一种磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法，所述磁共振回波信号仿真器包括主处理器和主存储器，所述主处理器和用户接口模块相连，其中，所述主处理器通过双口RAM和FPGA模块相连进行数据缓存交换，所述FPGA模块的输出端和模拟通道相连，进行数字信号调制计算并生成需要的数字仿真信号给模拟通道。本发明提供的磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法，所述主处理器通过双口RAM和FPGA模块相连进行仿真数据缓存交换，所述FPGA模块的输出端和模拟通道相连产生磁共振仿真信号,从而使磁共振谱仪在系统集成之前的测试中不需要磁体和放大器的配合，减少对设备、人员、场地和时间的要求。
【专利说明】一种磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种仿真器、仿真系统及其信号处理方法，尤其涉及一种磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法。
【背景技术】
[0002]目前磁共振谱仪系统信号发送与接收回路的测试验证需要将其与磁共振整机系统整合起来，尤其需要庞大的磁体产生均匀的强大的磁场，并且需要射频信号放大器来产生实际需要的射频场。整个测试受到设备、场地、时间和人员的限制。因此，为了方便快捷的对磁共振谱仪系统进行测试和调试，有必要提供磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法，能够产生磁共振仿真信号，使磁共振谱仪在系统集成之前的测试中不需要磁体、线圈和放大器的配合，减少对设备、人员、场地和时间的要求。
[0004]本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种磁共振回波信号仿真器，包括主处理器和主存储器，所述主处理器和用户接口模块相连，所述主处理器通过双口RAM和FPGA模块相连进行数据缓存交换，所述FPGA模块的输出端和模拟通道相连，进行数字信号调制计算并生成需要的数字仿真信号给模拟通道。
[0005]上述的磁共振回波信号仿真器，其中，所述用户接口模块包括以太网接口，串行接口，触摸屏，键盘和/或鼠标，供用户选择和传输信号数据。
[0006]上述的磁共振回波信号仿真器，其中，所述主存储器包括内置的Flash存储器，用于外扩的USB接口以及SD卡存储器接口。
[0007]上述的磁共振回波信号仿真器，其中，所述每路模拟通道包括依次相连的数模转换器、窄带滤波器以及衰减控制器。
[0008]本发明为解决上述技术问题还提供一种上述磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，包括如下步骤:a)通过用户接口模块向主处理器输入仿真信号数据；b)主处理器将仿真信号数据送入双口 RAM中；c)所述双口 RAM中的仿真信号数据输出给所述FPGA模块，所述FPGA模块进行数字信号处理后输出到所述模拟通道中；d)所述模拟通道将数字信号转换成模拟信号，然后经过窄带滤波，衰减得到最终输出的磁共振仿真信号。
[0009]上述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其中，所述步骤a)中的仿真信号数据包括图像数据或者k-space数据，所述图像数据通过快速傅里叶逆变换转成k-space数据，所述图像数据或者k-space数据存储在所述主存储器中或来自以太网接口。
[0010]上述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其中，所述步骤b)中的仿真信号数据包括K-space数据巾贞,参数控制巾贞,控制命令中贞。
[0011 ] 上述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其中，所述步骤a)中的仿真信号数据还包括通过用户接口模块选择确认的插值算法、中频调制频率/相位和窄带滤波中心频率，所述步骤C)中数字信号处理包括对所述k-space数据进行插值、数字滤波、数字中频调制和数字上变频，处理后的仿真信号数据根据预定的时序或者外部的时序控制信号输出到所述模拟通道中。
