KR100343215B1

KR100343215B1 - A scan processor in a magnetic resonance imaging apparatus

Info

Publication number: KR100343215B1
Application number: KR1019970041969A
Authority: KR
Inventors: 조현화; 이완; 임용규
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 2002-08-22
Also published as: KR19990018743A

Abstract

PURPOSE: A scan processor of a magnetic resonance imaging system is provided to reduce the complexity of system by using a digital signal processor to generate waveform in real-time. CONSTITUTION: An image processing unit(11) collects image data and reconstructs an image from the collected image data. A waveform generator(12) generates a pulse sequence comprised of an RF(Radio Frequency) pulse and a gradient pulse generated from wave data inputted by a host. A signal converting unit converts the digital pulse sequence into an analog form to output it to an RF modulator(15) and a gradient amplifier(17) and converts an analog signal inputted from the RF modulator(15) into a digital signal to output it as the image data. A noise blocking unit(14) transmits the image data inputted from the signal converting unit to the image processing unit(11) in the form of a light and transfers the pulse sequence inputted from the waveform generator(12) to the signal converting unit in the form of a light.

Description

자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서{A scan processor in a magnetic resonance imaging apparatus}A scan processor in a magnetic resonance imaging apparatus

본 발명은 자기공명영상(magnetic resonance imaging) 시스템의 스캔 프로세서(scan processor)에 관한 것으로서, 더 상세히는 자기공명영상 촬영을 위하여 RF(radio frequency) 펄스 및 경사자계(gradient magnetic field)를 발생시키고, 데이터를 수집하여 영상을 실시간으로 구성하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서(scan processor)에 관한 것이다.The present invention relates to a scan processor of a magnetic resonance imaging system, and more particularly, to generate a radio frequency (RF) pulse and a gradient magnetic field for magnetic resonance imaging, The present invention relates to a scan processor of a magnetic resonance imaging system that collects data and constructs an image in real time.

자기공명영상 시스템은 각종 질병을 진단하기 위해 널리 사용되는 의료장비중의 하나이다. 이 시스템은 X레이 CT(computed tomography:컴퓨터 단층촬영)에 비해 인체에 무해한 자기장을 이용함으로써 장시간 촬영이나 빈번한 촬영에도 해롭지 않다. 이와 같은 자기공명영상 시스템은 X,Y,Z축 상의 임의의 방향으로 또는 임의의 위치에서 2차원 및 3차원 영상을 얻을 수 있고, 강력한 외부 자장에 의해 자화되어 일정한 주파수로 회전하는 양자에 동일한 회전수의 고주파 신호를 인가한 후, 양자로부터 얻어지는 미약한 신호, 즉 자기공명에 의한 신호를 받아서 영상화하는 진단용 촬영장치이다. 따라서, 시스템에서 중요한 요소로는 양자를 자화시키는 자석과, 이 자석에 의해 자화된 양자에 고주파(RF)를 인가하고, 양자에서 나오는 미세한 신호를 얻는 RF코일, 그리고 원하는 물체의 위치정보와 신호획득을 위한 경사자장 등을 들 수 있다.Magnetic resonance imaging system is one of the widely used medical equipment for diagnosing various diseases. Compared to X-ray computed tomography (CT), the system uses a magnetic field that is harmless to the human body, so it is not harmful for long or frequent shooting. Such a magnetic resonance imaging system can obtain two-dimensional and three-dimensional images in any direction or at any position on the X, Y, and Z axes, and is rotated at a constant frequency by being magnetized by a powerful external magnetic field. After applying a number of high-frequency signals, it is a diagnostic imaging device for receiving and imaging a weak signal obtained from both, that is, a signal by magnetic resonance. Therefore, the important elements in the system are magnets that magnetize quantum, RF coils that apply high frequency (RF) to the magnetized by these magnets, obtain minute signals from them, and position information and signal acquisition of desired objects. And a gradient magnetic field for the.

이상과 같은 자기공명영상 시스템에서 스캔 프로세서는 시스템 전체의 구동과 제어를 수행하면서 펄스 시이퀀스(sequence)를 생성하여 원하는 물체에 이 펄스 시이퀀스를 인가하고, 이로 인해 발생되는 신호를 수집하여 영상을 얻는 장치이다. 이와 같은 스캔 프로세서는 RF 및 경사자계로 이루어진 펄스 시이퀀스 파형을 만들고, 이들의 정확한 타이밍을 제어하며, 수신 코일로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변경하여 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 영상을 재구성하는 역할을 한다. 또한, 최적의 공명상태를 유지할 수 있도록 중심 주파수를 정확히 제어하는 한편 각종 서버 시스템을 제어한다. 이와 같이 자기공명영상 시스템에 있어서 핵심적인 역할을 수행하는 스캔 프로세서는, 다양한 영상을 얻을 수 있도록 펄스 시이퀀스를 유연하게 만들 수 있어야 하며, 시스템에서 발생하는 잡음을 최대한 억제하여 데이터를 수집하고, 서버 시스템과의 확장성 및 모듈화, 시스템 성능의 최적화를 이룰 수 있어야 한다.In the magnetic resonance imaging system as described above, the scan processor generates a pulse sequence while driving and controlling the entire system, applies the pulse sequence to a desired object, and collects the resulting signal to collect an image. It is a device to get. Such a scan processor creates pulse sequence waveforms consisting of RF and gradient magnetic fields, controls their precise timing, converts analog signals input from the receiving coil into digital signals, collects data, and uses the collected data. It plays a role in reconstructing the image. In addition, the center frequency is precisely controlled and various server systems are controlled to maintain an optimal resonance state. As such, a scan processor that plays a key role in a magnetic resonance imaging system needs to be able to flexibly make pulse sequences to obtain various images, collect data by suppressing noise generated in the system as much as possible, It should be able to achieve scalability and modularity with the system and optimize system performance.

