文档介绍：华东师范大学
硕士学位论文
磁共振成像射频直接采样数字接收机研制
姓名:梁富
申请学位级别:硕士
专业:无线电物理
指导教师:李鲠颖
20100501
论文摘要关键词:磁共振成像;射频直接采样;数字接收机核磁共振成像是核磁共振研究的重要领域,自第一次核磁共振成像实验成功至今已有余年。在这余年的时间里,核磁共振成像有了飞速的发展,如今核磁共振成像己成为重要的研究工具,并渗入到生物、化学、医学等各个学科领域当中。自年首台商用核磁共振成像系统问世,核磁共振成像系统的技术也有了飞速的发展。然而,核磁共振成像系统的核心技术仍然掌握在国外的大公司手中。因此,自主研发核磁共振成像系统不仅具有很好的科研价值,还有重要的现实意义。本论文的主要工作是研制核磁共振成像谱仪中的核心器件之一:数字接收机。针对以往的接收机的不足之处,提出了改进的地方。利用射频直接采样技术和数字信号处理器,技术,将软件无线电理论与实际的硬件设计和实现联系起来,并作了深入详细的探讨。本论文的主要内容如下:第一部分主要介绍了核磁共振的原理、核磁共振成像的原理、以及核磁共振谱仪技术。第二部分主要介绍了软件无线电理论:信号采样理论、多速率信号处理、数字正交变换、以及数字滤波器等。并结合这些理论介绍了实验室原有的接收机。第三部分主要介绍了本论文研制的“磁共振成像射频直接采样数字接收机’’的设计思路和具体的软硬件实现。第四部分主要是本论文研制的接收机的调试测试的中间结果和最终磁共振成像实验结果。
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第一章引言核磁共振成像技术概述核磁共振,诞生于年,哈佛大学的∽椋退固垢4笱У腂小组采用不同方法,独立地进行核磁共振实验,获得了成功【俊早期,饕S糜诓ㄆ追治觯凡舛ǜ髟雍说暮舜啪亍辏约州立大学的孟咝蕴荻却懦〗锌占浔嗦耄⑹状未邮笛樯铣晒获得了枷馵。从此,核磁共振成像,诞生,并成为了医学诊断的重要工具。随着核磁共振系统的软、硬件的发展,各种新的脉冲序列的层出不穷,得到了飞速的发展。年,世界首台商品化核磁共振成像系统面世,年,首台超导核磁共振成像系统问世,年,我国第一台核磁共振成像系统研发成功【俊核磁共振现象发展至今,为社会的各领域做出了巨大的贡献。共有六次诺贝尔奖,分贝授予了物理、化学、生理学或医学这三个领域的从事核磁共振研究的人员。核磁共振成像系统软硬件技术的发展,推动着核磁共振成像的应用不断地拓展。如今,超导技术、计算机技术、微电子技术、以及成像技术等众多新技术的出现和发展,也预示了核磁共振成像系统的发展方向一一高性能梯度、超导短磁体、多通道激发、并行成像等。与此同时,核磁共振成像也更加深入的渗入到其它学科当中,比如超快速成像、功能成像再临床诊断、脑神经等领域的应用【俊在发达国家,核磁共振成像系统的装机量为:每百万人口约台。但是,我们国家每百万人口还不到ǎ对兜陀谄渌⒋锕摇】。核磁共振成像系统属于高端的设备,许多核心技术还掌握在国外人手中。在这种情况下,我国自主研发核磁共振成像系统将有非常重要的意义,自主研发可以掌握新技术、降低成本,为解决老百姓看病贵的问题起到积极的作用。
论文主要内容及研究意义随着电子技术、微电子技术、及计算机技术的发展,核磁共振成像系统的硬件也不断的革新。核磁共振谱仪中,用于接收藕诺慕邮栈苍诜伤俚姆展。从早期的模拟接收机到现在的数字化接收机,从单通道到多通道接收机。如今,核磁共振谱仪中的接收机正朝着多功能、多通道、灵活性和可扩展性等方面发展。本论文主要工作是关于核磁共振谱仪中接收机的研制。我们实验室曾经自行研制过多个接收机板卡,从模拟接收机到数模混合、最后到全数字化,从单通道到双通道到多通道。但是,这些接收机板卡中,仍然存在着如下不足:阅懿桓摺:舜殴舱裰幸恢倍即嬖谝桓龊艽蟮奈侍猓褪切旁氡鹊汀O对于通信等其它领域的信号,核磁共振信号本身是非常微弱的,有时,核磁共振信号甚至弱到被淹没在噪声当中。而接收机本身的噪声,对鐾枷竦闹柿炕有很大的影响。接收机本身的信噪比不高,将会直接导致枷裰柿康慕档汀影响接收机本身的信噪比有很多因素,比如:有的数字接收机由于采用了时分复用技术,这就直接降低了接收机进行模数转换是的动态范围,并最终降低了信噪比【S械氖纸邮栈捎谟∷⑾呗琍板卡设计上的考虑不足,导致不同通道之间的串扰洗螅⒆钪战档土诵噪比【S械慕邮栈蚴怯捎诓捎玫男酒旧淼男阅懿还缓茫贾滦旁氡冉低。δ懿还磺看螅衫┱剐圆缓谩T诮邮栈难兄剖保捎谥种衷颍的接收机板卡的功能较少,可扩展性不好,在进行上袷笛槭保矶嗖问只能固定或者只允许在小范围内选择【】,这使得接收机板卡的应用范围较窄,许多新型的脉冲序列不能