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用于磁共振成像系统的梯度波形发生器

辛立静  
【摘要】:磁共振成像仪已成为医学临床诊断和基础科学研究的主要工具之一,其中的 脉冲梯度单元是实现成像的核心部件之一。本论文围绕着应用于教学成像系统和 医用成像系统中的脉冲梯度场系统进行了详细研究。 论文的主要内容如下: 第一,主要介绍了磁共振成像仪的基本结构,包括磁体系统、谱仪系统和计算机 系统。详细介绍了一体化的磁共振成像谱仪的硬件结构,其中包括脉冲序 列发生器、射频发射单元、数字接收机和梯度发生单元。它们都采用了基 于普通PC机的PCI总线;射频发射单元采用了DDS技术;接收机部分采 用了数字接收机,简化了结构,消除了镜像峰。 第二,脉冲梯度单元。首先介绍脉冲场梯度技术的应用和脉冲梯度单元的硬件部 分。硬件部分包括梯度波形发生器、梯度电流放大器和梯度线圈,在文中 分别进行了概述。然后叙述了梯度场测量的方法,并用一维成像法在实验 室进行测量梯度大小的实验。最后针对成像中的涡流问题进行讨论,包括 涡流的产生机制、涡流大小的测量和涡流补偿的方法。 第三,教学成像仪中的低成本脉冲梯度单元。先对该梯度单元的要求和主要结构 进行简介。在设计中,核心部件梯度波形发生器采用了基于PCI总线,以 FPGA为主要逻辑控制中心的构架。文中描述了梯度波形发生器的硬件结 构,简介了卡上FPGA内部结构及FPGA内部逻辑设计流程。作为梯度单元 中另一部分,梯度电流放大器起到了放大所需梯度电流的作用,其结构和 性能在文中进行了描述。最后进行测试和实验,主要对梯度波形发生器的 温度漂移、线性度、通道间耦合等性能进行测试;然后将梯度单元与整个 磁共振教学成像仪进行集成,采用不同样品,用自旋回波脉冲序列进行实 验并给出结果。 第四,医用成像仪中的梯度波形发生器。首先介绍了梯度波形发生器的主要结构 和所能实现的功能;然后针对硬件结构、主要电路、FPGA内部逻辑的具 体构架和实现进行详细论述。在此梯度波形发生器功能中,我们根据需求 增加了波形预加重功能,采用的实现方法是使用FPGA内部资源来构建DSP 单元,对波形数据进行预处理,来实现波形预加重功能;设计制作完成后, 对此梯度单元中的波形发生器的性能进行测试;最后与医用成像仪集成, 进行常规成像实验和涡流补偿实验。


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