基于全可编程SoC和LabVIEW的磁共振接收系统设计

本文提出了基于全可编程片上系统（System-on-a-Chip,SoC）和实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,LabVIEW）的磁共振信号接收系统设计.使用集成了ARM（Advanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的全可编程SoC作为接收机的主芯片,利用Xilinx提供的数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）开发工具System Generator设计了数字下变频（Digital Down Converter,DDC）算法,并实现了接收机硬件电路.使用可视化编程平台LabVIEW设计了磁共振上位机软件,完成了磁共振信号的显示、存储和与接收机通信的工作,提高了软件开发效率.实验结果表明,本文设计的接收机能正确接收磁共振回波信号,且具有较高的信噪比.     

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.     

基于单片FPGA的多通道磁共振成像接收模块

提出了一种基于FPGA的多通道磁共振成像接收模块,能对多个独立通道的磁共振信号进行直接采样、数字下变频,以及数据流控制,并对其进行了成像实验. 设计中采用Xilinx公司的系统级DSP开发工具--System Generator对FPGA内部所有功能进行建模、仿真并生成相应的硬件描述语言. 模块的采样速率为80MSPS,能灵活实现1 kHz~1 MHz范围的可变接收带宽,适用于1 T以下的磁共振成像系统;在单片FPGA内完成1~4个通道采样信号的数字正交解调,抽取滤波和数据流的处理,并可扩展至8通道. 实验证明模块具有体积小,集成度高,可重构性强和成本低等特点,为磁共振成像谱仪的多通道接收系统提供了一种高性能的数字化解决方案.     

磁共振成像谱仪B0信号的高精度发生与测试

设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的磁共振成像（MRI）谱仪B₀信号的高精度发生方法,并对产生的B₀信号经高速采集卡采集之后进行测试和验证.FPGA从外部读取波形数据和参数,分别存储在双端口随机存取存储器（RAM）和参数寄存器中,根据预补偿算法实现B₀信号的发生,并通过对时间参数和幅度参数的控制,产生不同的B₀信号,时间分辨率为1 μs.对谱仪的B₀输出进行采集,再进行最小二乘拟合,以验证B₀信号发生的准确性.经实验证实,该设计可以产生正确、可控的高精度B₀信号.     

MRI梯度预加重模块的分时复用设计

为获得更优的成像质量和更快的成像速度,磁共振成像（MRI）系统的梯度预加重模块需要具有更多的补偿通道和调节参数,常规预加重模块的设计方案使现场可编程门阵列（FPGA）面临巨大的资源消耗.为解决高性能梯度预加重模块的资源消耗大的问题,本文提出了一种基于分时复用技术的梯度预加重实现方案,以常规方案1/44的资源实现了11通道×4组参数的梯度预加重模块.将该模块用于0.35 T MRI系统,测试了补偿前后的涡流曲线和磁共振图像,结果表明该模块有效降低了系统的涡流,减小了磁共振图像中的涡流伪影.     

基于单片FPGA的磁共振成像梯度计算模块

提出了一种用于磁共振成像的高集成度的数字梯度计算模块. 它可以实时计算任意层面成像所需的梯度波形,并能对X、Y、Z三个通道做波形预增强处理. 该模块基于单片FPGA器件,梯度波形数据预存于FPGA内嵌的RAM中,波形更新时间最小为1 μs. 在FPGA内部通过复用一种快速IIR滤波器算法,能在1 μs时间内实现包含6组不同时间常数和幅度的预增强运算. 实验证明该系统具有通用性好、体积小和成本低等特点,为磁共振谱仪的研制提供了一种紧凑、灵活的梯度波形发生方案.      

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.     

磁共振信号并行高速接收系统设计

针对低场磁共振成像系统,该文设计了一种紧凑灵活的信号接收方案,实现对多通道磁共振信号的高速采样与直接数字解调. 系统采用高速模数转换器(A/D)对磁共振信号直接采样;以单片数字下变频器(DDC)--AD6636, 完成4路采样信号的数字解调;以数字信号处理器（DSP）作为控制器,实现对AD6636的配置以及I/Q数据的读取. 信号采样频率可达100 MSPS,适用于1 T以下的系统. 实验证明该设计具有结构紧凑,采样速率高,配置方便快速,滤波器设计丰富灵活等特点,为磁共振成像谱仪的研制提供了一种高性能的信号接收方案.     

