開放式永磁型MRI譜儀硬件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、磁共振成像(MRI, Magnetic Resonance Imaging)相比于其他醫(yī)療設(shè)備，比如CT、XR等，具有無(wú)電磁輻射、任意切面成像、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，MRI在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷中具有非常重要的作用。近幾十年來(lái)，開放式永磁型MRI取得了巨大的提高和發(fā)展。開放式空間設(shè)計(jì)的MRI既能夠有效消除病人檢查時(shí)的幽閉感和不適，又能夠?yàn)獒t(yī)生進(jìn)行介入治療提供空間和方便。同時(shí)，永磁型的低場(chǎng)環(huán)境不存在生物體安全性問題，而且永磁型MRI維護(hù)費(fèi)用較低，操

2、作簡(jiǎn)單。
　　譜儀(Spectrometer)是MRI設(shè)備的核心部件，控制著MRI系統(tǒng)的時(shí)序以及信號(hào)處理和生成，其性能直接影響著成像的質(zhì)量。目前國(guó)外只有少數(shù)幾家大公司能夠提供譜儀產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)都是進(jìn)口譜儀系統(tǒng)。因此，進(jìn)行譜儀的自主研究和設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)磁共振事業(yè)發(fā)展具有重要的意義。
　　本文完成了開放式永磁型MRI譜儀系統(tǒng)的總體方案和關(guān)鍵模塊的硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證了其可行性，主要工作內(nèi)容如下：
　　1、完成總體方案的設(shè)

3、計(jì)。根據(jù)譜儀的功能要求，對(duì)譜儀進(jìn)行需求分析，并完成了譜儀硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，包括譜儀的詳細(xì)工作流程設(shè)計(jì)和功能模塊的劃分等，同時(shí)，研究了譜儀系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵模塊的技術(shù)問題，對(duì)各模塊提出了具體的設(shè)計(jì)方案。
　　2、梯度波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)。在MRI譜儀系統(tǒng)中，梯度波形發(fā)生器用于產(chǎn)生線性梯度的磁場(chǎng)，分3路來(lái)完成對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行空間坐標(biāo)編碼的作用。梯度波形發(fā)生器的重要指標(biāo)包括梯度切換率和精度，具有快速的梯度切換速率和精準(zhǔn)的輸出精度，對(duì)于成像質(zhì)量

4、有著重要的效果。本文使用PCM1704這款具有高精確度、高信噪比的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)梯度信號(hào)的輸出，其可以在200ns的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)±1.2mA的滿量程快速切換，同時(shí)其還有24bit的DAC轉(zhuǎn)換精度并對(duì)噪聲很好的抑制效果。我們還對(duì)渦流補(bǔ)償進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析，而且給出了算法的仿真實(shí)驗(yàn)。
　　3、脈沖序列控制器的設(shè)計(jì)。脈沖序列控制器的設(shè)計(jì)是譜儀系統(tǒng)中必不可少的重要部分，其一般都要求觸發(fā)信號(hào)具有很高的精準(zhǔn)度和很好的信號(hào)同步，脈沖

5、序列控制器根據(jù)序列要求產(chǎn)生精準(zhǔn)的脈沖序列觸發(fā)信號(hào)?；谝陨咸攸c(diǎn)，采用高性能FPGA來(lái)完成對(duì)觸發(fā)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)就顯得尤為重要，我們采用CycloneⅢ系列的EP3C40F484C6來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。脈沖序列控制器還有一個(gè)問題是內(nèi)存資源的優(yōu)化，因?yàn)槭录訒r(shí)表格占用較大的存儲(chǔ)空間，所以本文采用設(shè)置行程編碼循環(huán)機(jī)制的方式對(duì)事件延時(shí)表格進(jìn)行了優(yōu)化，可以使內(nèi)存節(jié)省幾百倍的存儲(chǔ)空間，減小空間資源的浪費(fèi)。
　　4、射頻發(fā)射器和接收器的設(shè)計(jì)。射頻發(fā)射器和射

6、頻接收器也是譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，射頻信號(hào)的頻率、相位和幅度等參數(shù)的改變直接會(huì)決定成像的質(zhì)量的好壞。磁共振信號(hào)的采樣接收檢波濾波等都是非常關(guān)鍵的技術(shù)。我們采用AD9957和AD6655實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的發(fā)射以及共振信號(hào)的接收，其良好的性能使發(fā)射的可控性和接收采樣的同步性得到有效的提高。
　　5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論。本文最后分別給出了設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾個(gè)關(guān)鍵模塊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明整套方案的設(shè)計(jì)是科學(xué)合理的，渦流補(bǔ)償?shù)姆抡嬉豺?yàn)證了其設(shè)計(jì)的可行性，