한편, 이상과 같은 자기공명영상 시스템에 있어서, 시스템 개발 시 중요한 고려 사항중의 하나는 고속영상의 획득이다. 고속영상을 얻기 위한 인자에는 경사자계의 세기, 경사자계 펄스의 상승(rise) 시간, AD(analog-to-digital) 컨버터의 샘플링 주기 등이 있다. 이와 같은 요소들은 시스템의 설계 과정에서 결정되는 것들로서 시스템이 목표하는 가격에 따라 결정되는 요소들이다. 즉, 원가와 비례하는요소이다. 이러한 요소를 제외하고, 고속영상 획득을 가능하게 하는 요소로 펄스 시이퀀스의 최적화와 유연한 구성을 들 수 있다. 종래 자기공명영상 시스템은 펄스의 모양, 세기 및 타이밍을 메모리에 저장하고, 제어기가 이 메모리에서 데이터를 가져와 DA(digital-to-analog) 컨버터를 통하여 펄스 시이퀀스를 발생시키는 구조로 되어 있다. 이와 같은 자기공명 시스템에서의 펄스 시이퀀스는 기본적으로 RF 펄스와 실렉션(selection), 리딩(reading) 및 코딩(coding)으로 불리는 3개의 경사자계 펄스로 구성된다. 따라서, 각 시간에 따른 데이터를 모두 가지고 있기 위해서는 많은 량의 메모리가 필요하다. 또한, 미리 정의된 데이터를 가지기 때문에 펄스 시이퀀스를 유연하게 설계하는 데는 한계를 가진다. 그리고, 비스듬한 영상을 얻기 위해서는 상기 실렉션, 리딩 및 코딩 경사자계가 합성된 형태로 출력되어야 하는데, 그와 같이 합성된 형태로 펄스 시이퀀스를 발생시키기 위해서는 각각의 경사자계 데이터를 합성하기 위한 별도의 회로가 부가되어야 한다. 또한, 경사자계는 코일의 구조나 잔류자계 등의 원인으로 세밀한 조정이 필요한데, 통상 이 조정량이 각 코일마다 동일하지 않다. 따라서, 동일한 실렉션 경사자계라 하더라도 X,Y,Z 코일에 가해질 때마다 약간씩 모양이 달라지게 되므로, 이를 고려하지 않은 단순한 파형의 합성은 펄스 시이퀀스의 유연한 구성을 저해하는 요인이 된다.On the other hand, in the magnetic resonance imaging system as described above, one of the important considerations when developing the system is the acquisition of high-speed image. Factors for obtaining a high-speed image include the strength of the gradient magnetic field, the rise time of the gradient magnetic pulse, the sampling period of the analog-to-digital converter, and the like. These factors are determined during the design process of the system and are determined by the price the system targets. That is, it is a factor proportional to the cost. Apart from these factors, the elements that enable high-speed image acquisition include optimization of the pulse sequence and flexible configuration. The conventional magnetic resonance imaging system has a structure in which the shape, intensity, and timing of a pulse are stored in a memory, and a controller takes data from the memory and generates a pulse sequence through a digital-to-analog (DA) converter. The pulse sequence in such a magnetic resonance system basically consists of RF pulses and three gradient magnetic pulses called selection, reading, and coding. Therefore, a large amount of memory is required to have all the data for each time. In addition, there is a limit in designing a pulse sequence flexibly because it has predefined data. In order to obtain an oblique image, the selection, reading, and coding gradient magnetic fields must be output in a synthesized form. In order to generate a pulse sequence in the synthesized form, separate gradients for synthesizing respective gradient magnetic field data are obtained. Circuitry must be added. Incidentally, the gradient magnetic field requires fine adjustment due to the structure of the coil, the residual magnetic field, and the like, but this adjustment amount is not the same for each coil. Therefore, even if the same selection gradient magnetic field is slightly changed every time it is applied to the X, Y, Z coil, simple waveform synthesis without this consideration is a factor that inhibits the flexible configuration of the pulse sequence.

한편, 고속영상 획득에 있어서 하나의 장애요인으로 영상재구성을 위한 시간을 들 수 있다. 수신 코일에 유도된 신호는 AD 컨버터를 거쳐 스캔 프로세서에 의하여 메모리에 저장되고, 2D-FFT(fast Fourier transform)를 통해 2D 영상을 얻을 수 있다. 그러나, 2D-FFT를 하기 위해서는 DRAM(dynamic RAM)의 반복적인 액세스가필요하며, 이에 많은 시간이 소요된다. 1D-FFT의 경우 DRAM 기능중의 하나인 FPM (fast page mode)을 사용하여 DRAM의 읽기/쓰기 시간을 줄일 수 있으나, 2D-FFT의 경우 연속된 데이터 액세스가 불가능하므로 FPM을 사용할 수 없다. 따라서, 영상의 빠른 재구성을 위해서 이 문제가 해결되어야 한다.On the other hand, one of the obstacles to high-speed image acquisition is the time for image reconstruction. The signal induced in the receiving coil is stored in a memory by a scan processor via an AD converter, and a 2D image can be obtained through 2D-FFT (fast Fourier transform). However, 2D-FFT requires repetitive access of DRAM (dynamic RAM), which takes a lot of time. In the case of 1D-FFT, the DRAM read / write time can be reduced by using fast page mode (FPM), which is one of the DRAM functions. Therefore, this problem must be solved for fast reconstruction of the image.

