（无线电物理专业论文）数字化磁共振成像谱仪.pdf

薄e 论文：数字纯磁鼹报成豫潜坟 摘要 随着磁共振成像技术和应用的飞速发展，它对磁共振成像谱仪的性能提出了 耨的要求。商用磁共振成像谱仪的功能和性缝摄然强大，但是其价捺爨然j 掌昂 费。磁共振或豫谱 踅豹数字亿蔽术可戳在不损失藏像谱议戆瞧霸功髓鳃羲爨 下，简化谱仪结构，降低设计成本。因茈，研究新代高性能，低成本的数字化 磁共振成像谱仪技术，对于我国磁共振成像的进一步应用和推广嫩有非常重要的 意义。 本文围绕着磁共摄成像逶仪的数字化技术遴行了详细的磷完，辨臣实现了具 有鑫圭翅滚产投匏，菇鞑缝，多臻篷，低裁零蕊数字诧磁共振纛豢港仪系统。 论文的主要内容韶下： 1 磁共振成像谱仪发射通道的数字化研究。首先介绍了数字化频率源的工作 原理和它相对于传统频率技术的优点。然后分析了数字化频率源的理想和 实际频谱输出特髓，莠且实现了个安爆的磁共振成像数字他颇事源的设 、霄，最磊本文逶过溺试帮磁共振裁像炎验来验透奉设诗。 2 磁共振成像谱仪接收通道的数字化研究。在此研究中，首先，分析了数字 正交检波的原理，然后分别实现了一体化的数字接收机的设计和直接射频 采样磁共振成像数字接收机的设计。随后，我们提出了种在硬件改动最 小的情况下克服数字接收枫相位辩动的瓤方法。此方法司以便褥原先仅为 逶谖或游费类电予设；卡兹褰缝篷、纛藏零亵弼数字接蔽穰熬够应霹子疆共 振成豫和核磁共捺波谱领域。这样，就可以大大绝简亿磁共撅成像谱仪的 设计。此外，我们遇提出了一种基于频分复用的相控阵和并行i 【i r i 信号接 收的新方法，并且窳现了实用化的四通道频分复用磁共掇成像数字接收 机。使用本方法可以使用目前高性能，低成本的商用多载波数字接收祝代 替售统靛多个分立戆按牧氨系统，霹皴共振痿号遴嚣毫效，蠢瞧驻魏荠季亍 接收，歇两大大辩羝整个耱控阵或像潍技盼成本。 3 + 磁共振成像谱仪梯度通道的数字化研究。首先，提出一种用于磁共振成像 的高性能，高集成艘基于p c i 总线的数字预加重梯度波形发生器的设计， 其主要特点在于此设计采用了现场可编程门阵列( f p g a ) 技术实现。本文所 示的预期重梯凄发生器，其数字撵度联烟重和数字逻辑搂器全整集成在单 片可编程芯片中，这样不餐可以产生离性貔的颈加重梯震波形，两且巍可 以简化磁共振成像谱仪的结构和设计。嫒后，我们详细讨论了此梯度波形 发生器的设计并且给出了此设计的测试指标和实验结果。 v 博l 论文：数字化磁共振成像谱仪 4 提出一种专为磁共振成像应用进行改进的脉冲序列发生器设计，相对u 丁原 有的脉冲序列发生器，它对磁共振成像的脉冲序列的数据结构进行了特殊 的优化，因此可以很高效地执行成像序列。 5 存上述谱仪部件数字化技术研究的基础上，结合磁共振成像的具体应用， 我们研制了一台实用的数字化磁共振成像谱仪。最后我们构建了套0 3 t 小型磁共振成像系统和医用磁共振成像系统来验证和测试本文所提出的 数字化成像谱仪系统。 关键词： 磁共振战像：磁共振戒像谱仪；数字频率合成：数字正交检波：相干累加：数字 接收机同步；柏擦阵线匿 并行戒像：强掘重：梯宠涡流；晾冲序确发生器：小 型磁共振或像仪：医甬磁共振成像仪： v i 博士论文：数字化磁共振成像谱仪 a b s t r a e t i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to fm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n gh a sr a i s e d t h en e wr e q u i r e m e n t so nm r is p e c t r o m e t e r s c o m m e r c i a ls p e c t r o m e t e r sf r o mm a n y m a n u f a c t u r e r s ，t h o u g hp o w e r f u l ，a r eu n f a v o r a b l ei nm a n yc a s e sd u et oi t sc o s t l u c k l y , t h e s ed i f f i c u l t i e sc a nb ec o n q u e r e db yu t i l i z i n gt h en e w l yd e v e l o p e dd i g i t a lt e c h n i q u e s ， w i t h o u ts c a r i f y i n ga n yp e r f o r m a n c ea n df i m c t i o n a n i t y t h e r e f o r e ，i na u t h o r s o p i n i o n s ， i ti s i m p o r t a n ta n dv a l u a b l et oi n v e s t i g a t e an e wg e n e r a t i o nr o b u s td i g i t a lm r s p e c t r o m e t e rf o rm r ia p p l i c a t i o n s i nt h i st h e s i s ，t h ed i g i t a lm r s p e c t r o m e t e rt e c h n i q u e sw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l m o r e o v e r , f o rv e r i f i c a t i o na n dd e m o n s t r a t i o np o p u r s e s af l e x i b l ed i g i t a lm r j s p e c t r o m e t e rw i t hh i g hp e r f o r m a n c ea n d l o wc o s tw a sb u i l t t h em a i nc o n t e n t so f t h et h e s i si n c l u d e ， 1 t h er e s e a r c ho fd i g i t a lt r a n s m i