具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术是一种利用磁体产生的恒定磁场，通过射频系统和梯度系统对样品的激发产生磁共振信号，然后通过接收采集系统对信号进行采集和重建，从而获得样品图像的方法。磁共振谱仪是磁共振成像系统的核心部件，主要负责根据用户的输入产生相应的射频波形和梯度波形，采集磁共振信号并根据磁共振信号重建图像后呈现给用户。

图1示出了一种现有的磁共振谱仪系统架构示意图，该磁共振谱仪包括：扫描计算机、图像重建计算机、序列计算机、控制计算机、射频发射单元、射频接收单元、梯度波形产生单元、监控以及门控单元等多个功能结构，并且统一由控制计算机上运行的控制软件对各个功能结构的工作状态进行控制，以及进行多个功能结构之间的工作协调。因此该类磁共振谱仪系统对控制计算机的要求比较高，通常需要一台高性能的、稳定度高的工业计算机。由于计算机操作系统稳定性的问题，会对整个磁共振谱仪系统的稳定性造成影响；并且由于软件控制响应速度的限制，导致该类系统还存在对其组成部件错误汇报的响应速度普遍较低，以及协调射频接收单元和射频发射单元的时间较长的问题。也就是说，目前的磁共振谱仪存在成本高、稳定性差、实时性低的问题。

基于此，本发明实施例提供了一种高实时性磁共振谱仪系统和管理方法，以缓解上述问题。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种高实时性磁共振谱仪系统进行详细介绍，参见图2所示的一种高实时性磁共振谱仪系统的结构示意图，该系统主要包括以下结构：扫描模块110、序列模块120、图像重建模块130、管理交换模块140和执行模块150。

扫描模块110与序列模块120、图像重建模块130分别连接；序列模块120和图像重建模块130分别通过通信卡单元与管理交换模块140连接。

其中，扫描模块、序列模块和图像重建模块均可以是单独的三台计算机，即：扫描计算机、序列计算机和图像重建计算机。此外，图像重建计算机和扫描计算机可以是同一台，即一台计算机集合图像重建和扫描两种功能。作为一个具体的示例，扫描计算机可以通过以太网络或者其他高速接口与序列计算机以及图像重建计算机连接。

扫描模块110用于基于输入数据产生扫描序列，并将扫描序列发送至序列模块120；序列模块120用于将扫描序列编译为硬件参数序列并发送至管理交换模块140；管理交换模块140用于基于硬件参数序列的数据类型，通过高速数据接口将硬件参数序列发送至执行模块150；

执行模块150用于基于硬件参数序列产生相应的波形，将波形转换为数字磁共振数据并发送至管理交换模块140；管理交换模块140还用于将数字磁共振数据发送至图像重建模块130；

图像重建模块130用于基于管理交换模块140发送的数字磁共振数据，进行图像重建，并将重建后的图像发送至扫描模块110呈现。

此外，在一种实施例中，上述高实时性磁共振谱仪系统还可以包括：门控模块160，门控模块160通过低速数据接口与管理交换模块140连接。

门控模块160用于产生门控数据，并通过管理交换模块140将门控数据发送至序列模块120，以使序列模块120基于门控数据发送硬件参数序列。

作为一种具体的示例，参见图3所示的一种管理交换模块的结构示意图，上述管理交换模块140可以包括：第一FPGA模块210、第一低速接口220以及若干个第一高速接口230。

上述第一FPGA模块可以包括210：第一管理单元211、数据交换单元212、第二低速接口213、若干个第二高速接口214以及与若干个高速接口连接的若干个第一数据复用单元215。

其中，第一低速接口220与第二低速接口213连接，若干个第一高速接口230与若干个第二高速接口214分别连接。

数据交换单元212用于根据业务数据的不同类别，将来自不同接口的业务数据交换至指定接口；第一管理单元211用于产生管理信号；第一数据复用单元215用于将来自第一管理单元211和数据交换单元212的数据复用到一个通道，并且赋予第一管理单元211的数据具有最高优先权。

在一种实施例中，上述执行模块可以包括：射频发射单元151、射频接收单元152和梯度波形产生单元153，上述三个单元均分别与管理交换模块140连接，并基于硬件参数序列产生相应的波形，将波形转换为数字磁共振数据并发送至管理交换模块140(参见图4所示的另一种高实时性磁共振谱仪系统的结构示意图)。

其中，射频发射单元151用于基于硬件参数序列产生磁共振射频激励波形；梯度波形产生单元153用于基于硬件参数序列产生梯度波形；射频接收单元152用于基于硬件参数序列接收磁共振信号，还用于将磁共振信号转换为数字磁共振数据，并发送至管理交换模块140。

另外，射频发射单元151、射频接收单元152和梯度波形产生单元153均包含有管理单元，其通用结构参见图5所示的一种执行模块的结构示意图。作为一种具体的示例，上述执行模块的结构可以包括：第二FPGA模块310、模拟电路320、时钟产生电路330和第三高速接口340；模拟电路320和时钟产生电路330分别与第二FPGA模块310连接。