또한, 자기공명 영상 시스템의 개발에 있어서, 해결해야 할 과제중의 하나가 잡음에 대한 문제이다. 스캔 프로세서에는 디지탈 및 아날로그 회로가 공존하고 있고, 각 서버 시스템의 접속으로 인해 회로간의 상호 간섭은 S/N(signal/noise)비에 악영향을 미치게 된다.Also, in the development of a magnetic resonance imaging system, one of the problems to be solved is the problem of noise. Digital and analog circuits coexist in the scan processor, and the interconnection between circuits adversely affects the signal / noise ratio due to the connection of each server system.

본 발명은 상기의 문제점들을 감안하여 창출된 것으로서, 펄스 시이퀀스를 유연하게 만들 수 있고, 시스템의 잡음을 억제시킬 수 있는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a scan processor of a magnetic resonance imaging system capable of making a pulse sequence flexible and suppressing noise of a system.

도 1은 본 발명에 따른 자기공명영상 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a magnetic resonance imaging system according to the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 스캔 프로세서에서 영상처리부와 파형발생부의 본 발명에 의한 일 실시예의 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention in the image processor and the waveform generator in the scan processor shown in FIG.

도 3은 도 1에 도시된 노이즈 차단부에서 각 포토 커플러의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 구성도이다.3 is a block diagram of a preferred embodiment of the present invention of each photo coupler in the noise blocking unit shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따른 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서로부터 출력되는 펄스 시이퀀스의 파형도들이다.Figure 4 is a waveform diagram of the pulse sequence output from the scan processor of the magnetic resonance imaging system according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서의 파형발생부로부터 발생되는 경사자계의 벡터도이다.5 is a vector diagram of a gradient magnetic field generated from a waveform generator of a scan processor of a magnetic resonance imaging system according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서와 호스트와의 데이터 전송관계를 나타내 보인 개요도.6 is a schematic diagram showing a data transmission relationship between a scan processor and a host of a magnetic resonance imaging system according to the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10...(본 발명)스캔 프로세서 11...영상처리부10 ... (invention) scan processor 11 ... image processing unit

12...파형발생부 13...신호변환부12 ... waveform generator 13 ... signal converter

14...노이즈 차단부 11a,11b...DSP14 ... noise blocker 11a, 11b ... DSP

11m,11n...DRAM 11s,11t...SRAM11m, 11n ... DRAM 11s, 11t ... SRAM

12f,12s...제1,제2DSP 13a∼13e...DA컨버터12f, 12s ... 1st, 2nd DSP 13a to 13e ... DA converter

13f...AD컨버터 14a,14b,14c...포토커플러13f ... AD converter 14a, 14b, 14c ... Photocoupler

31...발광다이오드 32...포토트랜지스터31 ... Light Emitting Diode 32 ... Phototransistor

상기의 목적을 달성하기 위해, 호스트, RF 모듈레이터/디모듈레이터 및 경사자계 증폭기를 갖는 자기 공명 영상 시스템의 본 발명에 의한 스캔 프로세서는, 영상 데이터를 수집하고, 수집된 상기 영상 데이타로부터 영상을 재구성하는 영상처리부, 상기 호스트로부터 입력한 파형 데이타로부터 생성한 RF 펄스 및 경사자계 펄스로 이루어진 펄스 시퀀스를 발생하는 파형발생부, 디지탈 형태의 상기 펄스 시퀀스를 아날로그 형태로 변환하여 상기 RF 모듈레이터 및 상기 경사자계 증폭기로 출력하고, 상기 RF 디모듈레이터로부터 입력한 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 영상 데이타로서 출력하는 신호변환부 및 상기 신호 변환부로부터 입력한 상기 영상 데이타를 빛의 형태로 상기 영상 처리부로 보내고, 상기 파형 발생부로부터 입력한 상기 펄스 시퀀스를 빛의 형태로 상기 신호 변환부로 보내는 노이즈 차단부로 이루어지는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, a scan processor according to the present invention of a magnetic resonance imaging system having a host, an RF modulator / demodulator and a gradient magnetic amplifier collects image data and reconstructs an image from the collected image data. A waveform generator for generating a pulse sequence consisting of RF pulses and gradient magnetic field pulses generated from the waveform data input from the host; A signal converter for converting an analog signal input from the RF demodulator into a digital signal and outputting the digital signal as the image data; The above input from the generator It is preferable that the noise blocking unit sends a pulse sequence to the signal converter in the form of light.

더 나아가, 상기 파형발생부로부터 주파수 합성기를 제어하기 위한 인터페이스와, 외부 ECG의 파형발생부로의 입력을 위한 인터페이스가 더 마련되는 점에 특징이 있다.Furthermore, an interface for controlling the frequency synthesizer from the waveform generator and an interface for inputting the external ECG to the waveform generator are further provided.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 스캔 프로세서를 갖는 자기공명영상 시스템의 블록도로서, 호스트(9), 스캔 프로세서(10), RF 모듈레이터/디모듈레이터(15), 주파수 합성기(16) 및 경사자계 증폭기(17)로 구성된다.1 is a block diagram of a magnetic resonance imaging system having a scan processor according to the present invention, which includes a host 9, a scan processor 10, an RF modulator / demodulator 15, a frequency synthesizer 16, and a gradient magnetic amplifier 17. It is composed of

