路編碼之后，即進(jìn)入并串轉(zhuǎn)換模塊34，在相應(yīng)高速時(shí)鐘信號(hào)控制下轉(zhuǎn)換為磁共振串行數(shù)據(jù)，并由接口電路送入光纖發(fā)送單元4。

高速串行發(fā)送單元3使磁共振數(shù)據(jù)以準(zhǔn)確、穩(wěn)定的串行數(shù)據(jù)流形式傳輸，在保證有效數(shù)據(jù)不變形、不損失的同時(shí)，以編碼方式加入了同步時(shí)鐘信息，不需要采用單獨(dú)的線(xiàn)路傳輸時(shí)鐘，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)信號(hào)傳輸鏈路，提高了系統(tǒng)整體處理速度。

光纖發(fā)送單元4接收來(lái)自高速串行發(fā)送單元3的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換。光信號(hào)送入光纖鏈路傳輸至設(shè)備間接收端。接收端光纖收發(fā)單元完成光電轉(zhuǎn)換等發(fā)送端逆操作，將高速串行電信號(hào)送至接收端高速串行發(fā)送單元3。

圖6顯示的是磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)中接收端的總體硬件實(shí)現(xiàn)框圖。高速串行數(shù)據(jù)在高速串行發(fā)送單元中完成同步時(shí)鐘信息提取、串并轉(zhuǎn)換及線(xiàn)路解碼等處理之后，在恢復(fù)時(shí)鐘的控制下，還原為并行封裝數(shù)據(jù)包。之后經(jīng)數(shù)據(jù)解包單元7完成傳輸協(xié)議各項(xiàng)功能，并解出原始磁共振數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀在多路數(shù)據(jù)分接單元8完成各通道數(shù)據(jù)的判斷和還原，完成整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。得到的多通道磁共振數(shù)據(jù)即可存儲(chǔ)，或送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建。

圖7顯示的是高速串行接收單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。高速串行磁共振數(shù)據(jù)在到達(dá)設(shè)備間接收端后，首先需從數(shù)據(jù)流中提取恢復(fù)出時(shí)鐘信息。此過(guò)程由時(shí)鐘恢復(fù)模塊61進(jìn)行，可使用鎖相 環(huán)等方式完成。時(shí)鐘恢復(fù)模塊61從高速串行數(shù)據(jù)流中恢復(fù)出的時(shí)鐘與發(fā)送端時(shí)鐘具有相位相干性，從而保證了獲取高質(zhì)量磁共振圖像的基本條件。

串行數(shù)據(jù)隨后進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換模塊62，恢復(fù)為低速并行數(shù)據(jù)，方便后續(xù)處理。

為正確對(duì)并行數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)路解碼單元?jiǎng)澐郑诮邮斩诉€需進(jìn)行字符邊界的認(rèn)定，防止因并行數(shù)據(jù)比特移位所造成的數(shù)據(jù)恢復(fù)錯(cuò)誤。因此，高速串行發(fā)送單元3會(huì)在需發(fā)送的并行數(shù)據(jù)中插入一種規(guī)定好的特定字符，稱(chēng)為標(biāo)識(shí)碼。在任意的數(shù)據(jù)比特序列里，標(biāo)識(shí)碼必須具有唯一性，這樣才能保證其能夠產(chǎn)生正確、統(tǒng)一的字符邊界。

8B/10B編解碼方案中包含一種標(biāo)識(shí)碼特征序列，即K分組編碼。接收端在輸入的磁共振數(shù)據(jù)流中連續(xù)搜尋預(yù)先添加入的標(biāo)識(shí)碼，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)后，則由檢測(cè)電路根據(jù)其位置信息調(diào)整數(shù)據(jù)流的字符邊界。

使用字對(duì)齊器模塊63即可實(shí)現(xiàn)此功能?？梢允褂幂^為常用的K28.5(16’hBC)作為字對(duì)齊器識(shí)別碼(此碼有多種碼型，可根據(jù)具體需要選擇)。在發(fā)送端，周期性的在磁共振數(shù)據(jù)幀中插入此識(shí)別碼；經(jīng)光纖傳輸后，字對(duì)齊模塊63通過(guò)將數(shù)據(jù)流與識(shí)別碼進(jìn)行比較，以后者起始位為字節(jié)邊界對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行劃分。

字對(duì)齊模塊63設(shè)計(jì)為連續(xù)同步模式，此模式下數(shù)據(jù)校驗(yàn)將在接收端持續(xù)進(jìn)行，并實(shí)時(shí)根據(jù)閾值情況切換狀態(tài)。同步/失同字節(jié)數(shù)閾值可按具體要求配置。

