低场核磁共振仪器振铃抑制新方法及其电路实现

加快天线残余能量释放以减弱天线振铃信号有利于缩短低场核磁共振仪器的回波间隔（TE）,从而提高快弛豫组分的测量分辨率和信噪比（SNR）．而天线Q值对能量的发射效率和泄放速度起着相反的作用．为此,我们首先设计了一种新型Q转换电路,在保证发射效率的同时,可以大大缩短能量泄放时间．在此基础上,应用了一种优化的脉冲序列以弥补传统相位交替对脉冲序列（PAPs）不能消除90°脉冲振铃的缺陷,通过相位循环的方法进一步提高了信噪比．最后,在2 MHz岩心分析仪上测试了新型Q转换电路,当天线Q值降为发射期间的约1/5时,天线恢复时间由280.0 μs降为18.2 μs;而且,使用新型Q转换电路和优化的脉冲序列后,TE=60 μs时,可以有效获得快弛豫组分的T₂信号．     

高性能核磁共振弛豫分析仪匀场系统的设计与实现

磁场的高均匀性是高性能核磁共振弛豫分析仪实现短弛豫时间样品和微弱信号核磁共振（NMR）检测的基本保障.该文以0.45 T双极型永磁体作为设计核心部件,在大范围磁体空间-25.4 mm球空间（DSV）内,基于目标场法设计了X、Y、Z、XY、XZ、YZ、Z²共7组有源匀场线圈,根据线圈供电要求,设计了可编程恒流电源,搭建了可用于高性能核磁共振弛豫分析仪磁体的有源匀场系统,介绍了系统的基本结构、设计过程及匀场方法.实验测试结果验证了大范围磁体空间内该匀场系统的实用性.     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop,PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案.该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN总线通信功能,运用PLL技术和DDS技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出.将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性.     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop, PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis, DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案．该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN 总线通信功能,运用PLL 技术和DDS 技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出．将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性．     

一种用于核磁共振的脉冲场梯度单元

给出一种用于核磁共振谱仪的脉冲场梯度单元的详细设计. 它具有结构简洁、性能良好以及成本低廉等特点. 该单元只需外部设备提供两条TTL触发线即可产生任意波形的梯度脉冲，因此可以方便地与商用核磁共振仪器配套使用.     

基于水冷磁体的超高场核磁共振波谱仪前置放大器系统设计与实现

基于水冷电磁体的超高场核磁共振实验的需求,提出了一种适用于该类核磁共振波谱仪的前置放大器系统的设计方案并予以实现.该系统包括前置放大器控制器、高带前置放大器、高带混频器、宽带前置放大器以及宽带混频器,实现了通道之间的自由切换、发射与接收的快速切换以及较大的接收动态范围、较低的噪声系数.     

基于ARM的核磁共振波谱仪气动温控系统设计

提出了一种基于ARM（Advanced RISC Machine,先进精简指令计算机）的核磁共振波谱仪气动温控系统设计方案. 该控制系统以ARM为控制器,利用其内嵌的CAN控制器实现CAN总线通信,通过PID控制算法控制气流和温度,实现控制NMR实验样品的更换和旋转,检测并控制样品的温度等功能. 该设计方案具有系统控制灵活、控制精度高以及成本低的优点.      

基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器

在核磁共振（NMR）领域,射频脉冲信号的质量、形状对NMR性能及应用有着重要影响.本文基于现场可编程门阵列（FPGA）和直接数字频率合成（DDS）芯片AD9910设计了一种硬件结构更为简单的NMR射频脉冲发生器,实现了射频脉冲各项参数的数字化调制.其频率、相位、振幅的控制精度分别达到了32位、16位和14位,脉冲调制的时间精度为0.01 μs,可灵活生成持续时间不小于0.1 μs、载波频率不高于400 MHz的各类软脉冲和硬脉冲.同时,针对脉冲序列的特点建立了"脉冲+延时"的基础模型,提出了一种通用性更强的列表式脉冲序列控制方案,精简了对上级控制单元的控制需求.此外,对射频脉冲信号的频谱特性进行了理论分析,并采用Hanning窗对软脉冲的包络波形进行了优化处理,仿真和实验结果表明,Hanning窗可以有效抑制软脉冲的频谱泄漏问题.     

一体化核磁共振谱仪数据交换的实现机制

核磁共振（NMR）随着其应用领域的拓展和深入,核磁共振谱仪技术得到了不断的发展和完善^[1,2]_. 针对以往谱仪存在的一些问题,本文提出了一种一体化核磁共振谱仪数据交换的实现机制,同时提出了基于ARM（Advanced RISC Machines,先进精简指令计算机）微处理器的嵌入式操作系统软件设计方案,并给出了谱仪各功能模块的实际性能测试结果,对实验结果进行了总结和讨论.      

基于FPGA与DDS的磁共振成像射频脉冲发生器

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)与直接数字频率合成(DDS)的磁共振成像(MRI)射频脉冲发生器,采用FPGA实现DDS,并内置软脉冲波形双端口随机存取存储器(RAM)、乘法器以及相关的控制逻辑.实现了较高的技术指标,其中频率、相位与幅度分辨率分别为32 bits、16 bits与16 bits,软脉冲波形的时间精度可达0.1?s.FPGA提供了一个可编程的接口,便于序列控制器对其进行控制,以输出射频脉冲.MRI实验结果证明了该设计的可行性.     

