核磁共振控制臺

核磁共振控制臺專利01專利背景附圖說明實施方式發(fā)明內(nèi)容權(quán)利要求榮譽(yù)表彰目錄0305020406基本信息《核磁共振控制臺》是中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所于2004年10月20日申請的發(fā)明專利，該專利的申請?zhí)枮?3，公布號為CN，公布日為2005年3月30日，發(fā)明人是劉朝陽、裘鑒卿、葉朝輝?！逗舜殴舱窨刂婆_》其特征在于射頻信號發(fā)生單元、信號接收與處理單元和磁場梯度信號產(chǎn)生單元通過背板/扁平電纜進(jìn)行連接；同時射頻信號發(fā)生單元、信號接收與處理單元和磁場梯度信號產(chǎn)生單元又通過以太交換機(jī)與主計算機(jī)連接。該發(fā)明系統(tǒng)通用性好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，實現(xiàn)容易、成本低廉，可以實現(xiàn)分布式控制臺。2014年11月6日，《核磁共振控制臺》獲得第十六屆中國專利優(yōu)秀獎。（概述圖為《核磁共振控制臺》摘要附圖）專利背景專利背景在核磁共振控制臺中，各模塊之間的數(shù)據(jù)通訊和同步是關(guān)鍵技術(shù)之一。2004年10月前，公知的核磁共振模塊之間采用并行高速總線（背板，backplane）進(jìn)行并行通訊和同步。下面以美國Tecmag公司的Apollo控制臺為例說明。該控制臺主要包括射頻發(fā)射機(jī)模塊、射頻接收機(jī)模塊以及磁場梯度驅(qū)動模塊等，這些模塊之間通過一條專門設(shè)計的高速并行總線（背板）進(jìn)行連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊與同步控制；同時，控制臺上的系統(tǒng)接口模塊、信號累加模塊用兩條60芯的電纜與主計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。射頻發(fā)射機(jī)模塊主要由兩部分組成：事件控制部件與射頻信號合成部件，后者包括雙直接數(shù)字頻率綜合器、900兆赫信號合成器與發(fā)射調(diào)制器等。系統(tǒng)接口模塊把主計算機(jī)給出的控制程序和參數(shù)通過并行高速總線（背板）發(fā)送到事件控制部件；后者控制射頻信號合成部件驅(qū)動射頻功率放大器產(chǎn)生實驗所需要的射頻脈沖。射頻接收機(jī)模塊包括事件控制部件、數(shù)字接收部件以及射頻接收部件；在事件控制部件的控制下，由射頻接收部件將前置放大器來的信號處理后，經(jīng)過數(shù)字接收部件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過信號累加模塊回送到主計算機(jī)。磁場梯度驅(qū)動模塊包括梯度模塊部件和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。梯度模塊部件的控制程序與參數(shù)同樣由主計算機(jī)通過系統(tǒng)接口模塊和并行高速總線（背板）發(fā)送，在實驗開始前，由系統(tǒng)接口模塊將主計算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)通過背板的并行數(shù)據(jù)總線發(fā)送到其他各模塊，實驗過程中各模塊又通過背板上的其他信號線進(jìn)行同步，并由背板的并行數(shù)據(jù)總線經(jīng)過信號累加模塊將實驗得到的數(shù)據(jù)回送到主計算機(jī)。發(fā)明內(nèi)容改善效果技術(shù)方案發(fā)明內(nèi)容技術(shù)方案《核磁共振控制臺》解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：主計算機(jī)與模塊之間以及各模塊之間的數(shù)據(jù)通訊都采樣國際標(biāo)準(zhǔn)的以太方式，并去掉了專用系統(tǒng)接口模塊。該發(fā)明包括：以太交換機(jī)、射頻信號發(fā)生單元、信號接收與處理單元、扁平電纜或背板、磁場梯度控制單元模塊以及主計算機(jī)。射頻信號發(fā)生單元、信號接收與處理單元和磁場梯度信號產(chǎn)生單元通過扁平電纜或背板進(jìn)行連接；同時射頻信號發(fā)生單元、信號接收與處理單元和磁場梯度信號產(chǎn)生單元又通過以太交換機(jī)與主計算機(jī)連接。在實驗準(zhǔn)備階段，主計算機(jī)將各模塊所需要的控制程序（脈沖序列）和實驗參數(shù)通過絡(luò)直接下載到模塊中；實驗過程中，各模塊通過背板上的同步信號進(jìn)行同步并由信號接收與處理單元完成數(shù)據(jù)的采集；最后信號接收與處理單元將得到的數(shù)據(jù)通過絡(luò)回送到主計算機(jī)進(jìn)行保存和處理。由于背板上僅有少量的同步信號線和電源，同時這些信號的脈沖時間比較長（最小脈沖寬度大于100納秒），所以可以采樣簡單的背板或采樣標(biāo)準(zhǔn)的扁平電纜連接。在采用扁平電纜連接的情況下，控制臺可以采用分布式。