其中，第二FPGA模块310包括：第四高速接口311、第二数据复用单元312、第二管理单元313、第一存储器314、信息采集单元315和执行逻辑单元316。第一存储器可以是先进先出FIFO(First Input First Output)存储器。

第四高速接口311的两端分别与第三高速接口340和第二数据复用单元312连接；第二数据复用单元与第二管理单元和第一存储器分别连接；第二管理单元与信息采集单元和执行逻辑单元分别连接；执行逻辑单元还与第一存储器连接。

序列模块和图像重建模块通过通信卡单元与和管理交换模块连接，作为一种具体的示例，参见图6所示的一种通信卡单元的结构示意图，上述通信卡单元可以包括：通信卡FPGA(410)和第五高速接口420，通信卡FPGA(410)与第五高速接口420和PCIE控制器的指定引脚分别连接。

其中，通信卡FPGA410包括：第六高速接口411、第三数据复用单元412、第三管理单元413、第二存储器414和PCIE控制器415。

第六高速接口411的两端分别与第五高速接口420和第三数据复用单元412连接；第三数据复用单元412与第三管理单元413和第二存储器414分别连接；PCIE控制器415与第三管理单元413和第二存储器414分别连接。

作为一个具体的示例，扫描模块、序列模块和图像重建模块均是单独的三台计算机，即：扫描计算机、序列计算机和图像重建计算机。扫描过程即为扫描计算机接收用户的输入产生扫描序列，然后发送给序列计算机；序列计算机收到扫描序列后，把扫描序列编译成硬件参数序列，然后发送到管理交换模块；管理交换模块中的交换单元会根据数据的类型，把数据交换到射频接收单元、射频发射单元以及梯度波形产生单元这些执行单元，收到硬件参数序列后，射频发射单元的执行部件根据硬件参数产生磁共振射频激励波形、梯度波形产生单元的执行部件会根据硬件参数产生梯度波形、射频接收单元会根据硬件参数接收磁共振信号，并且转换成数字磁共振数据，数字磁共振数据会被发送到管理交换模块；管理交换模块的交换单元根据数据的类型，把数据发送图像重建计算机；图像重建计算机重建图像完成后，将图像数据发送到扫描计算机，然后将图像呈现在用户界面上。

另外，门控模块产生门控数据，发送到管理交换模块，管理交换模块的交换单元会把门控数据交换到序列计算机，从而序列计算机能够根据门控信号发送硬件参数序列。

本发明实施例提供了一种高实时性磁共振谱仪系统，该系统包括：与序列模块、图像重建模块分别连接的扫描模块，用于产生扫描序列并发送至序列模块；序列模块和图像重建模块分别通过通信卡单元与管理交换模块连接，用于将扫描序列编译为硬件参数序列并发送至管理交换模块；管理交换模块用于基于硬件参数序列的数据类型，将硬件参数序列发送至执行模块；执行模块用于产生相应波形，并转换为数字磁共振数据，最后由图像重建模块进行图像重建，并由扫描模块呈现。该系统解决了现有磁共振谱仪存在的成本高、稳定性差、实时性低的问题，达到了提高系统响应速度，增强实时性的技术效果。

另外，本发明实施例还公开了一种高实时性磁共振谱仪系统的管理方法，参见图7所示的一种高实时性磁共振谱仪系统的管理方法的流程示意图，该方法应用于上述任意一种实施方式所示的高实时性磁共振谱仪系统，可以由电子设备执行，主要包括以下步骤S101至步骤S106：

S101：射频发射单元接收序列模块发送的硬件参数序列后，向管理交换模块发送发射申请；

S102：管理交换模块接收发射申请后，向射频接收单元发送线圈失谐指令；

S103：射频接收单元基于线圈失谐指令，控制相应线圈失谐，并向管理交换模块发送失谐消息；

S104：管理交换模块接收所有射频接收单元的失谐消息后，向射频发射单元发送发射许可指令；

S105：射频发射单元基于发射许可指令，发射射频激励波形，并向管理交换模块发送发射完成消息；

S106：管理交换单元接收发射完成消息，向射频接收单元发送开始接收指令，从而完成一个序列的扫描。

在一种实施例中，上述方法还可以包括：系统上电进入就绪状态后，硬件监控单元对系统的硬件进行检查；当硬件检查的结果为正常时，管理交换模块接收允许运行消息，进入允许运行状态；当系统在运行中出现错误时，管理交换模块接收错误信息进入出错状态，直至错误排查结束后，重新进入就绪状态。

作为一个具体的示例，上述实施例提供的高实时性磁共振谱仪系统包括：扫描主机、序列主机、图像重建计算机、管理与交换单元。扫描主机、序列主机、图像重建计算机以及管理与交换单元共同执行对谱仪的管理。

其中，扫描主机执行错误的汇报，以便用户知道谱仪的状态。序列主机的管理功能包括对快速响应要求不高的管理，以及实现信息中转的功能(例如：将出错状态和出错信息即时发送给扫描主机)；该功能也可以由图像重建计算机来执行。

