基于NI PXIe-7966R的磁共振成像接收机设计

提出了一种基于NI PXIe-7966R（National Instruments Corporation,美国）的磁共振成像（MRI）接收机设计方案,进行磁共振信号直接采样、数字下变频（DDC）和数据上传,以及磁共振图像恢复．使用NI LabVIEW FPGA（National Instruments Corporation,美国）开发平台,对NI PXIe-7966R板载现场可编程门阵列（FPGA）内构建的所有功能模块进行了设计仿真和硬件描述语言生成,使其能灵活实现DDC功能．设计的接收机的采样速度为50 Mbps、模数转换位数为16位、带宽设置范围为100 Hz~1 MHz,并具有较好的滤波效果．实验结果表明,该设计方案是一种高性能的磁共振接收机方案．     

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.     

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.     

磁共振成像信号的数字化接收系统设计

磁共振成像信号的采集是磁共振成像系统当中最重要的环节之一,设计性能良好的信号接收系统直接关系到成像质量的好坏. 本文根据磁共振信号强度弱、频率高、带宽窄的特性对接收系统进行了统一设计. 详细地对可控增益放大、高速A/D、数字解调以及抽样滤波器等几个部分进行了讨论,给出一整套设计方案,尤其对多级抽样滤波器,根据磁共振成像的性能需求和滤波器的不同特性给出了抽样系数分配和滤波器设计的一般方法. 根据该方案设计出的磁共振信号接收系统有较高的信噪比,已经应用在临床医疗诊断当中.      

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.     

基于数据采集卡和GPU的MRI信号接收设计

针对磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)的信号接收,提出一种基于高速数据采集卡和图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的接收方法.采样每一行数据时,在谱仪输出触发脉冲的控制下,数据采集卡对前置放大器输出的信号进行直接采样.然后,使用GPU并行实现数字混频、多级滤波抽取和图像重建.GPU具有很高的运算速度,信号处理过程中可以根据需要灵活地实现滤波器的组合.同时,数据全部采用双精度浮点类型,保证了很高的运算精度,提高了重建图像的信噪比.MRI实验证明了该信号接收方法的可行性.     

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.     

糖尿病脑病的磁共振研究

糖尿病是由胰岛素分泌不足（T1DM）或胰岛素抵抗（T2DM）而引发的慢性代谢疾病,严重影响人们的生活质量. 中枢神经系统是糖尿病并发症的易感部位. 临床研究和流行病学调查结果显示,糖尿病会引发脑白质损伤、脑萎缩和认知功能障碍,并会增加脑卒中的风险. 磁共振成像和活体磁共振波谱可提供大脑解剖结构、功能及代谢等多方面的信息. 近年来,随着人们对糖尿病脑病关注度的不断增加和认识的不断加深,磁共振成像和活体波谱开始并越来越多地被应用于该疾病的研究. 该文综述磁共振成像与活体波谱技术在糖尿病脑病研究中的应用及最新进展.     

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.     

磁共振成像谱仪梯度波形分析

梯度是磁共振成像（MRI）的关键环节.通过采集谱仪梯度波形信号并进行分析,提取出各通道波形的特征点,从而有助于快速准确地判断谱仪梯度硬件电路或脉冲序列编写是否存在问题.采用虚拟仪器LabVIEW软件控制高速采集卡DAQ-2005设计实现多路采集系统,对谱仪的梯度输出进行采集.通过对波形数据进行直方图统计、滤波、差分计算等分析,提取出波形的特征点,这些特征点包含时间与幅度信息.使用实验室自主研发的谱仪进行了多次实验,对该方法进行验证,证明了该方法的有效性,也为谱仪研制和脉冲序列开发提供了一种辅助测试方法.     

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AD607芯片的核磁共振模拟接收机

核磁共振波谱和核磁共振成像技术（MRI）已经成为一种广泛应用于物理、化学、材料、生物医学等领域的重要研究工具和医疗诊断手段,但是仪器复杂、价格昂贵. 本文提出了一种改进的基于AD607芯片的模拟接收机设计. 相对于传统的模拟接收机,此设计可以减少接收机使用的外围器件的数量,从而简化设备. 而相对于全数字接收机,本文提出的设计结构简单,并且可以工作在较高的频率. 文章最后给出了核磁共振成像实验的结果.     

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.     

