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。

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。

磁共振成像系统由很多子部件组成，具体包括：磁共振谱仪、磁体、床体、梯度功放、射频功放、水冷、接收线圈和扫描操作台等。谱仪是磁共振成像系统的核心部件，一个典型的谱仪系统通常包括图1所示的以下结构：扫描计算机、序列计算机、图像重建计算机、控制计算机、序列脉冲发生器、射频发射模块、射频接收模块、梯度波形产生模块等结构。

磁共振信号是个微弱的电压信号，所以磁共振信号，特别是高场的磁共振信号在同轴电缆上传输损耗很大。并且磁共振信号在同轴电缆上传输会引入额外的噪声，所以存在把谱仪的接收设备放置在磁体间的需求，在磁体间就把磁共振信号转变成数字信号，这样就解决了磁共振信号的传输问题。现有的谱仪都能实现通过光纤接口把射频接收设备布局到磁体间，比如：基于工控机的结构设计了一块通信卡，通信卡通过插槽和主机通信，通过光纤接口和接收设备通信；又比如，采用单板结构，板上实现了一个或数个光接口，通过该接口实现把接收板布局到磁体间。

但是现有谱仪的工作方式依然是在同步序列脉冲的触发下运行，具体来说就是序列主机通过谱仪网络把序列数据下发到梯度波形产生模块以及射频发射模块的内存里，然后在序列脉冲的触发下把序列数据转换序列波形并输出这个波形。

谱仪的射频接收和射频发射是相位相干的，谱仪的组成单元集中布局在设备间时，由于布线较短、布线的延时不会很大，所以不会对相位相干造成影响。但是如果谱仪的射频接收布局到磁体间，谱仪的接收和发射相位相差就会很大。现有的谱仪通常只是单纯地把射频收发设备布局磁体间，并没有解决路径加大带来的相位问题。而且随着磁共振技术的发展，接收通道数越来越多，接收机越来越多，相位作为磁共振系统成像的重要信息，其偏差会带来图像的伪影，严重影响图像的质量。

基于此，本发明实施例提供了一种分布式磁共振谱仪系统和同步方法，以缓解了现有技术中磁共振谱仪系统布局导致的相位偏差较大以及图像质量低的技术问题。

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分布式磁共振谱仪系统进行详细介绍，参见图2所示的一种分布式磁共振谱仪系统的结构示意图，该系统主要包括：同步交换设备200、执行设备300和数据生成设备100。数据生成设备100与同步交换设备200连接，并将生成的数据发送至上述同步交换设备200；

上述同步交换设备200包括第一参考时钟模块210；上述同步交换设备200与上述执行设备300连接；上述同步交换设备200用于通过上述第一参考时钟模块向上述执行设备300发送基准信号。

该执行设备300包括：射频发射模块301、射频接收模块302和梯度波形产生模块303；上述同步交换设备200还用于基于上述基准信号实现上述射频发射模块、上述射频接收模块和上述梯度波形产生模块之间的时序同步和数据交换。

此外，在一种实施例中，参见图3，该分布式磁共振谱仪系统还包括图像重建模块130，上述数据生成设备100包括：扫描模块110和序列模块120；上述扫描模块110与上述序列模块120、上述图像重建模块130分别连接。

上述扫描模块110用于基于输入数据产生扫描序列，并将上述扫描序列发送至上述序列模块120；上述序列模块120和上述图像重建模块130分别通过通信卡单元与上述同步交换设备200连接；上述序列模块120用于将上述扫描序列编译为硬件参数序列并发送至上述同步交换设备200；上述同步交换设备200用于基于上述硬件参数序列的数据类型，通过高速数据接口将上述硬件参数序列发送至上述执行设备300；上述执行设备300用于基于上述硬件参数序列产生相应的波形，将上述波形转换为数字磁共振数据并发送至上述同步交换设备200；上述同步交换设备200还用于将上述数字磁共振数据发送至上述图像重建模块130；上述图像重建模块130用于基于上述同步交换设备200发送的上述数字磁共振数据，进行图像重建，并将重建后的图像发送至上述扫描模块110呈现。

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可以是单独的计算机，即：扫描计算机、序列计算机和图像重建计算机。

另外，在图3所示的实施例中，上述系统还包括门控模块140，上述门控模块140通过低速数据接口与上述同步交换设备200连接；该门控模块140用于产生门控数据，并通过上述同步交换设备200将上述门控数据发送至上述序列模块120，以使上述序列模块120基于上述门控数据发送上述硬件参数序列。

作为一个具体的示例，同步交换设备可以由图4所示的以下结构组成：第一参考时钟模块210、同步交换FPGA模块220、第一低速接口230以及若干个第一高速接口240；上述同步交换FPGA模块220分别与上述第一低速接口230、若干个上述第一高速接口240和上述第一参考时钟模块210连接。