改善效果《核磁共振控制臺》與2004年10月前已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：①采用了國際標(biāo)準(zhǔn)的以太進(jìn)行各單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。②僅需要使用低速總線背板或扁平電纜進(jìn)行模塊之間的同步控制。③系統(tǒng)通用性好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，實現(xiàn)容易、成本低廉。④可以實現(xiàn)分布式控制臺。

附圖說明附圖說明圖1為《核磁共振控制臺》系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1權(quán)利要求權(quán)利要求1、《核磁共振控制臺》其特征在于射頻信號發(fā)生單元（2）、信號接收與處理單元（3）和磁場梯度信號產(chǎn)生單元（5）通過背板/扁平電纜（4）進(jìn)行連接；同時射頻信號發(fā)生單元（2）、信號接收與處理單元（3）和磁場梯度信號產(chǎn)生單元（5）又通過以太交換機(jī)（1）與主計算機(jī)（6）連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核磁共振控制臺，其特征在于射頻信號發(fā)生單元（2）由以太絡(luò)控制器（7）、射頻發(fā)射控制器（8）、射頻信號合成器（9）構(gòu)成，射頻發(fā)射控制器（8）分別與以太絡(luò)控制器（7）、射頻信號合成器（9）和背板/扁平電纜（4）連接。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核磁共振控制臺，其特征在于信號接收與處理單元（3）由以太絡(luò)控制器（10）、數(shù)據(jù)采樣與控制器（11）、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（12）和射頻與模擬信號處理單元（13）構(gòu)成，數(shù)據(jù)采樣與控制器（11）分別與以太絡(luò)控制器（10）、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（12）、射頻與模擬信號處理單元（13）和背板/扁平電纜（4）連接。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核磁共振控制臺，其特征在于磁場梯度信號產(chǎn)生單元（5）由以太絡(luò)控制器（14）、磁場梯度信號控制器（15）和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（16）構(gòu)成，磁場梯度信號控制器（15）分別與以太絡(luò)控制器（14）、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（16）和背板/扁平電纜（4）連接。

實施方式實施方式下面結(jié)合對附圖對該發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：（1）以太交換機(jī)：采樣高速以太結(jié)構(gòu)，其中主計算機(jī)使用千兆以太，其他模塊使用100兆位/秒的傳輸速度。（2）射頻信號發(fā)生單元：核磁共振控制臺可以有1～4個射頻信號發(fā)生單元，所產(chǎn)生射頻脈沖信號的頻率與原子核自旋在實驗所使用的磁場中的共振頻率相對應(yīng)，射頻脈沖形狀和脈沖寬度則取決于實驗方法。該單元所使用的控制程序和實驗參數(shù)用主計算機(jī)通過以太發(fā)送到各單元中，控制程序的執(zhí)行由背板/扁平電纜上的信號進(jìn)行同步。（3）信號接收與處理單元：核磁共振控制臺中的信號接收與處理單元也可以有1～8個，用于對原子核自旋所產(chǎn)生的自由感應(yīng)衰減（FID）信號進(jìn)行檢測；并由該單元將檢測到的數(shù)據(jù)通過以太回送到主計算機(jī)進(jìn)行后處理和保存。（4）背板/扁平電纜：該部件為控制臺各單元提供同步