一种核磁共振信号采集处理装置的制作方法

本实用新型涉及模拟信号处理、模拟-数字信号转换、FPGA设计、嵌入式系统领域,尤其涉及一种核磁共振信号采集处理装置。

背景技术：

磁共振成像技巧凭仗其无侵入性、无创伤性和地面间分辨率的特色,逐渐成为临床医学诊断和生物医学研究中非常重要的工具之一,在其不断的发展中，对仪器技术也提出了越来越高的要求。

现有的磁共振信号采集装置对于输入信号的可接收范围小，对于原始信号的采集精准度低，相对于临床医学等需要高精度采集数据的应用场景难以达到其标准。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提出的一种核磁共振信号采集处理装置，实现了针对毫伏级到伏级范围的小信号的采集输入，增益调节范围高达60dB，步进精确到0.5dB。幅值被调节后的模拟信号通过模拟-数字转换后被传入FPGA进行进一步信号处理，最终得到所需磁共振信号数据。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种核磁共振信号采集处理装置，特点在于该装置包括：电源模块、小信号采集处理模块、核心处理模块、数据存储模块、MCU控制模块及显示模块。所述电源模块与小信号采集处理模块、核心处理模块、数据存储模块、MCU控制模块及显示模块连接；所述核心处理模块与信小信号采集处理模块、数据存储模块及MCU控制模块连接。所述MCU控制模块与小信号采集处理模块、核心处理模块、及显示模块连接；其中，所述小信号采集处理模块包括第一级选通开关Ⅰ、第一级固定增益放大器、第一级选通开关Ⅱ、第二级选通开关Ⅰ、第二级固定增益放大器、第二级选通开关Ⅱ、带通滤波器、可变增益放大器及模拟-数字转换芯片，所述第一级固定增益放大器与第一级选通开关Ⅰ、第一级选通开关Ⅱ连接；所述第一级选通开关Ⅱ与第二级选通开关Ⅰ连接；第二级固定增益放大器与第二级选通开关Ⅰ、第二级选通开关Ⅱ连接；所述带通滤波器与第二级选通开关Ⅱ、可变增益放大器连接；所述模拟-数字转换芯片与可变增益放大器连接。

所述小信号采集处理模块中的固定增益放大器、可变增益放大器以及选通开关，三者级联使用，对输入信号进行幅度调节。

所述核心处理模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA。

所述MCU控制模块选用STMicroelectronics公司的STM32F407芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型实现了针对毫伏级到伏级范围的小信号的采集输入，增益调节范围高达60dB，步进精确到0.5dB。

2）本实用新型实现了分辨率达到16bit模数转换，采样频率超过100MHz。大大提高了采样数据的精度。

3）本实用新型采用FPGA为核心处理器并配以STM32为MCU控制模块协处理，实现了更加友好、更加完备的信号处理模式。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型小信号采集处理模块结构框图；

图3为本实用新型信号处理流程；

图4为本实用新型实施例1中小信号采集处理模块结构框图；

图5为本实用新型实施例2中小信号采集处理模块结构框图；

图6为本实用新型实施例2中小信号采集处理模块结构框图；

图7为本实用新型实施例3中小信号采集处理模块结构框图。

具体实施方式

参阅图1，本实用新型包括：

电源模块1，外部电源输入接口并包括电源芯片，有稳定输出的9V、5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、0.75V共计9种电压，分别为小信号采集处理模块、核心处理模块、数据存储模块、MCU控制模块及显示模块提供各自所需电压；

小信号采集处理模块2，与电源模块1和核心处理模块3相连接，用于接收输入信号并进行放大、滤波、模拟-数字转换；

核心处理模块3，与小信号采集处理模块2、数据存储模块4及MCU控制模块5连接，用于处理接收到的来自小信号采集处理模块2的数据，进行数字下变频、可变带宽滤波等操作；