进一步的，上述同步交换FPGA模块220的结构如图5所示：第一时序同步单元221、数据交换单元222、第二低速接口223、若干个第二高速接口224以及与若干个上述第二高速接口224连接的若干个同步交换数据复用单元225；上述第一低速接口230与上述第二低速接口223连接，若干个上述第一高速接口240与若干个上述第二高速接口224分别连接。

另外，第一参考时钟模块具体可以包括：时钟产生器211、恒温晶体振荡器212、时钟分发器213以及若干个SMA接口214；其中，时钟产生器211的一端与同步交换FPGA模块220连接；时钟产生器211的另一端与恒温晶体振荡器212的输出端连接；恒温晶体振荡器212的输出端与时钟分发器213连接；时钟分发器213的输出端与若干个SMA接口214连接(参见图6)。

参见图4所示的一种同步交换设备的结构框图，该同步交换设备还可以包括电源网络250和与同步交换FPGA模块连接的电平转换模块260，以及与该电平转换模块连接的调试串口261。

此外，在执行设备中也存在上述同步交换FPGA模块中的时序同步单元的结构，即，在一种实施例中，上述执行设备可以包括第二时序同步单元，上述第二时序同步单元与同步交换设备中的第一时序同步单元共同产生基准信号。

作为一个具体的示例，执行设备的结构如图7所示。一种执行设备300的具体结构包括：第三高速接口310、执行FPGA模块320、模拟电路330、时钟产生电路340以及与该时钟产生电路340相连接的SMA接口。执行FPGA模块320与第三高速接口310、模拟电路330和时钟产生电路340分别相连。

其中，执行FPGA模块320包括：第四高速接口321、执行数据复用单元322、FIFO存储器323、第二时序同步单元324、执行逻辑单元325。第四高速接口321的两端分别与第三高速接口310和执行数据复用单元322连接；执行数据复用单元322与FIFO存储器323和第二时序同步单元324分别连接；第二时序同步单元324与执行逻辑单元325连接；执行逻辑单元325还与FIFO存储器323连接。

通常，时序同步单元采用状态机的方式实现，状态机可以根据具体实现的需要做进一步的调整和优化。

在一种实施例中，上述第一时序同步单元包括：初始状态、链路校准状态、运行状态和错误状态。当上述磁共振谱仪系统上电后，上述第一时序同步单元处于初始状态；当上述磁共振谱仪系统通过硬件检查并向上述第一时序同步单元发送检查消息后，上述第一时序同步单元处于链路校准状态；上述第一时序同步单元在上述链路校准状态下对高速接口进行延时测试，如果上述延时测试的结果为失败，则上述第一时序同步单元进入上述错误状态；如果上述延时测试的结果为成功，则进行链路延时值转移后，上述第一时序同步单元进入运行状态。

本发明提供了一种分布式磁共振谱仪系统，该系统包括同步交换设备、执行设备和数据生成设备；数据生成设备与同步交换设备连接，并将生成的数据发送至同步交换设备；同步交换设备用于通过第一参考时钟模块向执行设备发送基准信号；执行设备包括：射频发射模块、射频接收模块和梯度波形产生模块；同步交换设备还用于基于基准信号实现射频发射模块、射频接收模块和梯度波形产生模块之间的时序同步和数据交换。该系统解决了现有磁共振谱仪系统布局导致的相位偏差较大以及图像质量低的技术问题，达到了提高相位同步稳定性的技术效果。

本申请实施例还提供了一种分布式磁共振谱仪系统的同步方法，该方法包括：

S10：同步交换设备的第一时序同步单元产生基准信号，并通过第一参考时钟模块发送至执行设备；上述执行设备包括：射频发射模块、射频接收模块和梯度波形产生模块；

S20：基于上述基准信号实现上述射频发射模块、上述射频接收模块和上述梯度波形产生模块之间的时序同步和数据交换。

在一种实施例中，该方法还包括：扫描模块基于输入数据产生扫描序列，并将上述扫描序列发送至序列模块；上述序列模块将上述扫描序列编译为硬件参数序列并发送至同步交换设备；上述同步交换设备基于上述硬件参数序列的数据类型，通过高速数据接口将上述硬件参数序列发送至执行设备；上述同步交换设备将数字磁共振数据发送至图像重建模块；上述图像重建模块基于上述同步交换设备发送的上述数字磁共振数据，进行图像重建，并将重建后的图像发送至上述扫描模块呈现。

作为一个具体的示例，本申请实施例提供了一种分布式磁共振谱仪系统，该系统包括：扫描计算机、序列计算机、重建计算机、同步交换设备、射频发射模块、梯度波形产生模块、射频接收模块和门控单元。