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서(10)는 크게 영상 처리부(11), 파형 발생부(12), 노이즈 차단부(14) 및 신호 변환부(13)로 구성된다. 여기서, 영상 처리부(11)는 영상 데이타를 수집하고, 수집된 영상 데이타로부터 영상을 재구성하고, 파형 발생부(12)는 호스트(9)로부터 입력한 파형 데이타로부터 RF 펄스 및 경사자계 펄스를 소프트웨어적으로 생성하고, 생성된 RF 펄스와 경사자계 펄스로 이루어진 펄스 시퀀스를 노이즈 차단부(14)로 출력한다. 이 때, 신호 변환부(13)는 노이즈 차단부(14)로부터 입력한 디지탈 형태의 펄스 시퀀스를 아날로그 형태로 변환하여 상기 RF 모듈레이터(15)와 경사자계 증폭기(17)로 출력하고, RF 디모듈레이터(15)로부터 입력한 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 영상 데이타로서 노이즈 차단부(14)로 출력한다. 여기서, 노이즈 차단부(14)는 신호 변환부(13)로부터 입력한 영상 데이타를 빛의 형태로 영상 처리부(11)로 보내고, 파형 발생부(12)로부터 입력한 펄스 시퀀스를 빛의 형태로 신호 변환부(13)로 보낸다.Referring to FIG. 1, the scan processor 10 of the magnetic resonance imaging system according to the present invention is largely comprised of an image processor 11, a waveform generator 12, a noise blocker 14, and a signal converter 13. do. Here, the image processor 11 collects image data, reconstructs the image from the collected image data, and the waveform generator 12 software-reduces RF pulses and gradient magnetic field pulses from waveform data input from the host 9. And a pulse sequence consisting of the generated RF pulses and gradient magnetic field pulses is output to the noise blocker 14. At this time, the signal converter 13 converts the digital pulse sequence input from the noise blocker 14 into an analog form and outputs the analog pulse output to the RF modulator 15 and the gradient magnetic field amplifier 17. The analog signal input from 15) is converted into a digital signal and output to the noise blocker 14 as video data. Here, the noise blocker 14 sends the image data input from the signal converter 13 to the image processor 11 in the form of light, and signals the pulse sequence input from the waveform generator 12 in the form of light. It sends to the conversion part 13.

상기 파형발생부(12)는 호스트(9)로부터 입력한 파형 데이타로부터 소프트웨어적으로 생성한 RF 펄스를 노이즈 차단부(14)로 출력하는 고속의 제1 디지탈 신호 처리부(DSP:Digital Signal Processor)(12f) 및 제1 DSP(12f)와 링커에 의해 연결되고 호스트(9)로부터 입력한 파형 데이타로부터 소프트웨어적으로 생성한 X,Y,Z의 3채널의 경사자계 펄스를 노이즈 차단부(14)로 출력하는 고속의 제2DSP(12s)로 구성된다. 특히, 상기 제1DSP(12f)는 내부의 타이머(미도시)에서 수행하는 타이밍 동작에 의해 펄스 시이퀀스의 주기(Tr)를 자체적으로 생성하여 상기 제2DSP(12s) 및 상기 영상처리부(11)의 2개의 DSP(11a)(11b)로 전송하고, 상기 제2DSP(12s)는 내부의 타이머(미도시)에서 수행되는 타이밍 동작에 의해 마스터 클락(MstClk)을 생성하여 상기 제1DSP(12f) 및 상기 영상처리부의 2개의 DSP(11a)(11b)로 전송한다. 그러므로, 4개의 DSP(11a)(11b)(12f)(12s)는 마스트 클럭(MstClk)과 주기(Tr)에 응답하여 서로 동기를 맞춘다. 또한, 상기 제1DSP(12f)는 RF 신호를 송출할 때 RF 채널을 열기 위한 TTL (transistor-transistor logic circuit) 레벨의 게이트(gate) 신호를 출력하도록 구성된다.The waveform generator 12 is a high speed digital signal processor (DSP) for outputting a software-generated RF pulse from the waveform data input from the host 9 to the noise blocker 14 (DSP) ( 12f) and three gradient magnetic field pulses of X, Y, Z generated by software from waveform data inputted from the host 9 and connected by the first DSP 12f and the linker to the noise blocker 14. It consists of the high speed 2DSP 12s which output. Particularly, the first DSP 12f generates a period Tr of a pulse sequence by itself by a timing operation performed by an internal timer (not shown) to generate the second DSP 12s and the image processor 11. The second DSP 12s generates a master clock MstClk by a timing operation performed by an internal timer (not shown), and transmits the two DSPs 11a and 11b to the first DSP 12f and the second DSP 12s. It transfers to two DSPs 11a and 11b of the image processing unit. Therefore, the four DSPs 11a, 11b, 12f and 12s synchronize with each other in response to the mast clock MstClk and the period Tr. In addition, the first DSP 12f is configured to output a gate signal of a transistor-transistor logic circuit (TTL) level for opening an RF channel when transmitting an RF signal.

