数字化谱仪软件系统的研制和应用

论文摘要

磁共振成像(MRI)技术作为一种能反映多维信息的无损伤的诊断手段，在医学病理诊断和基础科学研究方面得到了广泛的应用。目前，国内已有多家公司在生产低场永磁MPI系统，但是大部份核心部件都依赖于进口，尤其是谱仪部件。纵观全球，不少MRI系统厂家外购射频功放和梯度放大器，但很少有外购谱仪的。近年来，磁共振厂家的竞争越来越体现为谱仪技术的竞争。 为了推进谱仪的国产化，本实验室开展了针对低场MRI系统的数字化谱仪研究。随着最新大规模集成电路技术和计算机技术的发展，为谱仪的全数字化研究奠定了基础。本论文的工作是针对数字化谱仪的研究而展开的，主要的研究内容是为数字化谱仪开发一套谱仪软件，并在此基础上进行相关的应用研究和实验。本论文的主要内容如下： 1、数字化谱仪硬件基本结构。简要介绍了数字化谱仪系统的硬件结构及其原理和功能，数字化谱仪由一台谱仪控制计算机和四块PCI板卡组成，这四块PCI板卡分别是脉冲序列发生器、射频波形发生器、梯度波形发生器和数字接收机。 2、数字化谱仪软件系统。首先介绍了数字化谱仪软件系统的设计目标及其系统结构，然后详细介绍了数字化谱仪软件系统中各个模块的实现及其功能。数字化谱仪软件系统由图形化脉冲序列编程环境、硬件控制单元、数据处理／显示单元以及DCOM通信接口等四大模块组成。图形化脉冲序列编程环境是数字化谱仪软件的核心部分，放在单独一章中介绍。图形化脉冲序列编程环境由图形脉冲序列编辑器、参数管理单元、脉冲序列编译器和脉冲序列运行单元组成，它的主要特征是易于使用、灵活性和硬件无关性。硬件控制单元主要介绍了硬件控制接口的设计以及两个为解决数字接收机硬件限制而提出的数据处理算法。数据处理／显示单元主要介绍了一维、二维显示以及相关的一维、二维数据处理。DCOM接口模块主要介绍了数字化谱仪软件中DCOM接口的实现及其功能。 3、应用与实验。数字化谱仪目前已应用于0.3T小型磁共振成像系统和0.3T人体磁共振成像系统。小型磁共振成像系统是数字化谱仪的单机应用场合，而人体磁共振成像系统则是数字化谱仪的双机应用场合。这一章分别介绍了小型

论文目录

• 绪论
• 磁共振成像发展史及其特点
• 论文的研究背景及其意义
• 论文的主要研究内容
• 第一章 磁共振成像的基本原理
• 1.1 核磁共振基本原理
• 1.2 磁共振成像基本原理
• 1.2.1 选片原理
• 1.2.2 频率编码
• 1.2.3 相位编码
• 1.2.4 磁共振成像中的Bloch方程
• 1.3 典型脉冲序列描述
• 1.3.1 K空间
• 1.3.2 成像参数
• 1.3.3 典型脉冲序列
• 第二章 数字化谱仪硬件平台简述
• 2.1 数字化谱仪硬件系统结构
• 2.2 数字化谱仪硬件原理及其功能
• 2.2.1 脉冲序列发生器
• 2.2.2 射频波形发生器
• 2.2.3 数字接收机
• 2.2.4 梯度波形发生器
• 2.3 发射机和接收机相位相干性的讨论
• 第三章 数字化谱仪软件系统 WinMRI
• 3.1 数字化谱仪软件系统的需求分析
• 3.2 数字化谱仪软件系统结构
• 3.3 硬件控制单元
• 3.3.1 硬件控制编程接口设计
• 3.3.2 去除数字接收机相位抖动的数据处理算法
• 3.3.3 减小数字接收机最小谱宽的二次抽取算法
• 3.4 数据处理及显示单元
• 3.5 DCOM通信编程接口
• 第四章 图形化脉冲序列编程环境
• 4.1 引言
• 4.2 图形脉冲序列编辑器设计
• 4.2.1 脉冲序列的基本描述
• 4.2.2 图形化脉冲序列编辑器
• 4.2.3 循环和列表
• 4.3 参数管理模块
• 4.4 脉冲序列编译器
• 4.4.1 第一步编译
• 4.4.2 第二步编译
• 4.5 脉冲序列运行单元
• 第五章 应用与实验
• 5.1 单机应用
• 5.1.1 永磁0.3T小型磁共振成像系统
• 5.1.2 应用和实验
• 5.2 双机应用
• 5.2.1 永磁0.3T全身磁共振成像系统
• 5.2.2 双机应用
• 5.2.3 实验与讨论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 下一代谱仪软件系统架构的设想
• 附录 1
• 附录 2
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间申请的专利
• 致谢