數(shù)字化MRI譜儀系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、磁共振成像(Magnetic．Resonance Imaging，MRI)是利用生物體內(nèi)氫核在磁場(chǎng)中的共振特性而成像的高新技術(shù)，具有分辨率高、成像參數(shù)多、可任意層面斷層、無電離輻射損傷等特點(diǎn)。自上世紀(jì)70年代問世以來，MRI技術(shù)飛速發(fā)展，目前已經(jīng)成為影像學(xué)檢查中最先進(jìn)的工具之一，廣泛應(yīng)用于臨床對(duì)人體各系統(tǒng)的診斷。 譜儀(spectrometer)是MRI系統(tǒng)的核心部件，控制著整個(gè)MRI系統(tǒng)的信號(hào)時(shí)序和各種波形信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)射、

2、接收以及處理，其性能的優(yōu)劣是決定MRI成像質(zhì)量的重要因素。譜儀的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，目前國外只有PI、SMIS、Medison等少數(shù)幾家廠商能夠提供，國內(nèi)生產(chǎn)的MRI系統(tǒng)主要都是采用進(jìn)口譜儀。因此研究并設(shè)計(jì)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字化譜儀系統(tǒng)對(duì)于我國磁共振成像技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。 本文對(duì)MRI成像原理以及譜儀的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，提出了一種基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)總

3、線結(jié)構(gòu)的數(shù)字化MRI譜儀設(shè)計(jì)方案，利用軟件算法實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)的生成和處理，采用PXI硬件板卡進(jìn)行數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，從而使軟件設(shè)計(jì)與硬件獨(dú)立，更加簡單方便。本文首先給出了譜儀的整體設(shè)計(jì)方案，包括各功能模塊的劃分、工作流程設(shè)計(jì)等，然后研究了各模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)分析了譜儀中各種數(shù)字信號(hào)的生成和處理技術(shù)。在梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生過程中，磁場(chǎng)的變化會(huì)產(chǎn)生渦流，影響圖像質(zhì)量，因此本文對(duì)渦流補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究，在譜儀的梯度發(fā)生器中對(duì)渦流進(jìn)行

4、了預(yù)補(bǔ)償。最終獲得的MRI圖像可能存在相位偽影，本文還對(duì)偽影校正方法進(jìn)行了研究，以進(jìn)一步提高譜儀的性能，改善MRI圖像的質(zhì)量。歸納起來本文主要完成了以下有特色的研究工作： 1)提出了一種基于PXI總線結(jié)構(gòu)的數(shù)字化MRI譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。首先計(jì)算出MRI序列的時(shí)序，并生成所需的數(shù)字射頻信號(hào)和梯度信號(hào)，然后利用PXI硬件板卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)。成像物體產(chǎn)生的磁共振信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化后再進(jìn)行數(shù)字正交解調(diào)和濾波等處理，最終重建出圖像

5、。相比于其它譜儀設(shè)計(jì)，這種方法完全采用軟件進(jìn)行序列編寫以及各種數(shù)據(jù)處理，硬件只進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換，因此譜儀系統(tǒng)與硬件的相關(guān)性低，具有結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)展方便等特點(diǎn)。PXI總線提供的特殊電氣信號(hào)可以用來實(shí)現(xiàn)各模塊的時(shí)鐘同步、精確觸發(fā)等功能。 2)對(duì)譜儀系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行了研究，包括數(shù)字射頻信號(hào)的合成以及對(duì)磁共振信號(hào)的正交解調(diào)、抽取、濾波等，給出了射頻發(fā)生器和接收器的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法。采用軟件算法合成射頻信號(hào)能方便地對(duì)其進(jìn)行頻率、幅

6、度及相位控制，利用數(shù)字正交解調(diào)處理磁共振信號(hào)可以避免由兩路載波的相位和幅度不平衡引起的譜失真。同時(shí)，采用這種設(shè)計(jì)方法只需要選用普通的A/D、D/A板卡，可以避開繁瑣的硬件設(shè)計(jì)。 3)研究了渦流對(duì)成像的影響，并提出了一種快速的渦流自動(dòng)補(bǔ)償方法。該方法利用電磁感應(yīng)原理以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行梯度磁場(chǎng)的測(cè)量，并通過數(shù)據(jù)擬合及反饋控制方法快速獲得補(bǔ)償參數(shù)，從而可以在譜儀的梯度發(fā)生器中對(duì)渦流進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。進(jìn)行渦流補(bǔ)償后，圖像質(zhì)量明顯提高。