程春 李靜

摘要：在本文中，對一個(gè)基于模塊計(jì)算機(jī)磁共振譜儀的控制接口進(jìn)行了介紹與分析，其不僅能夠在成像譜儀與計(jì)算機(jī)之間建立了通信關(guān)系，還對一些較為重要的數(shù)據(jù)處理、控制譜儀等功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：模塊計(jì)算機(jī) 千兆網(wǎng)磁 共振譜儀

1 概述

隨著近年來我國核磁共振成像領(lǐng)域的快速發(fā)展，對于底層硬件的要求也進(jìn)一步的提高，而隨著線圈數(shù)與采集通道數(shù)量的不斷增加，如何對這些數(shù)量更大的數(shù)據(jù)進(jìn)行良好的處理也成為了人們廣泛關(guān)注的問題。為了對此項(xiàng)問題更好的進(jìn)行解決，我們對硬件采用了新的設(shè)計(jì)方式，即用模塊計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)來對磁共振譜儀接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 硬件設(shè)計(jì)

PKSPEC是一款自主譜儀，控制接口就是以其為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，其工作頻率為5至50MHz，并包括4個(gè)通道，其通過一個(gè)共享的總線來對譜儀內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。同時(shí)，其控制接口同譜儀內(nèi)的兩個(gè)主要部位：接收機(jī)與脈沖序列編程器進(jìn)行交互，由編程器通過內(nèi)存部件同控制接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，并對脈沖的時(shí)序與同步情況進(jìn)行控制。其主要過程為：譜儀借助序列編程器對震線圈發(fā)送一個(gè)射頻信號，這就產(chǎn)生了MR信號，而隨著MR信號被接收機(jī)發(fā)現(xiàn)并檢測到，就會將其解調(diào)為兩路正交信號。與此同時(shí)，控制接口則對DMA進(jìn)行傳輸工作，并向自身的內(nèi)存中對數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝。

在控制接口中，其主要由核心板與載板所組成。其中，核心板為COM模塊，在其內(nèi)部集成了一個(gè)功耗很低、卻性能強(qiáng)勁的雙核CPUOMAP 3530，并擁有兩顆強(qiáng)大的內(nèi)存與閃存，這些配置都為其處理能力進(jìn)行了保證。

3 軟件設(shè)計(jì)

對于軟件部分來說，我們使用OpenEmbended作為基本工具來對軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而使用C語言來對驅(qū)動程序進(jìn)行編寫，使用C++語言來對服務(wù)程序進(jìn)行編寫。OpenEmbended可以對嵌入式Linux需要的代碼架構(gòu)進(jìn)行建立。驅(qū)動程序在這個(gè)軟件系統(tǒng)中占據(jù)重要位置。很多硬件的特殊功能都需要同驅(qū)動程序結(jié)合使用才能實(shí)現(xiàn)想要達(dá)成的目的，而控制接口也需要有驅(qū)動程序來同核磁共振譜儀進(jìn)行配合使用，從而發(fā)揮其更好的作用。

當(dāng)控制接口對響應(yīng)程序進(jìn)行中斷時(shí)，就應(yīng)當(dāng)用DMA來拷貝數(shù)據(jù)，需將軟件初始化進(jìn)入內(nèi)存模式。DMA還能夠?qū)μ幚砥鞯呢?fù)擔(dān)進(jìn)行有效的減少，并能夠?qū)ο到y(tǒng)相應(yīng)速度以及延遲時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，從而使系統(tǒng)更加實(shí)時(shí)化、響應(yīng)化。同硬件MDA模式相比，軟件DMA模式能夠在其初始化的同時(shí)對周圍環(huán)境中的設(shè)備代碼進(jìn)行融合，這也正是其適合核磁共振的因素體現(xiàn)。同時(shí)軟件的初始化也需要一些因素如外部的中斷來對其進(jìn)行觸發(fā)，而我們選用的處理器OMAP 3530則可以將任意輸入管等同為中斷源進(jìn)行使用，而這也正是為軟件的初始化準(zhǔn)備了數(shù)量極大的中斷源，從而為其初始化做出了根本的保障。

服務(wù)程序是運(yùn)行在非內(nèi)核中的程序，其主要作用就是對于數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理以及對網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對來自內(nèi)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先，其將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將其實(shí)部與虛部進(jìn)行合適的區(qū)分與排列。之后其再將處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加與相位補(bǔ)償。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)

在對核磁共振成像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際的采集試驗(yàn)前，應(yīng)當(dāng)對控制接口的數(shù)據(jù)采集能力進(jìn)行評估。評估參數(shù)是其對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的速度與延遲情況。我們可通過示波器對其中斷的響應(yīng)時(shí)間施測，而對于其對數(shù)據(jù)的采集速度來說，就需要通過一定數(shù)據(jù)完全被系統(tǒng)采入的時(shí)間進(jìn)行記錄，從而獲得準(zhǔn)確的采集時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭設(shè)的過程中，將控制接口設(shè)置在PKSPEC中，并將其同計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭設(shè)完畢后通過計(jì)算機(jī)起動掃描任務(wù)：使用GRE3D序列后，再使用接收機(jī)對掃描線進(jìn)行接收，之后其在將中斷信號發(fā)送到控制接口之中。之后用示波器實(shí)時(shí)監(jiān)視總線狀態(tài)，并將示波器設(shè)置為中斷下降觸發(fā)。掃描參數(shù)設(shè)置為：TE=6ms，TR=40ms。實(shí)驗(yàn)表明，中斷時(shí)間為8.2μs，讀取時(shí)間為448μs，基于模塊計(jì)算機(jī)的網(wǎng)磁共振譜儀控制接口設(shè)計(jì)是有效的。

5 結(jié)束語

對于本控制接口來說，其非常適用于核磁共振應(yīng)用中。由于我們選用的處理器OMAP 3530有著體積小、性能強(qiáng)的特點(diǎn)，使得其非常適合應(yīng)用在核磁共振方面。同時(shí)，其所擁有的DSP能夠在K空間進(jìn)行濾波，其對于相位的控制也有著非常大的作用，能夠有效的對MRI的運(yùn)算能力進(jìn)行增強(qiáng)。如果在控制接口上安裝一些先進(jìn)的顯示設(shè)備如LCD屏幕，那么就可以直接對圖像進(jìn)行顯示，從而獲得更加方便、快捷的應(yīng)用。

總的來說，通過基于模塊計(jì)算機(jī)的千兆網(wǎng)磁共振譜儀控制接口能夠有效的對大部分磁共振序列的要求進(jìn)行滿足。同時(shí)，其在穩(wěn)定程度、實(shí)時(shí)反應(yīng)、便攜性、集成度等方面都有著很大的優(yōu)勢，是非常有效、合理的運(yùn)行方案。

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作者簡介：程春（1985-），女，河南鄭州人，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；李靜（1988-），女，河南駐馬店人，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。