多通道磁共振成像仪控制台数据传输模块设计

当前临床高场磁共振成像（MRI）系统要求成像仪控制台支持16个甚至32个接收通道,可以频繁和高速地进行数据传输并支持快速成像．基于此要求,本文研发了一个基于PowerPC处理器的数据传输模块,将其集成于自行研发的MRI成像仪控制台中,用于成像过程中控制台与计算机之间数据的高速传输．该模块以飞思卡尔公司的高性能PowerPC处理器—MPC8270为核心,运行嵌入式Linux操作系统．处理器与用户计算机之间通过百兆以太网连接,使用局部总线连接控制台的序列运行模块和数据采集模块（数量可扩展）．处理器响应数据采集模块发来的中断请求以快速读取和上传数据．本设计通过驱动程序的设计以保障响应的速度与可靠性．成像实验表明此设计方案能够满足多个接收通道数据快速获取与传输的需求．     

基于图像质量评价的手术机器人系统磁共振兼容性分析方法

为保证手术安全及操作精度,基于磁共振图像导航的手术机器人系统需具备磁共振设备兼容性. 针对这一问题,本文提出了基于磁共振图像质量评价的手术机器人系统磁共振设备兼容性分析方法,扩展了图像数据集,并结合图像信噪比、图像变化因数、磁共振图像畸变量等评价参数,逐一分析机器人系统组件通电、机器人系统运动对磁共振图像质量产生的影响,建立图像质量评价依据. 实验结果表明,该质量评价方法可充分分析手术机器人及其系统组件的磁共振兼容性,且可为医疗手术机器人系统组件的磁共振兼容性分析提供测试方法与理论依据.     

胶束型磁共振成像分子探针的设计与应用

飞速发展的分子影像学在肿瘤的早期诊断及检测中发挥着越来越重要的作用.磁共振成像(MRI)是分子影像学的重要分支,具有其他成像技术不可比拟的优越性和广阔的发展前景.它不需要放射性示踪剂,没有电离辐射,具有高的空间、时间分辨率和组织对比度.近年来,新型磁共振分子探针及成像序列取得了一系列进展,包括环境响应型分子探针、¹⁹F成像、¹²⁹Xe超极化成像以及化学交换饱和转移成像等,进一步拓展了MRI的应用范围.研究和开发靶向性好、弛豫效率高且安全性好的新型多模态MRI造影剂,进一步提高灵敏度是MRI领域的一项重要课题,例如将胶束的特性与一些MRI新方法结合,寻找合适的胶束体系,以提高MRI分子探针的灵敏度;或者引入多模态分子探针,弥补磁共振方法的不足.本文综述了胶束型MRI分子探针核心技术的研究进展与应用,并指出分子影像技术在生物医学工程研究和临床诊断中的重要性.     

基于Dense-UNet++的关节滑膜磁共振图像分割

为解决以往基于深度学习的滑膜磁共振图像分割模型存在的分割精度较低、鲁棒性较差、训练耗时等问题,本文提出了一种基于Dense-UNet++网络的新模型,将DenseNet模块插入UNet++网络中,并使用Swish激活函数进行训练．利用1 036张滑膜磁共振图像数据增广后的14 512张滑膜图像对模型进行训练,并利用68张图像进行测试．结果显示,模型的平均DSC系数为0.819 9,交叉联合度量（IOU）为0.927 9．相较于UNet、ResUNet和VGG-UNet++网络结构,DSC系数和IOU均有提升,DSC振荡系数降低．另外在应用于相同滑膜图像数据集和使用相同的网络结构时,Swish函数相比ReLu函数有助于提升分割精度．实验结果表明,本文提出的算法对于滑膜磁共振图像的病灶区域的分割有较好的效果,能够辅助医生对病情做出判断．     

基于GPU加速的磁共振血管造影图像的并行分割与追踪算法

在应用磁共振血管造影图像进行临床诊断时,临床医生往往需要提取感兴趣区域(Region Of Interest,ROI)的部分血管.这个工作传统上需要手工进行,费时费力.该文提出一种并行的血管分割与追踪算法,利用现代图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)所具备的大规模并行计算能力进行快速的血管分割.首先将三维图像网格化为共面的立方体,并行处理每个立方体,确定立方体中哪些表面有血管通过,以及立方体中哪些体素包含血管.之后再将该结果用于串行的全局分割与血管追踪处理.实验结果表明,利用这种先并行后串行的方法,可以在1 s之内完成全脑血管的分割,分割的结果也更准确.