一种磁共振成像系统的语音控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种磁共振成像系统的语音控制装置，它属于应用磁场的诊断测量装置领域，具体包括位于磁共振扫描室内的麦克风、信号处理器、单片机和幕布，以及位于主控制室内的处理芯片、输入设备、投影仪和显示器，所述的信号处理器内部集成有模数转换模块，处理芯片内部集成有闪存，麦克风、信号处理器和单片机依次连接，投影仪将影像投射到幕布上，单片机通过通信网络单元与处理芯片双向连接，输入设备与处理芯片连接，处理芯片分别与显示器和投影仪连接。本实用新型要解决了目前的功能磁共振的认知测试系统不具备语音控制功能的缺点，提供一种磁共振成像系统的语音控制装置。
【专利说明】一种磁共振成像系统的语音控制装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于应用磁场的诊断测量装置领域，具体涉及一种磁共振成像系统的 语音控制装置。
【背景技术】
[0002] 功能磁共振成像（fMRI)是通过一定的刺激使大脑皮质各功能区在磁共振设备上 成像的方法，可以反映大脑的神经活动水平，能对大脑的神经活动进行准确的功能检测，是 一种全新的对人的认知功能进行评价的客观影像学手段。
[0003] 在对被试者进行认知心理学的研究测试中，被试者的语音命令以及反应的精确执 行和记录是非常重要的，但是目前的功能磁共振的认知功能系统存在以下缺点：由于被试 者躺在扫描间的机床内，而任务控制系统等设备均位于控制间，病人无法操作任务控制系 统，这种隔间操作导致被试者无法自主控制认知任务的播放；另外，由于任务控制系统不具 备语音控制功能，因此，病人的语音命令不能得到计算机识别和执行，其语音应答不能得到 主控计算机转化和录入。 实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是针对目前的功能磁共振的认知测试系统不具备 语音控制功能的缺点，为此提供一种磁共振成像系统的语音控制装置。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] -种磁共振成像系统的语音控制装置，包括位于磁共振扫描室内的麦克风、信号 处理器、单片机和幕布，以及位于主控制室内的处理芯片、输入设备、投影仪和显示器，所述 的信号处理器内部集成有模数转换模块，处理芯片内部集成有闪存，麦克风、信号处理器和 单片机依次连接，投影仪将影像投射到幕布上，单片机通过通信网络单元与处理芯片双向 连接，输入设备与处理芯片连接，处理芯片分别与显示器和投影仪连接；
[0007] 所述的通信网络单元包括第一光网络接口卡、光纤以太网和第二光网络接口卡， 单片机与第一光网络接口卡双向连接，第一光网络接口卡与光纤以太网双向连接，光纤以 太网与第二光网络接口卡双向连接，第二光网络接口卡与处理芯片双向连接，单片机与第 一光网络接口卡之间以及处理芯片与第二光网络接口卡之间均连接有稳压滤波模块；
[0008] 所述的稳压滤波模块包括第一电容、第二电容、第一电感、第三电容、第四电容、第 二电感、第五电容和第六电容，第一电感与第二电感连接，第一电容和第二电容并联，且一 公共端与第一电感的一端连接，另一公共端接地，第三电容和第四电容并联，且一公共端与 第二电感的一端连接，另一公共端接地，第五电容和第六电容并联，且一公共端与第二电 感的另一端连接，另一公共端接地，第一电容、第二电容和第一电感的公共端为稳压滤波模 块的输入端，第五电容、第六电容和第二电感的公共端为稳压滤波模块的输出端。
[0009] 采用本实用新型一种磁共振成像系统的语音控制装置具有如下技术效果：
[0010] 麦克风采集患者输出的语音信号；信号处理器内部集成的模数转换模块将模拟信 号采样、量化和编码后，转换成数字信号，并对数字信号打包，便于通过通信网络单元传输； 单片机将信号处理器输出的信号按照一定的通信协议输入到通信网络；由于磁共振扫描室 内存在磁场，无法用显示器显示认知任务，例如LED或者IXD显示器，因此采用投影仪和幕 布的配合可较好避免电磁波对图像的干扰；投影仪将认知任务投射到幕布上显示，便于患 者根据认知任务做出认知反应，另一方面，信号处理器将患者做出的认知反应与认知任务 比较，将得到的测试结果输入到处理芯片后再输入到投影仪内，再由幕布显示，便于患者实 时获知测试结果；单片机将患者的测试结果输入到处理芯片内的存储器内储存；另外，患 者发出列如"下一页、上一页、停止和启动"等语音命令，输入到麦克风，进而输入到处理芯 片内的控制命令运算单元，从而控制认知任务翻页、启动和停止等状态。第一光网络接口 卡和第二光网络接口卡实现信号的光电和电光转换；信号经电光转换后，由光纤以太网传 输，与无线网络和通信电缆相比，光纤以太网将信号以光信号的形式通过光纤传输，避免磁 共振扫描室内的电磁波对信号传输的影响，使通信的信号传输质量降低。稳压滤波模块避 免浪涌电压对第一光网络接口卡和第二光网络接口卡性能的影响。第一电感和第二电感 用于滤除信号中不相关的交流信号，起到滤波作用，第一电容、第二电容、第三电容、第四电 容、第五电容和第六电容起到稳压的作用，第一电容、第二电容和第一电感组成的电路网路 与第五电容、第六电容和第二电感组成的电路网路采用对称式分布，可进一步增强电路的 滤波和稳压功效，第一电感和第二电感的级联组成二阶滤波器，且是线性稳定的滤波器，能 更好的滤除信号中过高的电压且不增加电路的复杂度，另外，电路仅包括六个电容和两个 电感，其电路结构简单，便与集成化，可有效的减小电路集成后的体积，即避免第一光网络 接口卡和第二光网络接口卡体积过大。