여기서, 상기 영상처리부(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 수집된 영상 데이타로부터 영상을 재구성하기 위한 제3 및 제4 디지탈 신호 처리부(DSP)들(11a 및11b)과, 데이터 저장을 위한 메모리, 즉 동적 램(DRAM:Dynamic RAM)들(11m)(11n)과 정적 램(SRAM:static RAM)들(11s)(11t)로 구성된다. 이 때, DRAM과 SRAM은 상기 제3 및 제4 DSP들(11a 및 11b) 각각에 의해 엑세스되며, 대규모의 원(row:영상재구성전) 데이터는 DRAM(11m)(11n)에 저장되고, 중간결과는 SRAM(11s)(11t)에 저장된다. 특히, 상기 2개의 DSP(11a)(11b)는 이미지 재구성을 위한 시간을 줄이기 위해 링커에 의해 상호 병렬로 연결되며, 이에 따라 고속의 2D-FFT의 처리가 가능해 진다. 이 때, SRAM들(11s 및 11t)은 제3 및 제4 DSP들(11a 및 11b)간에 연결된 처리부간통신(IPC:Inter-Processor Communication)라인을 통해 서로간에 데이타를 공유한다. 여기서, 영상의 재구성을 위한 2D-FFT를 위해서 DRAM(11m)(11n)의 반복적인 액세스와 수학적 연산이 필요한데, 본 발명의 스캔 프로세서(10)에는 수학적 연산에 소요되는 시간을 극소화시키기 위해 DSP(11a)(11b)로서 고속 DSP를 사용한다. 그리고, 상기 DRAM(11m)(11n)에 존재하는 원(row) 데이터에 대한 반복적인 액세스는 상기 SRAM(11s)(11t)을 사용함으로써 최소화된다. 그리고, 영상 재구성에 소요되는 시간을 단축시키기 위하여 2D-FFT 과정중 행에 대한 FFT 시에는 DRAM(11m)(11n)의 'Fast Page Mode'를 사용하여 DRAM(11m)(11n)의 데이터 액세스 시간을 최소화하고, 이 FFT 결과를 SRAM(11s) (11t)에 저장하여, SRAM(11s)(11t)에서 열(column)에 대한 FFT를 수행하도록 구성된다. 또한, 일측 DSP(11a)에는 수신신호 입력단의 저역 필터 제어를 위한 인터페이스 회로 및 입력신호의 전압이득을 제어하기 위한 인터페이스 회로가 각각 마련된다.Here, the image processor 11 includes third and fourth digital signal processors (DSPs) 11a and 11b for reconstructing an image from the collected image data as shown in FIG. 2, and a memory for storing data. That is, it is composed of dynamic RAMs (DRAM) 11m and 11n and static RAMs (SRAM) 11s and 11t. At this time, DRAM and SRAM are accessed by each of the third and fourth DSPs 11a and 11b, and large-scale row (before image reconstruction) data is stored in DRAM 11m (11n), and intermediate The result is stored in the SRAM 11s 11t. In particular, the two DSPs (11a) (11b) are connected in parallel to each other by a linker to reduce the time for image reconstruction, thereby enabling high-speed 2D-FFT processing. At this time, the SRAMs 11s and 11t share data with each other through an Inter-Processor Communication (IPC) line connected between the third and fourth DSPs 11a and 11b. Here, the 2D-FFT for reconstruction of the image requires repetitive accesses and mathematical operations of the DRAMs 11m and 11n. The scan processor 10 of the present invention requires a DSP (Duplex) to minimize the time required for mathematical operations. A high speed DSP is used as 11a) 11b. And, repetitive access to the raw data present in the DRAMs 11m and 11n is minimized by using the SRAMs 11s and 11t. In order to shorten the time required for image reconstruction, the data access time of the DRAM 11m 11n is used by using the “Fast Page Mode” of the DRAM 11m 11n during the FFT of the row during the 2D-FFT process. Is minimized, and the FFT result is stored in the SRAM 11s 11t, so as to perform an FFT on a column in the SRAM 11s 11t. In addition, one side DSP 11a is provided with an interface circuit for controlling the low pass filter of the reception signal input terminal and an interface circuit for controlling the voltage gain of the input signal, respectively.

이상과 같은 영상처리부(11) 및 파형발생부(12)는 상기 호스트(9)의 확장 슬롯에 의해 호스트(9)와 각각 접속되며, 독립적으로 운영된다. 따라서, 영상처리부(11) 및 파형발생부(12)의 독립적 확장이 가능해 진다.The image processor 11 and the waveform generator 12 as described above are connected to the host 9 by expansion slots of the host 9, and operate independently. Therefore, the image processor 11 and the waveform generator 12 can be expanded independently.

상기 신호변환부(13)는 5개의 DA컨버터(13a∼13e)와 AD컨버터(13f)로 구성되고, 상기 노이즈 차단부(14)는 도 3에 도시된 바와 같이 전기신호를 광으로 변환하는 발광부로서의 발광다이오드(31)와, 광을 전기신호로 변환하는 수광부로서의 포토트랜지스터(32)로 구성된 포토커플러(photocoupler)(14a)(14b)(14c)로 구성된다. 영상처리부(11) 및 파형발생부(12)에 입출력되는 신호는 이 노이즈 차단부(14)를 통하여 입출력되며, 주파수 합성기(16)를 제어하기 위한 신호(Center Freq) 및 외부 트리거(trigger)로서의 ECG(electrocardiogram:심전도) 신호도 이 노이즈 차단부(14)를 통하여 입출력된다.The signal converter 13 is composed of five DA converters 13a to 13e and an AD converter 13f, and the noise blocking unit 14 emits light to convert an electrical signal into light, as shown in FIG. Photocouplers 14a, 14b and 14c constituted by a light emitting diode 31 as a negative portion and a phototransistor 32 as a light receiving portion for converting light into an electrical signal. Signals input and output to the image processor 11 and the waveform generator 12 are inputted and outputted through the noise blocker 14, and serve as signals (Center Freq) and external triggers for controlling the frequency synthesizer 16. An electrocardiogram (ECG) signal is also inputted and outputted through this noise blocking unit 14.

그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 MRI 장치의 스캔 프로세서의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.Then, the operation of the scan processor of the MRI apparatus according to the present invention having the above configuration will be briefly described.