[0012]上述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其中，所述模拟通道为多个，每个模拟通道对应的仿真信号数据包括用于产生K-space数据的图像数据和线圈灵敏度矩阵。
[0013]上述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其中，所述主存储器包括内置的Flash存储器，用于外扩的USB接口以及SD卡存储器接口，所述Flash存储器中存储有多个不同版本的FPGA逻辑配置文件。
[0014]本发明为解决上述技术问题还提供一种磁共振回波信号仿真系统，其中，包括多个上述的磁共振回波信号仿真器，所述多个磁共振回波信号仿真器通过光纤接口相连，多机并联仿真时一个仿真器作为主机，其他仿真器作为从机，同时运行一个仿真产生更多个通道的仿真信号。
[0015]上述的磁共振回波信号仿真系统的控制方法，其中，多机并联仿真时，所述主机除了正常的仿真信号产生功能之外，还负责将主处理器发送过来的仿真数据通过光纤接口向各个从机分发，并且在仿真过程中通过光纤接口或者同轴线缆接口进行工作时序的同步；所述从机只负责接收主机发过来的仿真数据，并在同步信号的控制下按照时序产生仿真信号,并发送出去。
[0016]本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明提供的磁共振回波信号仿真器、仿真系统及其信号处理方法 ，所述主处理器通过双口 RAM和FPGA模块相连进行仿真数据缓存交换，所述FPGA模块的输出端和模拟通道相连产生磁共振仿真信号，从而使磁共振谱仪在系统集成之前的测试中不需要磁体和放大器的配合，减少对设备、人员、场地和时间的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明磁共振回波信号仿真器电路模块示意图；
[0018]图2为本发明磁共振回波信号仿真器信号处理流程图；
[0019]图3为本发明磁共振回波信号仿真器信号变换示意图；
[0020]图4为本发明磁共振回波信号仿真器多机并联仿真结构示意图。
[0021]图中:
[0022]i用户接口模块 2显示模块 3主处理器
[0023]4主存储器5双口 RAM 6光纤接口
[0024]7FPGA模块8模拟通道 9信号输入输出接口
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0026]图1为本发明磁共振回波信号仿真器电路模块示意图。
[0027]请参见图1，本发明提供的磁共振回波信号仿真器包括主处理器3和主存储器4，主处理器3和用户接口模块1、显示模块2相连提供多种接口界面，其中，主处理器3过双口RAM 5和FPGA模块7相连进行数据缓存交换，FPGA模块7的输出端和模拟通道8相连，进行数字信号调制计算并生成需要的数字仿真信号给模拟通道8，模拟通道8和信号输入输出接口 9的多个通道0_MRl、0_MR2-、0_MRx相连输出；信号输入输出接口 9中还可直接提供外部时钟信号I_CLK和触发信号I_TRIGGER给FPGA模块7。
[0028]上述的磁共振回波信号仿真器，各个模块的具体作用如下:
[0029]用户接口模块1:提供多种接口界面以使用户对所要产生的信号的数据内容进行选择以及传输，包含以太网接口，串行接口，触摸屏，键盘和/或鼠标等；显示模块2:优选TFT IXD，提供一种显示界面以辅助用户对设备的操作。
[0030]主处理器3:用于运行操作系统，系统主程序，用户交互程序，以及一部分数据计算；主存储器4:提供足够的存储能力以保存用户的参数配置，信号内容等，包括装置内置的Flash存储器，用于外扩的USB接口以及SD卡存储器接口 ；
[0031]可编程逻辑器件FPGA模块7:提供一种实时的数字信号调制平台以计算并生成需要的数字的仿真信号，预留的两个光纤接口(图中简称光口 SFPl和SFP2)6用于做分布式扩展用；双口 RAM 5用于CPU和FPGA器件之间的数据缓冲；模拟通道8包括数模转换器、窄带滤波器以及衰减控制器，最终生成所需要的模拟的仿真信号。