[0011] 进一步，还包括滤波模块和放大模块，麦克风、滤波模块、放大模块和信号处理器 依次连接。滤波电路滤除300Hz到5000Hz之外的噪声，避免混在声音信号中的背景噪声的 干扰。
[0012] 进一步，还包括与信号处理器连接的扬声器。在主控制室内的医务人员更改认知 任务时，扬声器发出语音，通知患者认知任务已更改。
[0013] 进一步，还包括与处理芯片连接的数据存储器。数据存储器存储患者测试结果和 认知任务的数据，避免处理芯片内的闪存空间过小，存储数据有限的缺陷。
[0014] 进一步，所述的信号处理器为浮点型的DSP芯片。DSP芯片采用哈弗体系结构，大 幅提升数据的处理速度，且浮点型的DSP芯片，较好的避免了数据量化时引起的量化误差 过高的缺陷。
[0015] 进一步，所述的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容均 为钽电容。钽电容全称是钽电解电容。使用金属做介质，由于钽电容内部没有电解液，本身 几乎没有电感，其具有自愈能力，使用寿命长且可靠性高。且其工作电场强度高、电容量大， 即比容量非常高，因此特别适宜小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型一种磁共振成像系统的语音控制装置的实施例一的结构图。
[0017] 图2是本实用新型实施例一的稳压滤波模块的电路原理图。
[0018] 图3是本实用新型实施例一的放大模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
[0020] 如图1所示，本实用新型一种磁共振成像系统的语音控制装置，具体包括：依次连 接的麦克风、滤波模块和放大模块，还包括信号处理器、单片机、幕布、处理芯片、输入设备、 显示器、扬声器和数据存储器，信号处理器内部集成有模数转换模块，处理芯片内部集成有 闪存，信号处理器与单片机连接，单片机通过通信网络单元与处理芯片双向连接，输入设备 与处理芯片连接，处理芯片分别与显示器、投影仪和数据存储器连接，信号处理器与扬声器 连接；所述的麦克风、滤波模块、放大模块、信号处理器、单片机和幕布位于磁共振扫描室 内；处理芯片和输入设备位于控制室内，投影仪将影像投射到幕布上。本实施例中，信号处 理器为浮点型的DSP芯片。
[0021] 在具体实施过程中，患者根据幕布显示的认知任务，对认知任务作答，麦克风将语 音信号转换为电信号输入到滤波模块，滤波模块滤除信号中语音频段之外的干扰噪声，经 放大模块将信号放大后输入到信号处理器中，信号处理器内的模数转换模块将模拟信号转 换为数字信号，处理后的数字信号输入到单片机内，单片机一方面控制处理芯片进而控制 投影仪将患者作答的结果在幕布上显示出，另一方面作答结果在显示器上显示并输入到数 据存储器内存储；另外，患者发出列如"下一页、上一页、停止和启动"等语音命令，输入到麦 克风，进而输入到处理芯片内的控制命令运算单元，从而控制认知任务翻页、启动和停止等 状态。
[0022] 另外，所述的通信网络单元包括第一光网络接口卡、光纤以太网和第二光网络接 口卡，单片机与第一光网络接口卡双向连接，第一光网络接口卡与光纤以太网双向连接，光 纤以太网与第二光网络接口卡双向连接，第二光网络接口卡与处理芯片双向连接。第一光 网络接口卡和第二光网络接口卡实现信号的光电和电光转换；信号经电光转换后，由光纤 以太网传输，与无线网络和通信电缆相比，光纤以太网将信号以光信号的形式通过光纤传 输，避免磁共振扫描室内的电磁波对信号传输的影响，使通信的信号传输质量降低。
