直接射频采样接收机在磁共振系统中的研究与设计

论文摘要

磁共振成像是现代医学影像的重要组成。随着磁共振成像技术的快速发展,它对磁共振谱仪有着新的要求。现有的商用磁共振谱仪由于其昂贵的价格使得磁共振成像系统难以普及。因此,研究低成本的磁共振成像系统对于我国磁共振成像的普及和推广有着重要的意义。磁共振接收机是磁共振系统的重要组成部分,接收机性能的好坏对磁共振成像质量有着很大的影响。虽然接收机广泛应用于通信以及雷达等各个领域,但由于磁共振成像的特殊性,磁共振成像系统对磁共振接收机在动态范围、噪声以及线性等各项指标有着较高的要求。现有的磁共振接收机为满足磁共振成像的要求,采用了大量高性能但是价格昂贵的器件,使得磁共振接收机成本较高。直接射频接收机广泛应用于软件无线电当中。通过对信号的直接射频采样,一方面使得模拟电路能得到最大限度的简化,降低接收机成本;另一方面,信号处理的大部分过程将在数字域完成,随着DSP以及FPGA技术的不断成熟,诸如滤波、混频及解调等功能都能在数字域方便地完成,而且其性能也远远优于传统的模拟接收机。基于以上分析,将直接射频接收机应用于磁共振成像,将有利于于接收机构造的简化及成本的降低。本文将对直接射频采样接收机进行研究与设计,首先分析了时钟稳定度对于接收机性能的影响,在此基础上提出了一种测量相位噪声的方法。对几种模数转换器的实际性能进行测试,并结合具体电路对信号动态范围的改善进行分析。最后提出一种将导频信号与可控增益放大器相结合应用于直接射频磁共振接收机的方法,以此改善接收机动态范围,满足磁共振成像的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究目的及意义
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 磁共振系统及其成像的基本原理
• 2.1 磁共振的基本原理
• 2.1.1 原子核的自旋
• 2.1.2 原子核的磁矩
• 2.1.3 静磁场中的自旋核
• 2.1.4 进动与拉莫频率
• 2.1.5 磁共振现象
• 2.2 磁共振成像的基本原理
• 2.2.1 波尔兹曼分布
• 2.2.2 磁化强度矢量
• 2.2.3 磁化强度矢量的激发和章动
• 2.2.4 弛豫时间T1、T2
• 2.2.5 梯度场
• 2.3 脉冲序列
• 2.4 K 空间
• 2.5 磁共振系统的组成
• 2.5.1 磁体
• 2.5.2 梯度
• 2.5.3 射频子系统
• 2.5.4 控制计算机
• 2.6 本章小结
• 第3章 直接射频采样磁共振接收机
• 3.1 磁共振接收机
• 3.1.1 典型磁共振接收机模型
• 3.1.2 商用磁共振接收机结构
• 3.2 直接射频采样磁共振接收机结构
• 3.3 相位噪声对接收机性能的影响
• 3.3.1 相位噪声
• 3.3.2 相位噪声的影响
• 3.3.3 相位噪声的测量
• 3.4 ADC 性能评估
• 3.4.1 ADC 指标
• 3.4.2 ADC 测试
• 3.5 直接射频采样磁共振接收机的设计
• 3.5.1 ADC 型号选取
• 3.5.2 时钟方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 AGC 技术在直接射频采样磁共振接收机中的应用
• 4.1 AGC 技术
• 4.2 导频信号与AGC 技术的结合
• 4.3 AGC 电路设计
• 4.3.1 VGA 电路设计
• 4.3.2 检波器电路设计
• 4.4 AGC 电路测试
• 4.5 导频信号在AGC 中的应用
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