MRI梯度放大器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)分析.pdf

1、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）作為一種新興的醫(yī)學(xué)影像診斷方法，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并顯示出廣闊的發(fā)展前景。但是我國(guó)的MRI研究水平遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，MRI設(shè)備一直依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，研制出高性能的MRI設(shè)備對(duì)我國(guó)醫(yī)療水平的提高具有重要作用。梯度放大器作為MRI系統(tǒng)的核心部件，提供梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位和梯度回波的產(chǎn)生，其性能直接影響成像的質(zhì)量和速度。隨著磁共振成像的要求越來(lái)越高，設(shè)計(jì)出高性能的梯度放大

2、器就顯得尤為重要。
　　本文在分析梯度放大器控制系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)字控制方法設(shè)計(jì)了一套高性能的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為主控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，本文分別對(duì)其進(jìn)行硬件電路和軟件編程的設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、研究了梯度放大器的功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，介紹了控制系統(tǒng)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并基于梯度放大器的性能指標(biāo)完成了控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。
　　2、本文設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)各模塊的硬件電路，主要包括AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、

3、使能報(bào)警電路、監(jiān)控信號(hào)采集電路等。采用 TMS320F28335作為主控芯片，利用外拓ADC芯片AD7656對(duì)三路調(diào)理信號(hào)進(jìn)行同步采集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三個(gè)方向梯度磁場(chǎng)的同步控制；比較不同濾波器性能，選擇 Sallen-Key濾波器對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行低通濾波；利用光耦 TP521實(shí)現(xiàn)了使能和報(bào)警的功能；通過(guò)線性光耦HCNR200設(shè)計(jì)模擬量信號(hào)隔離電路完成對(duì)監(jiān)控信號(hào)的采集。最后根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖完成了電路板的制作，并對(duì)布局布線和電磁兼容進(jìn)行了詳細(xì)的分析

4、。
　　3、在實(shí)現(xiàn)硬件電路的基礎(chǔ)上，本文分別完成了梯度放大器主控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主控系統(tǒng)采用增量式 PID算法作為基礎(chǔ)的控制算法。監(jiān)控系統(tǒng)利用DSP集成的ADC模塊進(jìn)行監(jiān)控信號(hào)的采集，并通過(guò)MODBUS協(xié)議完成了通訊模塊的開(kāi)發(fā)。為了使梯度線圈驅(qū)動(dòng)電流紋波含量更少，本文采用倍頻控制技術(shù)，使紋波和控制頻率達(dá)到開(kāi)關(guān)頻率的兩倍，有效的抑制了輸出電流紋波。由于傳統(tǒng)的控制算法并不能滿足系統(tǒng)的需求，本文結(jié)合控制要求設(shè)計(jì)了自適應(yīng) PID