同步交换设备和与序列计算机、图像重建计算机、射频发射模块、梯度波形产生模块以及射频接收模块分别通过高速接口连接，与门控单元通过低速接口连接。另外，同步交换设备为射频发射模块、射频接收模块和梯度波形产生模块提供一个高精度低抖动的参考时钟，该时钟以同轴电缆作为连接线。

扫描计算机可以通过网络或者其他高速接口与序列计算机、图像重建计算机连接。图像重建计算机与扫描计算机可以共用同一计算机。射频发射模块、梯度波形产生模块、射频接收模块以及门控单元的一种或多种可以集成到同步交换设备。

同步交换设备的接口主要有高速数据接口、低速数据接口和时钟接口。同步交换设备向系统中的各个组成设备或模块发送基准信号，并且实现各组成设备或模块间的数据交换。

同步交换设备的FPGA固件的模块主要包括数据交换单元、第一时序同步单元、同步交换数据复用单元等。其中数据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；第一时序同步单元用于和其他组件的同步时序单元(如执行设备的第二时序同步单元)配合，共同产生时序基准信号；同步交换数据复用单元把来自时序同步单元和数据交换单元的数据复用到一个通道，并且赋予时序同步单元的数据具有最高优先权，避免同步数据受业务数据的影响。

进一步的，分布式磁共振谱仪系统的同步方法主要通过组成该谱仪系统的各个设备中的时序同步单元来实现，即，同步交换设备中的第一时序同步单元以及各个执行设备中的第二时序同步单元等。具体表现为，时序同步单元采用状态机的方式实现，包括初始状态、链路校准状态、运行状态和错误状态四种状态，上述四种状态的实现及状态间的切换过程如下：

上述分布式磁共振谱仪系统上电后，该状态机处于初始状态。

运行在序列主机或者图像重建主机的硬件监控软件完成硬件检查后，对同步交换设备发送谱仪系统设备完整的消息，时序同步单元获得该消息后进入链路校准状态。

在链路校准状态下，时序同步单元会测试量高速端口接线的延时，即：时序同步单元向端口发出链路延时测试的数据包并同时启动计数，对端的设备可能是射频发射模块、射频接收模块或梯度波形产生模块，收到这个数据后立即反馈收到该数据包，同步交换设备收到反馈后，停止计数，这个数除2，就是这条链路的路径延时。

测试完成后，如果失败(比如超时、测量值过大或过小)，时序同步单元会进入出错状态；如果测试成功，硬件监控软件读取该计数值，并写入对端设备的相应寄存器里，在完成链路延时值转移后，硬件监控软件发送允许运行的消息使得时序同步单元进入运行状态。

谱仪可以在运行状态下进行扫描，序列主机可以把每一次扫描分割成若干个序列片段，每一个序列片段对应于基准点，也可以一次扫描就发送一次基准点，这时的基准点可以称为扫描的起始点。序列主机先设置完基准点后再发送序列片段，这样，执行设备(射频接收模块、射频发送单元、梯度波形产生模块)就可以以基准点产生波形和接收磁共振数据。在运行状态下，监控软件如果认为链路延时值不正确，可以通知同步单元重新测试。图8显示了时序同步单元的状态转移示意图，表1示出了时序同步单元的状态转移条件表。

表1-时序同步单元的状态转移条件表

同步交换设备在运行状态下，会向连接有射频发射模块、射频接收模块和梯度波形产生模块的端口同时发送产生基准点消息。相应的设备收到该消息后，返回收到该消息的反馈，并根据链路长度作不同的延时。

其中，这个不同的延时为总延时减去路径长度，总延时是一个经验值，可以选择比最长度路径大一些的数值，从而得到该设备的基准点信号。不同设备的基准点信号与路径长度无关，每个设备间的基准点之间的偏差最大为一个系统时钟的精度。例如，假设总延时为30个时钟单位，射频接收模块的线缆长度为20个时钟单位，射频发射模块的线缆长度为10个时钟单位，经过不同的延时后，射频接收模块和射频发射模块能够产生偏差很小的基准点信号，图9显示了基准点信号的产生过程。同时延时一端时间后产生基准脉冲。

本申请实施例提供了一种分布式磁共振谱仪系统，该系统提供的分布式的谱仪架构解决了射频发射模块和射频接收模块的相位相干问题，降低了磁共振信号的相位信息偏差，提高了图像的质量。本申请实施例还提供了该谱仪系统组成部件之间的时序同步的方法，有利于实现更可靠的射频链路相位同步。

如图10所示，本申请实施例提供的一种电子设备400，包括：处理器40、存储器41、总线42和通信接口43，所述存储器41存储有所述处理器40可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器40与所述存储器41执行设备之间通过总线通信，所述处理器40执行所述机器可读指令，以执行如上述方法的步骤。

具体地，上述存储器41和处理器40能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器40运行存储器41存储的计算机程序时，能够执行上述方法。

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，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。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。