파형발생부(12)는 2개의 고속 제1,제2DSP(12f)(12s)를 이용하여 도 4에 도시된 바와 같이 RF 펄스, 실렉션(selection), 리딩(reading) 및 코딩(coading)의 3채널(X,Y,Z) 경사자계 펄스(Gs,Gr,Gc) 및 게이트 신호(Gate)를 발생시킨다. 여기서, 이와 같은 펄스들을 생성하기 위해 필요한 파형 데이터는 호스트(9)상에서 정해진 프로토콜(protocol)에 의해 제1,제2DSP(12f)(12s)로 전달되며, 제1,제2DSP(12f)(12s)는 전달받은 데이터로 원하는 펄스 형태를 생성하게 된다. 예컨대, RF 펄스를 생성할 때 사용되며 호스트(9)로부터 제1 DSP(12f)로 입력되는 파형 데이타는 RF 펄스의 모양에 대한 정보인 밴드폭, 지속시간 및 높이 등과 시간에대한 RF 펄스 데이터 즉, 특정 시간에서의 RF 펄스의 모양 및 세기등을 포함하고, 경사자계 펄스를 생성할 때 사용되며 호스트(9)로부터 제2 DSP(12s)로 입력되는 파형 데이타는 매 시간에 대한 세기 정보를 포함한다. 그러면, 파형발생부(12)는 그와 같은 파형 데이터를 가지고 원하는 펄스 시이퀀스를 소프트웨어로 계산 및 출력한다. 따라서, 펄스 모양 및 시간에 대한 정보를 저장할 별도의 메모리를 필요로 하지 않게 된다. 또한, 비스듬한(oblique) 영상을 얻기 위한 실렉션, 리딩 및 코딩 경사자계(Gs,Gr,Gc)의 합성 로직을 소프트웨어에서 계산 및 처리함으로써 하드웨어가 단순해 진다. 여기서, X,Y,Z의 경사자계 Gx,Gy,Gz는 도 5에 도시된 바와 같이 각 축에 대한 실렉션, 리딩 및 코딩 성분의 합으로 계산되는데, 수식으로 표현해 보면 다음과 같다.The waveform generator 12 uses two high-speed first and second DSPs 12f and 12s as shown in FIG. 4 to convert the RF pulses, selections, readings, and codings. The three-channel (X, Y, Z) gradient magnetic field pulses (Gs, Gr, Gc) and the gate signal (Gate) are generated. Here, the waveform data necessary for generating such pulses is transmitted to the first and second DSP 12f and 12s by a protocol determined on the host 9, and the first and second DSP 12f and 12s are transmitted. ) Generates the desired pulse shape from the received data. For example, the waveform data used to generate the RF pulse and input to the first DSP 12f from the host 9 may be RF pulse data about time, such as bandwidth, duration and height, which are information on the shape of the RF pulse. , The shape and intensity of the RF pulse at a specific time, and used when generating the gradient magnetic field pulse and the waveform data input from the host 9 to the second DSP 12s includes the intensity information for each time. do. The waveform generator 12 then calculates and outputs the desired pulse sequence in software with such waveform data. Therefore, it does not need a separate memory to store information about the pulse shape and time. In addition, hardware is simplified by calculating and processing the synthesis logic of the selection, reading and coding gradient magnetic fields (Gs, Gr, Gc) to obtain oblique images in software. Here, the gradient magnetic fields Gx, Gy, and Gz of X, Y, and Z are calculated as the sum of the selection, reading, and coding components for each axis, as shown in FIG. 5.

Gx = Gxs + Gxr + GxcGx = Gxs + Gxr + Gxc

Gy = Gys + Gyr + GycGy = Gys + Gyr + Gyc

Gz = Gzs + Gzr + GzcGz = Gzs + Gzr + Gzc

위와 같이 계산된 펄스 시이퀀스(RF, Gx, Gy 및 Gz)는 DA컨버터(13c 및 13d)를 통해 출력된다. 그리고, RF 펄스 및 3개의 경사자계 펄스를 위한 전압 이득(TxGain, GxGain, GyGain 및 GzGain)도 파형발생부(12)에 의하여 발생되고, DA컨버터(13b 및 13e)를 통하여 출력된다.The pulse sequences RF, Gx, Gy and Gz calculated as above are output through the DA converters 13c and 13d. In addition, the voltage gains TxGain, GxGain, GyGain, and GzGain for the RF pulses and the three gradient magnetic field pulses are also generated by the waveform generator 12 and output through the DA converters 13b and 13e.