[0023] 另外，如图2所示，本实用新型的实施例一还包括稳压滤波模块，单片机与第一光 网络接口卡之间以及处理芯片与第二光网络接口卡之间均连接有所述的稳压滤波模块，所 述的稳压滤波模块具体包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第三电容C3、第四电容 C4、第二电感L2、第五电容C5和第六电容C6,第一电感L1与第二电感L2连接，第一电容C1 和第二电容C2并联，且一公共端与第一电感L1的一端连接，另一公共端接地，第三电容C3 和第四电容C4并联，且一公共端与第二电感L2的一端连接，另一公共端接地，第五电容C5 和第六电容C6并联，且一公共端与第二电感L2的另一端连接，另一公共端接地，第一电容 C1、第二电容C2和第一电感L1的公共端为第一稳压滤波模块的输入端，第五电容C5、第六 电容C6和第二电感L2的公共端为第一稳压滤波模块的输出端。第一电感L1和第二电感 L2用于滤除信号中不相关的交流信号，起到滤波作用，第一电容C1、第二电容C2、第三电容 C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6起到稳压的作用，第一电容C1、第二电容C2和 第一电感L1组成的电路网路与第五电容C5、第六电容C6和第二电感L2组成的电路网路采 用对称式分布，可进一步增强电路的滤波和稳压功效，第一电感L1和第二电感L2的级联组 成二阶滤波器，且是线性稳定的滤波器，能更好的滤除信号中过高的电压且不增加电路的 复杂度，另外，电路仅包括六个电容和两个电感，其电路结构简单，便与集成化，可有效的减 小电路集成后的体积，即避免第一光网络接口卡和第二光网络接口卡体积过大。
[0024] 再者，如图3所示的本实用新型的放大模块包括：零点校正电路和放大电路，运算 放大器U1的输出端为零点校正电路的输入端，可变电阻RP2的自由锻为零点校正电路的输 出端，零点校正电路的输出端与仪表放大器U2的反相输入端连接，仪表放大器U2的正相输 入端和零点校正电路的输入端均与图1中的滤波模块的输出端连接。在具体实施过程中， 当麦克风没有采集到信号，而滤波模块的输出值又不为零时，调节可变电阻RP2的滑动端 是仪表放大器U2的正相输入端的电压等于反相输入端的电压，从而使仪表放大器U2的输 出端为零，实现了零点校正的功能；同时，仪表放大器U2将经滤波模块输出的信号放大，实 现信号的放大功能。
[0025] 器件选择：图2中的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五 电容C5和第六电容C6均为T491型，图3中的运算放大器U1为LF351，仪表放大器U2为 0P07C，信号处理器为TI公司的TMS320F28335型。
[0026] 对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若 干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施 的效果和专利的实用性。
【权利要求】
1. 一种磁共振成像系统的语音控制装置，其特征在于：包括位于磁共振扫描室内的麦 克风、信号处理器、单片机和幕布，以及位于主控制室内的处理芯片、输入设备、投影仪和显 示器，所述的信号处理器内部集成有模数转换模块，处理芯片内部集成有闪存，麦克风、信 号处理器和单片机依次连接，投影仪将影像投射到幕布上，单片机通过通信网络单元与处 理芯片双向连接，输入设备与处理芯片连接，处理芯片分别与显示器和投影仪连接； 所述的通信网络单元包括第一光网络接口卡、光纤以太网和第二光网络接口卡，单片 机与第一光网络接口卡双向连接，第一光网络接口卡与光纤以太网双向连接，光纤以太网 与第二光网络接口卡双向连接，第二光网络接口卡与处理芯片双向连接，单片机与第一光 网络接口卡之间以及处理芯片与第二光网络接口卡之间均连接有稳压滤波模块； 所述的稳压滤波模块包括第一电容、第二电容、第一电感、第三电容、第四电容、第二电 感、第五电容和第六电容，第一电感与第二电感连接，第一电容和第二电容并联，且一公共 端与第一电感的一端连接，另一公共端接地，第三电容和第四电容并联，且一公共端与第二 电感的一端连接，另一公共端接地，第五电容和第六电容并联，且一公共端与第二电感的 另一端连接，另一公共端接地，第一电容、第二电容和第一电感的公共端为稳压滤波模块的 输入端，第五电容、第六电容和第二电感的公共端为稳压滤波模块的输出端。
2. 如权利要求1所述的一种磁共振成像系统的语音控制装置，其特征在于：还包括滤 波模块和放大模块，麦克风、滤波模块、放大模块和信号处理器依次连接。
3. 如权利要求1所述的一种磁共振成像系统的语音控制装置，其特征在于：还包括与 信号处理器连接的扬声器。
4. 如权利要求1所述的一种磁共振成像系统的语音控制装置，其特征在于：还包括与 处理芯片连接的数据存储器。
5. 如权利要求1所述的一种磁共振成像系统的语音控制装置，其特征在于：所述的信 号处理器为浮点型的DSP芯片。
6. 如权利要求1所述的一种磁共振成像系统的语音控制装置，其特征在于：所述的第 一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容均为钽电容。
【文档编号】A61B5/055GK203898308SQ201420225799
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】李传明, 王健, 周代全, 程琳, 刘晨 申请人:中国人民解放军第三军医大学第一附属医院