圖8顯示的是高速串行接收單元中字對(duì)齊模塊的功能圖。圖中識(shí)別碼以較為簡(jiǎn)短的7’h1F為例。字對(duì)齊模塊63在檢測(cè)設(shè)定好的7’h1F碼型時(shí)，即將其結(jié)束位置作為接收數(shù)據(jù)解碼的起始位置，使解碼起始邊界對(duì)齊至其原編碼邊界。對(duì)齊后的并行數(shù)據(jù)與發(fā)送端相一致，防止了比特移位現(xiàn)象的發(fā)生。

圖7中，8B/10B解碼模塊64根據(jù)字對(duì)齊模塊63確定的字節(jié)邊界，對(duì)并行磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)路解碼，還原出并行數(shù)據(jù)幀信息。最后由相位補(bǔ)償FIFO模塊65調(diào)節(jié)同步時(shí)鐘相位，保證數(shù)據(jù)的后續(xù)正常處理。

高速串行接收單元6完成了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收，同時(shí)有效保證了接收端恢復(fù)出的同步時(shí)鐘信號(hào)與發(fā)送端時(shí)鐘的相干性，確保了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的正確性。

圖9顯示的是多路數(shù)據(jù)分接單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。磁共振并行數(shù)據(jù)幀首先進(jìn)入幀同步碼檢測(cè)模塊81。數(shù)據(jù)在此與發(fā)送端幀同步碼型進(jìn)行驗(yàn)證比對(duì)，以確定數(shù)據(jù)分接起始通道位置。當(dāng)在數(shù)據(jù)流中發(fā)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定好的幀同步碼時(shí)，即發(fā)出同步信號(hào)給后續(xù)數(shù)據(jù)分接模塊82。此模塊可通過(guò)在FPGA中構(gòu)建一狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

在接收到幀同步碼檢測(cè)模塊81同步信號(hào)后，數(shù)據(jù)分接模塊82按照順序?qū)酱a后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行按位分接，并送入相應(yīng)通道進(jìn)行存儲(chǔ)。此即為原始多通道磁共振數(shù)據(jù)信息。

多路數(shù)據(jù)分接單元使各通道數(shù)據(jù)得以按照發(fā)送端通道順序準(zhǔn)確復(fù)接，后續(xù)數(shù)據(jù)處理及磁共振圖像重建在此基礎(chǔ)上能夠正確進(jìn)行。

幀同步碼檢測(cè)模塊81應(yīng)具有較快的判別能力及抗干擾能力，故在設(shè)計(jì)同步碼檢測(cè)電路時(shí)，可添加校驗(yàn)、保護(hù)模塊。

高速串行發(fā)送單元3和高速串行接收單元4都與一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)重配置單元9相連。該重配置單元9可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案的復(fù)位及動(dòng)態(tài)配置功能，使整體系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的部分模塊功能具有連續(xù)變化功能，滿(mǎn)足復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

本發(fā)明各功能單元在不同時(shí)鐘控制下工作，故需包含有時(shí)鐘生成單元，以產(chǎn)生各單元、各模塊所需時(shí)鐘頻率?？梢允褂帽?分頻器或鎖相環(huán)完成此單元功能。

以上各功能單元模塊均可在FPGA芯片中以硬件編程方式實(shí)現(xiàn)。模塊引腳只需設(shè)計(jì)與相應(yīng)器件控制端或輸入輸出端相連，即可完成整體方法的硬件電路例化。

本發(fā)明使用單根光纖即可實(shí)現(xiàn)完整數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的發(fā)送、接收功能，克服了現(xiàn)有磁共振傳輸系統(tǒng)多通道互擾問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備的通道連接。

基于以上所陳述的磁共振多通道數(shù)字傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法包括：

步驟一：按磁共振數(shù)據(jù)字長(zhǎng)輪詢(xún)所有線(xiàn)圈通道的磁共振數(shù)據(jù)，以時(shí)分復(fù)用方式將所得數(shù)據(jù)復(fù)用為數(shù)據(jù)幀，并在每一數(shù)據(jù)幀幀頭插入幀同步碼，得到單路磁共振并行數(shù)據(jù)；

步驟二：將磁共振并行數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，得到數(shù)據(jù)包；

步驟三：對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行底層編碼、封裝，并加入同步時(shí)鐘信號(hào)，并串轉(zhuǎn)換形成磁共振高速串行數(shù)據(jù)；

步驟四：將磁共振高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸；

步驟五：接收光信號(hào)后，將光信號(hào)還原為磁共振高速串行數(shù)據(jù)；

步驟六：根據(jù)從串行數(shù)據(jù)流中提取恢復(fù)出的同步時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)磁共振高速串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和串并轉(zhuǎn)換等操作，得到數(shù)據(jù)包；

步驟七：對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝，獲得單路磁共振并行數(shù)據(jù)；

步驟八：將磁共振單路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行幀同步碼檢測(cè)，確定數(shù)據(jù)幀起始通道位置，并按發(fā)送端通道順序?qū)⒅纸又粮鱾€(gè)磁共振數(shù)據(jù)通道中。

本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書(shū)為保護(hù)范圍。