상기 영상처리부(11)와 파형발생부(12)의 동기는 도 2에 도시된 바와 같이 마스터 클락(MstClk)과 반복시간(repetition time:Tr-펄스 시이퀀스의 주기)에 의해 이루어진다. 이들 제어신호에 의해, 독립적으로 운영되는 상기 영상처리부(11)와 파형발생부(12)는 동일한 동기를 가지고 병렬 처리된다. 그리고, 이와 같은마스터 클락(MstClk)과 반복시간(Tr)은 DSP(11a)(11b)(12f)(12s) 내부의 타이머를 사용함으로써 외부 로직을 단순화시키게 되며, 마스터 클락(MstClk)은 폴링(polling) 작업으로 신호를 인식하고, 반복시간(Tr)은 인터럽트를 통하여 인식되어 진다. 영상처리부(11)와 파형발생부(12)를 구성하고 있는 DSP(11a)(11b)(12f)(12s)에는 도 6에 도시된 바와 같은 흐름으로 데이터가 전송된다. 즉, 사용자 인터페이스 소프트웨어(61)에서 정의한 영상 파라미터(parameter)를 만들고자 하는 파형의 스크립트(script) 파일로 출력한다. 그런 후, 이를 로더(loader)(62)에 넘겨, 로더(62)에서 데이터 구조를 생성하고 파형정보를 DSP(11a)(11b)(12f)(12s)에 2진수 데이터 구조로 다시 넘긴다. 이때, DSP(11a)(11b)(12f)(12s)에 전달되는 데이터에는 DSP(11a)(11b)(12f)(12s)를 구동하는 구동 소프트웨어(firmware) 및 자기공명영상을 위한 파라미터, 펄스 시이퀀스 데이터 등이 존재한다. 따라서, 이러한 파라미터를 가지고 DSP(11a)(11b)(12f)(12s)가 펄스 시이퀀스를 생성하게 되므로, 원하는 파형을 좀 더 유연하게 만들어 낼 수 있게 된다.As illustrated in FIG. 2, the image processor 11 and the waveform generator 12 are synchronized by a master clock MstClk and a repetition time (period of Tr-pulse sequence). By these control signals, the image processor 11 and the waveform generator 12, which operate independently, are processed in parallel with the same synchronization. The master clock MstClk and the repetition time Tr simplify the external logic by using a timer inside the DSPs 11a, 11b, 12f, and 12s, and the master clock MstClk is polled ( The signal is recognized by polling), and the repetition time (Tr) is recognized through the interrupt. Data is transmitted to the DSPs 11a, 11b, 12f and 12s constituting the image processor 11 and the waveform generator 12 in a flow as shown in FIG. In other words, an image parameter defined by the user interface software 61 is output as a script file of a waveform to be created. This is then passed to the loader 62, where the loader 62 generates a data structure and passes the waveform information back to the DSP 11a, 11b, 12f and 12s as a binary data structure. At this time, the data transmitted to the DSPs 11a, 11b, 12f, and 12s includes driving software for driving the DSPs 11a, 11b, 12f, and 12s, and parameters and pulses for magnetic resonance images. Sequence data and the like. Therefore, the DSP 11a, 11b, 12f, and 12s generate the pulse sequence with these parameters, which makes the desired waveform more flexible.

한편, 자기공명영상 시스템에서의 잡음에 대한 대책으로 본 발명의 스캔 프로세서(10)에서는 아날로그 회로(15, 16 및 17)와 디지탈 회로(11 및 12)와의 연결을 도 3에서와 같이 포토커플러(14a, 14b 및 14c)를 사용함으로써 모두 광학적으로 처리하고 있다. 따라서, 수신부와 송신부의 전기적 절연이 가능해지고, 신호는 완전히 한 방향으로만 전송이 가능하므로, 수신측의 조건변화가 송신측에는 전혀 영향을 미치지 않게 된다.On the other hand, as a countermeasure against noise in the magnetic resonance imaging system, in the scan processor 10 of the present invention, the connection between the analog circuits 15, 16, and 17 and the digital circuits 11 and 12 is performed as shown in FIG. All are optically processed by using 14a, 14b and 14c). Therefore, electrical isolation of the receiver and the transmitter is enabled, and the signal can be transmitted only in one direction, so that the change in the condition of the receiver does not affect the transmitter at all.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서는 미리 정의된 데이타 대신에 사용자에 의해 가변될 수 있는 파형 데이타를 이용하여 다양한 펄스 시이퀀스를 유연하게 만들수 있고, 그에 따라 빠른 DSP로 파형을 실시간으로 생성시킴으로써 시스템의 하드웨어를 단순화시킬 수 있고, 파형 정보를 위한 메모리의 축소에 따라 시스템의 제조비용을 절감할 수 있다. 그리고, 펄스 시이퀀스를 이루는 RF 펄스와 경사자계 펄스를 독립적으로 생성하므로, 펄스 시이퀀스의 유연한 개발 및 변형이 가능하고, 스캔 프로세서(10)의 기능별 독립적 구성이 가능하여 확장성을 높일 수 있다. 또한, 고속의 DSP(11a)(11b)(12f)(12s)와 SRAM(11s)(11t) 및 DRAM(11m)(11n)의 구성으로 실시간 영상 재구성이 가능하고, 포토 커플러에 의해 회로에서 노이즈를 차단시킴으로써 S/N비를 높일 수 있다. 그리고, 마스터 클락(MstClk)과 반복시간(Tr)을 DSP 내부 타이머로 생성하여 4개의 DSP들(11a, 11b, 12f 및 12s)간에 동기를 맞춤으로써 병렬 프로세싱을 가능하게 하고 클락 발생을 위한 하드웨어의 추가를 축소시켰다. 뿐만 아니라, 외부 ECG의 입력 인터페이스가 마련되어 있어 심장의 상태에 따른 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.As described above, the scan processor of the magnetic resonance imaging system according to the present invention can flexibly create various pulse sequences using waveform data that can be changed by a user instead of predefined data, and thus, a fast DSP Generating waveforms in real time can simplify the hardware of the system and reduce the manufacturing cost of the system by reducing the memory for waveform information. In addition, since the RF pulse and the gradient magnetic field pulse which form the pulse sequence are independently generated, the pulse sequence can be flexibly developed and modified, and the scan processor 10 can be independently configured for each function, thereby improving scalability. In addition, high-speed DSPs 11a, 11b, 12f, 12s, SRAMs 11s, 11t, and DRAMs 11m, 11n enable real-time image reconstruction, and noise is generated in the circuit by a photo coupler. By blocking the S / N ratio can be increased. The master clock (MstClk) and the repetition time (Tr) are generated by the DSP internal timer to synchronize the four DSPs (11a, 11b, 12f and 12s) to enable parallel processing and The addition was reduced. In addition, the input interface of the external ECG is provided, there is an advantage that can be obtained according to the state of the heart.