管理与交换单元在谱仪系统中负责对快速响应要求比较高的管理，包括：谱仪状态的管理、出错管理、以及射频接收和射频发送的同步管理。

管理与交换单元的FPGA固件的模块主要包括交换单元、管理单元、数据复用单元等，交换单元和管理单元分别于数据复用单元连接。其中交换单元用于根据业务数据的不同类别，交换来自不同端口的业务数据到指定端口；管理单元用于产生管理信号；数据复用单元把来自管理单元和数据交换单元的数据复用到一个通道，并且赋予管理单元的数据具有最高优先权，避免管理数据受业务数据的影响。

管理与交换单元中的管理单元负责产生管理消息，其他单元包括射频接收、射频发射、梯度波形产生以及通信卡的管理单元则负责接收管理消息，并把管理消息传给相应的执行部件。管理功能包含状态同步功能、错误汇报功能、射频接收机和发射机同步。

管理与交换单元中的管理单元通过状态同步的功能管理其他的硬件组成部件，管理与交换单元会广播每一次状态消息。谱仪的其他组成部件比如射频发射单元、射频接收单元、梯度波形产生单元等收到状态消息后会切换到相应的状态，从而使得整个谱仪能够同步到同一的状态，使得各组成部件能够组成一个有机整体，谱仪的组成部件知道什么状态下允许运行，什么状态下必须立即停止运行，保护好现场，以便上位机的诊断。

状态同步功能采用状态机的方式实现，包含谱仪就绪、谱仪出错、运行状态三个状态，这些状态机可以根据具体实现的需要做进一步的扩展和优化。

谱仪系统上电后，该状态机处于谱仪就绪状态。运行在序列主机或者图像重建计算机的硬件监控软件完成硬件检查后，如果硬件配置完整，各组成部件硬件正常后，给管理与交换单元发送允许运行的消息，管理与交换单元进入谱仪运行状态。

在谱仪运行状态，用户可以进行扫描，当谱仪的任何部件出现问题时，管理与交换单元进入谱仪出错状态。在该状态用户会收到错误提醒，用户可以读取错误状态寄存器获得错误原因，在谱仪出错的状态下，排除问题后可以通过复位谱仪的方式使其重新进入谱仪就绪状态，状态过程如图8。

当谱仪系统的任何组成单元或模块出现错误时，该单元或模块会向管理与交换单元汇报错误，管理与交换单元会把当前状态更改为谱仪出错状态，并广播该状态，则正在运行的设备、单元、模块就会立即停止运行。对于序列计算机或图像重建计算机，该错误状态会通过中断的方式汇报给序列计算机和图像重建计算机，再进一步汇报给扫描计算机，通知给用户。

射频接收和射频发送的同步管理功能只能运行在谱仪运行状态下，为了保护接收机，射频发射机和射频接收不能同时工作。在射频发射的时候，射频接收机必须处于失谐状态，在射频发射完又必须使射频接收调谐，开始接收磁共振信号，这种接收机和发射机协调工作是由管理和交换单元来完成的。

交互过程是序列计算机向射频发射机下发硬件参数序列，射频发射机的管理单元在收到一个扫描序列后，该管理单元会向管理和交换单元发送发射申请的消息；管理和交换单元的管理单元收到该消息后会给所有的接收机发送给射频接收机失谐的命令；射频接收机的管理单元收到通知接收到该接收机的接收线圈失谐；在收到接收线圈已经失谐的消息后，射频接收机的管理单元会向管理和交换单元发送接收线圈已经失谐的消息；管理和交换单元在判断每一个接收机都汇报了线圈状态后，通知射频发射机可以发射，这时射频发射机就可以发射射频激励波形；在射频激励波形发射完毕后，射频发射机的管理单元会向管理和交换单元发送射频发射完毕的消息；管理和交换单元收到该消息后，给射频接收机发送开始接收命令，从而完成一个序列的扫描，如图9，该消息状态可以为了消息的可靠性接收进行进一步优化。

本申请实施例提供了一种高实时性磁共振谱仪系统，该系统的组成部件高度耦合，并且使用硬件管理谱仪组件部件的方式，使得系统的响应速度更快、稳定更高、调试更方便、安全性更高。并且可以省去高性能的控制计算机，降低了磁共振谱仪的成本，便于组成部件的分散布局。高实时性磁共振谱仪系统的管理方法使用硬件方式协调射频接收和发射单元的运行、速度更快、延时更小。

本申请实施例还提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法。

图10为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备500包括：处理器50，存储器51，总线52和通信接口53，所述处理器50、通信接口53和存储器51通过总线52连接；处理器50用于执行存储器51中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器51可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口53(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线52可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器51用于存储程序，所述处理器50在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器50中，或者由处理器50实现。

处理器50可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器50中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器50可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器51，处理器50读取存储器51中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

对应于上述方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述方法的步骤。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。