数据存储模块4，与核心处理模块3相连接，完成数据存储的功能；

MCU控制模块5，与小信号采集处理模块2及核心处理模块3相连接，完成控制指令的传输以及与外设交互的功能；

显示模块6，与MCU控制模块5相连接，用于所需重要数据的显示。

实施例1

参阅图1、图3和图4，以输入10mvpp的磁共振信号为例。输入信号首先进入小信号采集处理模块2，此时由MCU控制模块5给出命令，控制第一级选通开关Ⅰ 7和第一级选通开关Ⅱ 9，选通第一级固定增益放大器8，控制第二级选通开关Ⅰ10和第二级选通开关Ⅱ 12，选通第二级固定增益放大器11，两级一共进行+30dB放大。之后信号通过带通滤波器13进行抗混叠带通预滤波滤去带外噪声。再由MCU控制模块5给出命令，控制可变增益放大器14，进行+16dB放大，至此，三级放大器一共实现+46dB放大，使得信号达到2vpp，此为模拟-数字转换芯片的理想输入值。之后再进入模拟-数字转换芯片15进行模拟-数字转换，此过程需要MCU控制模块5进行控制。此时，已被转换为数字信号的磁共振信号从小信号采集处理模块2中通过LVDS接口输出，传入核心处理模块3进行数字下变频，可变带宽滤波等操作。期间需要与数据存储模块4以及MCU控制模块5进行数据交互。由MCU控制模块5控制的显示模块6，可以显示所需重要数据。至此完成对核磁共振信号的一整套采集与处理。

实施例2

参阅图1、图3、图5和图6，以输入200mvpp的磁共振信号为例。输入信号首先进入小信号采集处理模块2，此时由MCU控制模块5给出命令，控制第一级选通开关Ⅰ 7和第一级选通开关Ⅱ 9，选通第一级固定增益放大器8，控制第二级选通开关Ⅰ10和第二级选通开关Ⅱ 12，不选通第二级固定增益放大器11，两级一共进行+15dB放大。或者不选通第一级固定增益放大器8，选通第二级固定增益放大器11可以得到同样的结果。之后信号通过带通滤波器13进行抗混叠带通预滤波滤去带外噪声。再由MCU控制模块5给出命令，控制可变增益放大器14，进行+5dB放大，至此，三级放大器一共实现+20dB放大，使得信号达到2vpp，此为模拟-数字转换芯片的理想输入值。之后再进入模拟-数字转换芯片15进行模拟-数字转换，此过程需要MCU控制模块5进行控制。此时，已被转换为数字信号的磁共振信号从小信号采集处理模块2中通过LVDS接口输出，传入核心处理模块3进行数字下变频，可变带宽滤波等操作。期间需要与数据存储模块4以及MCU控制模块5进行数据交互。由MCU控制模块5控制的显示模块6，可以显示所需重要数据。至此完成对核磁共振信号的一整套采集与处理。

实施例3

参阅图1、图3和图7，以输入4vpp的磁共振信号为例。输入信号首先进入小信号采集处理模块2，此时由MCU控制模块5给出命令，控制第一级选通开关Ⅰ 7和第一级选通开关Ⅱ 9，不选通第一级固定增益放大器8，控制第二级选通开关Ⅰ10和第二级选通开关Ⅱ 12，不选通第二级固定增益放大器11，两级不进行放大。之后信号通过带通滤波器13进行抗混叠带通预滤波滤去带外噪声。再由MCU控制模块5给出命令，控制可变增益放大器14，进行-6dB缩小，至此，三级放大器一共实现-6dB缩小，使得信号达到2vpp，此为模拟-数字转换芯片的理想输入值。之后再进入模拟-数字转换芯片15进行模拟-数字转换，此过程需要MCU控制模块5进行控制。此时，已被转换为数字信号的磁共振信号从小信号采集处理模块2中通过LVDS接口输出，传入核心处理模块3进行数字下变频，可变带宽滤波等操作。期间需要与数据存储模块4以及MCU控制模块5进行数据交互。由MCU控制模块5控制的显示模块6，可以显示所需重要数据。至此完成对核磁共振信号的一整套采集与处理。