開放式永磁型MRI譜儀硬件系統的研究與設計.pdf

1、磁共振成像(MRI, Magnetic Resonance Imaging)相比于其他醫(yī)療設備，比如CT、XR等，具有無電磁輻射、任意切面成像、分辨率高等優(yōu)點，MRI在現代醫(yī)學影像診斷中具有非常重要的作用。近幾十年來，開放式永磁型MRI取得了巨大的提高和發(fā)展。開放式空間設計的MRI既能夠有效消除病人檢查時的幽閉感和不適，又能夠為醫(yī)生進行介入治療提供空間和方便。同時，永磁型的低場環(huán)境不存在生物體安全性問題，而且永磁型MRI維護費用較低，操

2、作簡單。
　　譜儀(Spectrometer)是MRI設備的核心部件，控制著MRI系統的時序以及信號處理和生成，其性能直接影響著成像的質量。目前國外只有少數幾家大公司能夠提供譜儀產品，國內都是進口譜儀系統。因此，進行譜儀的自主研究和設計對我國磁共振事業(yè)發(fā)展具有重要的意義。
　　本文完成了開放式永磁型MRI譜儀系統的總體方案和關鍵模塊的硬件設計，并通過仿真實驗等驗證了其可行性，主要工作內容如下：
　　1、完成總體方案的設

3、計。根據譜儀的功能要求，對譜儀進行需求分析，并完成了譜儀硬件系統的總體設計方案，包括譜儀的詳細工作流程設計和功能模塊的劃分等，同時，研究了譜儀系統幾個關鍵模塊的技術問題，對各模塊提出了具體的設計方案。
　　2、梯度波形發(fā)生器的設計。在MRI譜儀系統中，梯度波形發(fā)生器用于產生線性梯度的磁場，分3路來完成對檢測物體進行空間坐標編碼的作用。梯度波形發(fā)生器的重要指標包括梯度切換率和精度，具有快速的梯度切換速率和精準的輸出精度，對于成像質量

4、有著重要的效果。本文使用PCM1704這款具有高精確度、高信噪比的音頻數模轉換芯片來實現對梯度信號的輸出，其可以在200ns的時間內實現±1.2mA的滿量程快速切換，同時其還有24bit的DAC轉換精度并對噪聲很好的抑制效果。我們還對渦流補償進行了詳細的討論和分析，而且給出了算法的仿真實驗。
　　3、脈沖序列控制器的設計。脈沖序列控制器的設計是譜儀系統中必不可少的重要部分，其一般都要求觸發(fā)信號具有很高的精準度和很好的信號同步，脈沖

5、序列控制器根據序列要求產生精準的脈沖序列觸發(fā)信號?；谝陨咸攸c，采用高性能FPGA來完成對觸發(fā)信號的實現就顯得尤為重要，我們采用CycloneⅢ系列的EP3C40F484C6來實現該功能。脈沖序列控制器還有一個問題是內存資源的優(yōu)化，因為事件延時表格占用較大的存儲空間，所以本文采用設置行程編碼循環(huán)機制的方式對事件延時表格進行了優(yōu)化，可以使內存節(jié)省幾百倍的存儲空間，減小空間資源的浪費。
　　4、射頻發(fā)射器和接收器的設計。射頻發(fā)射器和射

6、頻接收器也是譜儀系統設計的重要部分，射頻信號的頻率、相位和幅度等參數的改變直接會決定成像的質量的好壞。磁共振信號的采樣接收檢波濾波等都是非常關鍵的技術。我們采用AD9957和AD6655實現射頻信號的發(fā)射以及共振信號的接收，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、實驗結果的討論。本文最后分別給出了設計過程中的幾個關鍵模塊的實驗結果，證明整套方案的設計是科學合理的，渦流補償的仿真也驗證了其設計的可行性，