一体化核磁共振谱仪的软件系统设计

摘要

本课题组提出了一种一体化核磁共振谱仪的设计方案，该方案是将核磁共振成像系统中的脉冲序列发生器、频率源、梯度波形发生器、接收机等几个主要模块电路设计在同一块电路板上，这样可以降低谱仪成本，提高集成度。该谱仪采用ARM和FPGA相结合的硬件设计平台，移植了嵌入式Linux操作系统，并根据谱仪的硬件设计添加了所需的设备驱动程序，还开发了相应的应用程序。
　　 该谱仪可以增加诸如键盘输入、液晶显示、打印接口等更加丰富的扩展功能，因此，该谱仪就相当于一个具有特定功能的嵌入式设备，可以应用于工业样品检测等领域。结合PC机上开发的界面控制软件，该谱仪又相当于一个实时控制脉冲序列运行的前端设备，它首先接收PC机发送过来的脉冲序列数据，然后运行脉冲序列，等脉冲序列执行完成，再将接收到的磁共振信号传给PC机，将运算量极大的数据计算和处理工作全部交给PC机来完成，这样可以最大化的发挥谱仪的功能，提高谱仪运行的效率，保证实时性。PC机端选择在Windows平台下开发界面控制软件，利用网络控制谱仪工作。
　　 一体化核磁共振谱仪的软件系统设计主要分成两个部分，一部分是谱仪软件，包括安装在谱仪上的嵌入式Linux操作系统和实时控制软件；另外一部分是PC机界面控制软件，它的主要功能有脉冲序列选择，实验参数设定，实时显示磁共振信号和数据后处理等。两部分软件之间利用socket进行网络通信，采用TCP/IP协议，这样既能保证数据传输的可靠性又可以达到较高的数据传输速率。利用网络通信，该谱仪还可以接受远程操控和系统升级。本文具体阐述了一体化核磁共振谱仪软件系统的设计思路和设计方法，对该软件系统进行了实验测试，并对实验结果进行了讨论。