[0032]本发明提供的磁共振回波信号仿真器用于产生磁共振仿真信号，该仿真信号用于对磁共振系统中的信号采集，信号处理以及后续的图像重建功能进行验证。该仿真器包含触摸屏，可以使设备更便携，在不需要键盘鼠标网络的情况下依然可以很容易的对仿真参数进行设置与选择。该仿真器包含网口，可以通过网络进行远程访问，当设备连接好之后不需要专人守护在设备旁边，而且有利于两地协作连调。该仿真器包含多个模拟通道，可以同时模拟多个接收线圈的磁共振信号，对于多通道接收的仿真提供了便利。该仿真器带有SD卡和USB接口，用户可以通过U盘或者SD存储卡将数据拷贝到设备的本地存储，在没有网络的情况下也可以方便使用。
[0033]图2为本发明磁共振回波信号仿真器信号处理流程图。
[0034]请继续参见图2，具体信号处理步骤如下:
[0035]步骤S201:使用者可以通过触摸屏或者鼠标键盘在设备本地存储的文件中选择要仿真信号数据，可以选择的文件包括两种:常用的图像格式(jpeg，tiff，bmp等)，或者经过重建可以得到的图像数据(DIC0M格式)，或者是K-space数据。前两者定义为图像；第三个数据定义为k-space (波矢量空间)数据。仿真信号数据也可以通过以太网从其他主机上下载这些数据并保存到本地。
[0036]步骤S202:当使用者确认了要仿真的文件并开始仿真时，主处理器3将仿真数据按照规定的格式送入双口 RAM 5中去；所述规定的格式包括:K-space数据帧，参数控制帧，控制命令帧；对于多个模拟通道，则包括用于产生所述K-space数据的图像数据帧和图像灵敏度矩阵。
[0037]步骤S203:当FPGA模块7中的逻辑检测到开始信号之后开始读取仿真数据并对其进行一系列数字信号处理，包括插值，数字滤波，数字中频调制，数字上变频(Digital UpConverter)等；作为一个仿真平台，用户可以对该设备中运行的算法进行选择和配置，系统参数可以调整，以更加真实的模拟真实磁共振系统产生的信号，因此所述窄带滤波器的中心频率是可调的，使所述仿真器可以模拟不同磁场场强下的磁共振信号；然后根据预定的时序或者外部的时序控制信号将仿真信号送入高速数模转换器中去。如果输入的信号源是图像，则在插值之前还需要进行快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform,iFFT)，将其转换成K-Space空间的数据，这个计算可以在CPU中通过软件实现，也可以在FPGA中通过硬件的模块来处理。
[0038]FPGA中的数字信号处理中的一些参数如插值算法，中频调制的频率，相位等通过用户指定，并随同仿真数据一起通过双口 RAM 5传递进来。数字中频调制的数字控制振荡器NCO信号和上变频的数字LO信号也可以从外部输入进来，比如通过高速光纤接口 6传递进来。模拟部分的窄带滤波的中心频率属于用户的输入参数，是最终通过FPGA来进行配置调整的。
[0039]步骤S204:模拟通道8将数字信号转换成模拟信号，然后经过窄带滤波，增益衰减得到最终输出的磁共振仿真信号。
[0040]本发明中的模拟信号通路包括不止一路，可以实现同时若干路的信号输出，模拟从不同线圈接收到的磁共振信号。对于多通道线圈的模拟，可以输入线圈灵敏度矩阵Ai，从而可以集合图像输入线圈信息，用于后端的图像处理，具体可能进行的信号变换如图3所
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[0041]本发明的装置预留有高速数字光纤接口 6，可以用于设备的扩展，多个设备之间可以通过高速光纤通路连成一串形成多机并联的仿真系统，仿真时候一个设备作为主机，其他设备作为从机，同时运行一个仿真，这样可以产生更多个通道的仿真信号，相当于对更多的射频接收线圈中的信号进行仿真，如图4所示。具体控制过程如下:多机并联仿真时，所述主机除了正常的仿真信号产生功能之外，还负责将主处理器(CPU) 3发送过来的仿真数据通过光纤接口 6向各个从机分发，并且在仿真过程中通过光纤接口 6或者同轴线缆接口进行工作时序的同步；所述从机只负责接收主机发过来的仿真数据，并在同步信号的控制下按照时序产生仿真信号，并发送出去。所述主机和从机通过采用不同的FPGA逻辑配置文件实现，该设备中FPGA的逻辑配置文件存放在设备的主存储器4的Flash中，由CPU在设备上电重启的时候进行FPGA的逻辑加载，Flash中存储多个版本的配置文件，比如多个设备联机运行时候的主机逻辑以及从机逻辑，CPU根据设备连接的情况以及用户的配置选择相应的逻辑版本进行加载。这使设备具有很好的可塑性与灵活性，如在设备连接以太网的时候，Flash中的FPGA配置文件可以远程更新，便于设备软硬件的升级。
