数字化磁共振成像谱仪

【摘要】：随着磁共振成像技术和应用的飞速发展，它对磁共振成像谱仪的性能提出了新的要求。商用磁共振成像谱仪的功能和性能虽然强大，但是其价格仍然非常昂贵。磁共振成像谱仪的数字化技术可以在不损失成像谱仪的性能和功能的前提下，简化谱仪结构，降低设计成本。因此，研究新一代高性能，低成本的数字化磁共振成像谱仪技术，对于我国磁共振成像的进一步应用和推广具有非常重要的意义。 本文围绕着磁共振成像谱仪的数字化技术进行了详细的研究，并且实现了具有自主知识产权的，高性能，多功能，低成本的数字化磁共振成像谱仪系统。 论文的主要内容如下： 1．磁共振成像谱仪发射通道的数字化研究。首先介绍了数字化频率源的工作原理和它相对于传统频率技术的优点。然后分析了数字化频率源的理想和实际频谱输出特性，并且实现了一个实用的磁共振成像数字化频率源的设计，最后本文通过测试和磁共振成像实验来验证本设计。 2．磁共振成像谱仪接收通道的数字化研究。在此研究中，首先，分析了数字正交检波的原理，然后分别实现了一体化的数字接收机的设计和直接射频采样磁共振成像数字接收机的设计。随后，我们提出了一种在硬件改动最小的情况下克服数字接收机相位抖动的新方法。此方法可以使得原先仅为通讯或消费类电子设计的高性能、低成本商用数字接收机能够应用于磁共振成像和核磁共振波谱领域。这样，就可以大大地简化磁共振成像谱仪的设计。此外，我们还提出了一种基于频分复用的相控阵和并行MRI信号接收的新方法，并且实现了实用化的四通道频分复用磁共振成像数字接收机。使用本方法可以使用目前高性能，低成本的商用多载波数字接收机代替传统的多个分立的接收机系统，对磁共振信号进行高效，高性能的并行接收，从而大大降低整个相控阵成像谱仪的成本。 3．磁共振成像谱仪梯度通道的数字化研究。首先，提出一种用于磁共振成像的高性能，高集成度基于PCI总线的数字预加重梯度波形发生器的设计，其主要特点在于此设计采用了现场可编程门阵列(FPGA)技术实现。本文所示的预加重梯度发生器，其数字梯度预加重和数字逻辑模块全部集成在单片可编程芯片中，这样不但可以产生高性能的预加重梯度波形，而且也可以简化磁共振成像谱仪的结构和设计。最后，我们详细讨论了此梯度波形发生器的设计并且给出了此设计的测试指标和实验结果。