计算机系统与谱仪

计算机系统属于MRI仪的大脑，控制着MRI仪的射频脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。磁共振设备的发展，同计算机科学的发展有非常紧密的联系。计算机硬件处理速度的提高，特别是并行总线和并行CPU处理技术的发展，使得磁共振设备可以生成更复杂的扫描序列，并可计算步骤更多的后处理算法（如PROPELLER等）。计算机技术的发展还显著减轻了并行采集及后处理数据引起的数据负担，使实时高分辨快速成像技术的临床应用成为可能。计算机操作系统、软件平台的升级，不仅能支持更友好的用户界面，还增加了磁共振系统的稳定性，可以控制更多的硬件设备，实现更复杂的图像显示、三维重建功能，同时还可以储存、传输更大容量的数据。除去传统意义上用户操作所打交道的计算机系统，磁共振系统作为一个整体，其软件控制流程也是实现其功能的重要环节。笔者将以GE公司的计算机系统为例做简要介绍，希望有助于读者对磁共振系统的整体理解。

典型的磁共振控制系统（又称谱仪系统）如图1-4-1所示：

图1-4-1　GE公司的磁共振控制系统（谱仪）结构

其中主要子系统按从右向左顺序分别为：

1．SCP（scan control processor）　扫描控制系统。产生序列脉冲的全部硬件开关信号，控制全部硬件（射频，梯度，采样，重建）的开始及结束时间点。

2．TRF（trigger and rotational function board）　定位引起的坐标旋转变换，对应梯度的控制，以及对SRF的触发控制。

3．SRF（sequence related function board）　序列相关调制系统。负责序列中梯度系统涡流校正补偿及对梯度的触发控制。

4．IRF（interface related function board）　发射射频控制器。负责主时钟的同步，控制发射射频系统的中心频率、起始中止时间、相位调制以及信号强度。

5．DRF（digital receiver filter）　数字滤波器。对由IRF发送来的采集数据，进行频率解调，去除掉载波频率，同时进行一定的降噪处理。

6．APS（acquisition processing subsystem）　采样处理子系统。根据主机序列所对应的扫描参数，负责对采集的数据按K空间顺序、层面关系及平均次数排序组合，并把排列好的K空间发送给重建处理器。

7．Reflex AP　重建处理器。专门负责对原始数据进行傅里叶变换。以GE HD系统为例，共有16块处理器，每块处理器均独立负责一路采集通道。

一个磁共振序列编辑完成后，当用户点击“DOWNLOAD”按钮，则此序列对应的全部射频、梯度、采样点的开始、截至位置就会被分别传送给IRF，SRF及DRF，并由SCP统一控制这些分系统的开始与结束。SRF还会咨询TRF获得校正后的梯度强度数据。当扫描开始后，由各个线圈通道采集到的数据会经IRF派送给不同的DRF做信号解调及过滤，并把过滤好的信号，按APS指定的位置，填放于特定的内存空间，亦即每层图像对应的K空间。当收到某组扫描结束的信号后，APS会指派Reflex AP去重建此内存空间，获得对应的图像数据。这组图像再传回APS，进行后期数据处理，如梯度变形校正、并行采集重建、实时ADC计算、三维重建、旋转等。最后，将这些图像再传回主机的数据库储存、显示，完成此序列的扫描。