Claims

호스트, RF 모듈레이터/디모듈레이터 및 경사자계 증폭기를 갖는 자기 공명 영상 시스템의 스캔 프로세서에 있어서,A scan processor in a magnetic resonance imaging system having a host, an RF modulator / demodulator, and a gradient magnetic amplifier,

영상 데이터를 수집하고, 수집된 상기 영상 데이타로부터 영상을 재구성하는 영상처리부와;An image processor for collecting image data and reconstructing the image from the collected image data;

상기 호스트로부터 입력한 파형 데이타로부터 생성한 RF 펄스 및 경사자계 펄스로 이루어진 펄스 시퀀스를 발생하는 파형발생부와;A waveform generator for generating a pulse sequence consisting of RF pulses and gradient magnetic field pulses generated from waveform data input from the host;

디지탈 형태의 상기 펄스 시퀀스를 아날로그 형태로 변환하여 상기 RF 모듈레이터 및 상기 경사자계 증폭기로 출력하고, 상기 RF 디모듈레이터로부터 입력한 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 영상 데이타로서 출력하는 신호변환부; 및A signal converter for converting the pulse sequence in a digital form into an analog form and outputting the analog signal to the RF modulator and the gradient magnetic amplifier, converting the analog signal input from the RF demodulator into a digital signal and outputting the digital signal as the image data; And

상기 신호 변환부로부터 입력한 상기 영상 데이타를 빛의 형태로 상기 영상 처리부로 보내고, 상기 파형 발생부로부터 입력한 상기 펄스 시퀀스를 빛의 형태로 상기 신호 변환부로 보내는 노이즈 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서.And a noise blocker to transmit the image data input from the signal converter to the image processor in the form of light and to send the pulse sequence input from the waveform generator to the signal converter in the form of light. Scan processor in magnetic resonance imaging system.

제1항에 있어서, 상기 RF 펄스를 생성할 때 사용되는 상기 파형 데이타는 상기 RF 펄스의 모양에 대한 정보인 밴드폭, 지속시간 및 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서.The scan processor of claim 1, wherein the waveform data used when generating the RF pulse has a bandwidth, a duration, and a height that are information about the shape of the RF pulse.

제1항에 있어서, 상기 경사자계 펄스를 생성할 때 사용되는 상기 파형 데이타는 촬영 대상의 방향 및 세기를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서.The scan processor of claim 1, wherein the waveform data used when generating the gradient magnetic field pulse has a direction and an intensity of an object to be photographed.

제1항에 있어서, 상기 파형 발생부는The method of claim 1, wherein the waveform generator

상기 호스트로부터 입력한 상기 파형 데이타로부터 상기 RF 펄스를 생성하여 상기 노이즈 차단부로 출력하는 제1 디지탈 신호 처리부; 및A first digital signal processing unit generating the RF pulse from the waveform data input from the host and outputting the RF pulse to the noise blocking unit; And

상기 제1 디지탈 신호 처리부와 링커에 의해 연결되고, 상기 호스트로부터 입력한 상기 파형 데이타로부터 상기 경사자계 펄스를 생성하여 상기 노이즈 차단부로 출력하는 제2 디지탈 신호 처리부를 포함하고,A second digital signal processor connected to the first digital signal processor by a linker and generating the gradient magnetic field pulse from the waveform data input from the host and outputting the gradient magnetic field pulse to the noise blocker;

상기 제1 디지탈 신호 처리부는 내부의 타이밍 동작에 의해 상기 펄스 시이퀀스의 주기를 자체적으로 생성하여 상기 제2 디지탈 신호 처리부 및 상기 영상처리부로 전송하고, 상기 제2 디지탈 신호 처리부는 내부의 타이밍 동작에 의해 마스터 클락을 자체적으로 생성하여 상기 제1 디지탈 신호 처리부 및 상기 영상처리부로 전송하고, 상기 제1 및 상기 제2 디지탈 신호 처리부들과 상기 영상 처리부는 상기 주기 및 상기 마스트 클락에 응답하여 동기되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서.The first digital signal processor generates a period of the pulse sequence by itself and transmits the period to the second digital signal processor and the image processor, and the second digital signal processor is coupled to an internal timing operation. Generate a master clock by itself and transmit the master clock to the first digital signal processing unit and the image processing unit, and the first and second digital signal processing units and the image processing unit are synchronized in response to the period and the master clock. A scan processor of a magnetic resonance imaging system.

제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 영상 처리부는The image processing apparatus of claim 1, wherein the image processing unit

링커에 의해 서로 병렬로 연결되며, 수집된 상기 영상 데이타로부터 상기 영상을 재 구성하는 제3 및 제4 디지탈 신호 처리부들;Third and fourth digital signal processors connected in parallel to each other by a linker and reconstructing the image from the collected image data;

상기 제3 및 상기 제4 디지탈 신호 처리부들에 의해 각각 엑세스되며 행 데이타를 저장하는 동적 램들; 및Dynamic RAMs each accessed by the third and fourth digital signal processors and store row data; And

상기 제3 및 상기 제4 디지탈 신호 처리부들에 의해 각각 엑세스되며 열 데이타를 저장하는 정적 램들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서.And static RAMs, each of which is accessed by the third and fourth digital signal processors and stores thermal data.

제5항에 있어서, 상기 정적 램들은 상기 제3 및 상기 제4 디지탈 신호 처리부들간에 연결된 IPC 라인을 통하여 데이타를 서로 공유하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템의 스캔 프로세서.The scan processor of claim 5, wherein the static RAMs share data with each other through an IPC line connected between the third and fourth digital signal processors.