[0042]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1.一种磁共振回波信号仿真器，其特征在于，包括主处理器(3)和主存储器(4)，所述主处理器(3)和用户接口模块(I)相连，所述主处理器(3)通过双口 RAM (5)和FPGA模块(7)相连进行数据缓存交换，所述FPGA模块(7)的输出端和模拟通道(8)相连，进行数字信号调制计算并生成需要的数字仿真信号给模拟通道(8)。
2.如权利要求1所述的磁共振回波信号仿真器，其特征在于，所述用户接口模块(I)包括以太网接口，串行接口，触摸屏，键盘和/或鼠标，供用户选择和传输信号数据。
3.如权利要求1所述的磁共振回波信号仿真器，其特征在于，所述主存储器(4)包括内置的Flash存储器，用于外扩的USB接口以及SD卡存储器接口。
4.如权利要求1所述的磁共振回波信号仿真器，其特征在于，所述每路模拟通道(8)包括依次相连的数模转换器、窄带滤波器以及衰减控制器。
5.一种如权利要求1所述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤: a)通过用户接口模块(I)向主处理器(3)输入仿真信号数据； b)主处理器(3)将所述仿真信号数据送入双口RAM (5)中； c)所述双口 RAM (5)中的仿真信号数据输出给所述FPGA模块(7)，所述FPGA模块(7)进行数字信号处理后输出到所述模拟通道(8)中； d)所述模拟通道(8)将数字信号转换成模拟信号，然后经过窄带滤波，衰减得到最终输出的磁共振仿真信号。
6.如权利要求5所述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其特征在于，所述步骤a)中的仿真信号数据包括图像数据或者k-space数据，所述图像数据通过快速傅里叶逆变换转成k-space数据,所述图像数据或者k_space数据存储在所述主存储器(4)中或来自以太网接口。
7.如权利要求5所述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其特征在于，所述步骤b)中的仿真信号数据包括K-space数据帧，参数控制帧和控制命令帧。
8.如权利要求6所述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其特征在于，所述步骤a)中的仿真信号数据还包括通过用户接口模块(I)选择确认的插值算法、中频调制频率/相位和窄带滤波中心频率，所述步骤c)中数字信号处理包括对所述k-space数据进行插值、数字滤波、数字中频调制和数字上变频，处理后的仿真信号数据根据预定的时序或者外部的时序控制信号输出到所述模拟通道(8)中。
9.如权利要求5所述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其特征在于，所述模拟通道(8)为多个，每个模拟通道对应的仿真信号数据包括用于产生K-space数据的图像数据和线圈灵敏度矩阵。
10.如权利要求5所述的磁共振回波信号仿真器的信号处理方法，其特征在于，所述主存储器(4)包括内置的Flash存储器，用于外扩的USB接口以及SD卡存储器接口，所述Flash存储器中存储有多个不同版本的FPGA逻辑配置文件。
11.一种磁共振回波信号仿真系统，其特征在于，包括多个如权利要求1所述的磁共振回波信号仿真器，所述多个磁共振回波信号仿真器通过光纤接口(6)相连，多机并联仿真时一个仿真器作为主机，其他仿真器作为从机。
12.—种如权利要求11所述的磁共振回波信号仿真系统的控制方法，其特征在于，多机并联仿真时，所述主机除了正常的仿真信号产生功能之外，还负责将主处理器(3)发送过来的仿真数据通过光纤接口(6)向各个从机分发，并且在仿真过程中通过光纤接口(6)或者同轴线缆接口进行工作时序的同步；所述从机只负责接收主机发过来的仿真数据,并在同步信号的控制下按照时序产生仿真信号，并发送出去 。
【文档编号】H04B17/00GK103592611SQ201210287546
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月13日 优先权日:2012年8月13日
【发明者】秦晓华, 张强 申请人:上海联影医疗科技有限公司