增强低场下脑功能磁共振成像显著性的研究

实现了基于低场0.35 T磁共振成像系统的大脑功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI）的研究. 基于质子密度加权的快速自旋回波(Turbo Spin Echo,TSE)图像,重点研究增强低场fMRI显著性的方法,目的在于提高低场fMRI的可用性. 结果表明：健康受试者在执行手动任务期间,大脑运动区的信号强度变化可以由基于血管外质子信号增强 (Signal Enhancement by Extravascular water Protons,EEP)的对比机制探测. 优化TSE序列参数能提高图像SNR和扫描速度,并在统计分析中增加外在屏蔽图像,可以有效地提高低场下fMRI研究结果的显著性.     

一种用于高场MRI的多源射频发射机

介绍了高场磁共振成像（MRI）多源发射技术的原理,提出了一种用于高场MRI系统的多源射频信号发射机.它能并行输出多路频率、相位、幅度,可快速独立调节的射频脉冲信号.该射频发射机的实现基于单片现场可编程门阵列（FPGA）和多通道数模转换器（DAC）芯片,FPGA读取预存于双端口随机存取存储器（RAM）中的射频信号参数,并利用读取的参数分别实现每路信号的直接数字频率合成（DDS）和信号调制等核心功能,获得多路数字射频信号;FPGA输出的数字信号经过高性能DAC转化为模拟信号,即所需要的射频信号.该射频发射机在设计中大量采用软件无线电技术,即利用Xilinx提供的IP核实现DDS和信号调制等主要功能,具有集成度高、体积小、灵活度高的优点,同时,该设计可以大大缩短开发时间,有效降低实现的难度和成本,为高场MRI谱仪的多源射频发射机的设计研制提供了一种低成本、高效、高性价比的方案.     

一体化核磁共振数字接收机的设计

提出一种基于AD9874的数字接收机设计,其主要部件如放大器、混频器、数字解调器等都集成在单块芯片中,利用此一体化数字接收机可以大大简化核磁共振谱仪的设计. 最后给出了核磁共振的实验结果.     

利用动态接收增益提高磁共振成像信噪比的方法

提出了一种提高磁共振成像(MRI)信噪比的有效方法.该方法在每次采集回波信号前,能够快速、灵活地控制MRI接收机的增益,实现磁共振信号动态范围的压缩;在图像重建之前采用双精度浮点运算扩展动态范围压缩的磁共振信号,最终得到信噪比提高的重建图像.在1.5 T超导MRI系统上进行了自旋回波序列的水模成像,实验结果表明,相比传统的基于固定接收增益的扫描图像,利用该方法得到的T1加权图像信噪比可以提高10%.和其他提高磁共振信号动态范围的方法相比,该方法无需增加额外硬件电路,避免多次采集图像,因而具有实现成本低的优点,是一种提高MRI信噪比的有效方法.     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统（ADS）注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列（FPGA）的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25 ns,延时、脉宽及周期调节范围为1 s~2 s,周期抖动的标准偏差为70 ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

超强边缘磁场梯度场下的磁共振成像:STRAFI 实验

磁共振成像（MRI）是一个能够探测样品内部特性的有效检测手段,已被广泛应用于化学、生物研究,以及医疗诊断领域. 自约40年前发展以来, 成像方法的不断发展使得MRI的成像分辨率、实验效率和成像杂核能力得到了很大的改进. 边缘磁场成像（STRAFI）是一种很具潜力的成像方法之一,它利用了超导磁体本身具有的边缘场的强梯度场. 该综述介绍了STRAFI基础,并概括了成像的基本原理、STRAFI的实验理论和方法及其在实际研究中的应用. 由此将比较STRAFI实验相对于传统MRI方法的所具有的优势和多面可行性.