数字化磁共振成像射频接收机的研制

论文摘要

磁共振成像（MRI）射频接收机的作用是最大限度不失真地接收经过射频线圈检测放大后的磁共振信号,并对信号进行处理以获得临床所需要的图像。它直接关系到磁共振成像的质量,是系统的一个核心部件。本文以0.35T开放型永磁磁共振系统SIEMENS Magnetom C!为平台,研制了一种数字化的射频接收机:它首先采用高速ADC技术完成了位于射频波段的磁共振信号的直接采样,同时通过FPGA实现了采样的时序控制和数据缓存。然后在软件上利用算法对数字化磁共振信号进行正交解调、滤波及其图像重建,获得了较好的图像质量。实验证明该设计在提高接收机的性能的同时,简化结构并降低成本。论文的主要内容如下:1.磁共振成像的原理及成像时由磁共振成像序列控制的空间定位过程。2.磁共振成像系统的组成及工作机制。通过控制子系统的工作流程阐述了系统各部分的作用及关系,并重点分析了射频子系统,讲述了数字接收机前级的射频线圈的设计。3.数字化射频接收机硬件设计以实现对射频磁共振信号的高速采集,包含的设计模块:基于国家半导体（NS）公司的ADC14NY040的直接射频采样电路、基于Xilinx公司的Virtex-4 FPGA的数据缓存及时序控制、接收机与磁共振系统的同步设计。4.算法实现数字化射频磁共振信号的解调及图像重建:利用数字正交检波算法、数字低通滤波得到磁共振成像的K空间数据,采用二维傅立叶变换法进行图像重建,得到高质量图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁共振成像及其关键技术的发展
• 1.2 磁共振成像设备及射频接收机的应用研究现状
• 1.3 本文及研究内容和意义
• 1.3.1 本文研究的内容
• 1.3.2 本文研究的意义
• 第2章 磁共振成像原理
• 2.1 引言
• 2.2 磁共振成像的基本原理
• 2.2.1 核磁共振现象及条件
• 2.2.2 弛豫过程及共振信号的产生
• 2.3 磁共振成像的空间定位
• 2.3.1 层面选择
• 2.3.2 空间编码
• 2.4 磁共振成像脉冲序列
• 2.5 小结
• 第3章 磁共振成像系统
• 3.1 引言
• 3.2 磁体
• 3.3 梯度子系统
• 3.4 射频子系统
• 3.4.1 射频脉冲
• 3.4.2 射频线圈
• 3.5 控制子系统
• 3.5.1 控制子系统总体结构
• 3.5.2 工作流程
• 3.6 小结
• 第4章 MRI数字射频接收机的硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 数字接收机硬件设计要求及总体结构
• 4.3 高速数据采集的设计和实现
• 4.3.1 信号调理电路及通道选择
• 4.3.2 A/D转换电路
• 4.3.3 基于FPGA的缓存及时序
• 4.4 参数设置及测试结果
• 4.5 小结
• 第5章 接收算法及图像重建的软件实现
• 5.1 引言
• 5.2 接收原理及算法设计
• 5.2.1 磁共振信号特点及分析
• 5.2.2 全数字接收
• 5.3 图像重建及其算法实现
• 5.3.1 K空间性质及其与图像的关系
• 5.3.2 图像重建的实现过程
• 5.4 接收机的性能测试结果
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