具有独立延时功能的脉冲序列发生器

在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）系统中,谱仪是中心控制单元,其脉冲序列发生器输出的多通道指令分别控制各硬件部件协调工作,从而采集数据并重建图像,各硬件部件之间的相对延时会影响磁共振图像的质量或导致系统无法采集到图像.为了解决这一问题,本文设计了每个输出通道均具有可调延时功能的脉冲序列发生器,每一路通道的最大延时值为819 μs,延时步进值为50 ns,可实现对相对延时的精确补偿.由于延时功能是通过在脉冲序列发生器每个输出通道上添加独立延时电路实现的,因此具有结构简单,灵活性高的优点.     

核磁共振脉冲序列发生器研究进展

介绍了核磁共振脉冲序列发生器的基本结构和工作原理,从系统集成度、数据传输速率和序列存储容量等方面出发,着重探讨了近年来核磁共振脉冲序列发生器研究的进展情况,分析比较了商用和自主研发的脉冲序列发生器的优点和亟待解决的问题,并针对这些问题提出了基于USB 3.0的模块化脉冲序列发生器设计方案,该方案可以为多收发通道核磁共振成像仪的研制提供参考.     

基于FPGA的核磁共振测井仪控制逻辑设计

核磁共振（NMR）测井仪以CPMG脉冲序列为测量基础,按照CPMG脉冲序列的时序要求完成大功率射频脉冲的发射和微弱回波信号的接收, 在脉冲发射完成后快速泄放天线中储存的能量. 该文介绍一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的NMR测井仪控制逻辑和典型脉冲序列,详细说明在CPMG脉冲序列下FPGA的工作时序和流程;讨论NMR测井仪发射电路、Q-转换电路和隔离电路的控制原理和时序要求,给出各电路的控制逻辑仿真结果;最后,利用所设计的控制逻辑和自制NMR测井仪探头,在实验室条件下对水溶液进行了测量,得到满意的结果.     

基于Eclipse图形建模框架的图形化脉冲序列设计软件的实现

采用Eclipse图形建模框架（Graphical Modeling Framework,GMF）技术构建了一个图形化磁共振脉冲序列设计软件．软件具备所见即所得的特点,用户使用拖放方式所画出的脉冲序列与教科书和参考文献上的脉冲序列几乎一样．软件支持核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）波谱和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）的脉冲序列设计,同时提供实验参数管理模块,实现脉冲序列基础上的NMR实验设计和执行预览．得益于GMF完善的模型-视图-控制器模式和强大的代码生成能力,软件开发周期大幅度缩短、扩展能力大幅度提高．     

软件化脉冲序列程序器

在核磁共振谱仪中, 射频发射通道、接收机以及数据采集等的实时控制是由“脉冲序列器 ”来完成的. 本文提出了一套可设计任意脉冲序列、由全软件构成的“脉冲序列程序器”,该软件用Delphi 5 实现,用户界面简洁直观. 由其产生的脉冲的最小脉宽为1.3 μs,分辨率为12 ns（CPU工作在333 MHz）.     

核磁共振波谱仪接收机的设计与实现

介绍了液体高分辨率核磁共振波谱仪接收机的设计. 接收机以PCI-104为控制器实现网络通信与采样流程控制,通过FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）实现数字中频接电路的控制和数据处理,简化了硬件结构;通过在接收机中引入脉冲序列生成器,产生接收机所需的采样控制信号,降低接收机与系统其他模块的耦合度. 最后组成500 MHz核磁共振波谱仪实现核磁共振信号的检测.     

DPSD在低场核磁共振回波信号检测中的应用

核磁共振回波信号幅度微弱,容易受到来自电子器件和外部环境噪声的干扰,要求回波检测方法既能实时采集回波数据,又能较好的抑制噪声. 对比分析不同微弱信号检测方法的优缺点,归纳出DPSD(Digital Phase-Sensitivity Detection)方法在回波检测应用中的优越性. 通过仿真计算, 提出适用于回波信号检测的最佳滤波器窗函数. 在自制的核磁共振仪器上进行实验,结果表明,DPSD方法在满足回波信号实时测量的同时,有效压制了噪声,能准确的提取出低场核磁共振回波信号的幅度和相位信息.     

DNP-EPR多功能谱仪中微波桥的设计与实现

在自主研制的动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization,DNP）分子影像装置的基础上,提出了一种集DNP和电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance,EPR）于一体的多功能谱仪,并对其中的关键部件之一--微波桥进行了设计.微波桥的引入,实现了DNP微波发射机的集成化,以及在DNP谱仪基础上的EPR功能扩展.通过结构设计、电路仿真及系统测试,完成了高频谱纯度、高动态范围的微波发射机以及低噪声系数的微波检测系统的设计与制作.并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证.     

不均匀场下基于分子间双量子相干核磁共振技术的果肉检测

核磁共振（NMR）谱图可在不破坏生物样品的状态下提供组织成分组成及其含量的信息,已被广泛应用于生物、医学和食品检测等领域.NMR谱图分辨率越高,提供的与组织成分相关的信息越丰富、越准确,也越有利于未知成分的定性和定量分析.传统的高分辨NMR谱图通常要在均匀磁场下采集.但在实际应用中,均匀的磁场较难获得.这就使得我们采集的NMR谱图的分辨率,以及由此获得的生物组织成分组成和含量等信息的准确性受到影响.源于远程偶极相互作用的分子间双量子相干（iDQC）技术对磁场均匀度不敏感,可在不均匀场下获得高分辨率NMR谱图.本文采用基于iDQC技术的IDEAL-Ⅱ序列对甲基丙烯酸丁酯、蕃茄和西瓜三种样品进行了NMR实验,结果证明基于iDQC技术在不均匀场下获得水果的高分辨NMR谱图是可行的,这对食品科学以及食品检测具有积极的意义.