t t e ri nm r js p e c t r o m e t e r f i r s t t h ep r i n c i p l e a n da d v a n t a g eo fd i g i t a lf r e q u e n c ys y n t h e s i z et e c h n i q u ew e r ei n t r o d u c e d t h e n ，ap r a c t i c a ld i g i t a lt r a n s m i t t e rw a sd e s i g n e d f i n a l l y , t h eo u t p u ts p e c t r u m o f t h ed i g i t a lt r a n s m i t t e rw a sv e r i f i e db ye x p e r i m e n t a lr e s u l t s 2 t h er e s e a r c h o fd i g i t a lr e c e i v e ri nm r is p e c t r o m e t e r i nt h i s p a r t ，t h e m e c h a n i s mo fd i g i t a lq u a d r a t u r ed e t e c t i o nt e c h n i q u ew a sa n a l y z e d t h ed e s i g n o fac o m p l e t ed i g i t a lr e c e i v e ra n dad i r e c tr fs a m p l i n gr e c e i v e rw a sa l s o p r e s e n t e d t h e n ，u n k n o w na c q u i s i t i o nd e l a yp r o b l e mc a u s e db yad i g i t a l r e c e i v e rw i t h o u te x t e r n a ls y n c h r o n i z a t i o ni nm r lw a sd i s c u s s e di nd e t a i l a n e f f e c t i v ep r o c e d u r ew a ss u g g e s t e df o ro v e r c o m i n gt h ep r o b l e m t h em a i n f e a t u r eo ft h ep r o p o s e dm e t h o di sm i n i m a lh a r d w a r em o d i f i c a t i o n s t h e p r o p o s e dm e t h o de n s u r e st h a tm o s tc o m m e r c i a ld i g i t a lr e c e i v e rc a nb ef u l l y i m p l e m e n t e di nm r i i na d d i t i o n ，af r e q u e n c yd o m a i nm u l t i p l e x i n gt e c h n i q u e a n dap r a c t i c a lf o u rc h a n n e lf d mr e c e i v e rw e r ei n t r o d u c e d i ti se x p e c t e dt h a t t h ef d mt e c h n i q u e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l ed i g i t a l r e c e i v e r s ，m a yb e v a l u a b l ea n dc o s t e f f e c t i v e i nd e s i g no fp a r a l l e lm r i r e c e i v e rs y s t e m 3 t h er e s e a r c ho fd i g i t a lp r e - e m p h a s i sg r a d i e n tw a v e f o r mg e n e r a t o r av e r s a t i l e a n di n e x p e n s i v eg r a d i e n tw a v e f o r mg e n e r a t o rb a s e do nt h e p e r i p h e r a l c o m p o n e n ti n t e r c o n n e c tb u so fp e r s o n a lc o m p u t e re s p e c i a l l yd e s i g n e df o r m a g n e t i c r e s o n a n c ei m a g i n gi s p r e s e n t e d ，t h r e ei n d e p e n d e n tg r a d i e n t w a v e f o r mc h a n n e l so nap r i n t e dc i r c u i tb o a r dw e r ea c c o m p l i s h e da st h e s o u r c e sf o rx ya n dzg r a d i e n t s t h em a i nf e a t u r eo ft h e p r e s e n td e s i g n i s v 1 1 整圭鲨奎：鏊兰! 兰整茎蔓塞堡登堡 u t i l i z a t i o no ft h ef i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a yt e c h n o l o g yt h a tm a k e st h e h a r d w a r es t r u c t u r es i m p l e ra n dm o r ef l e x i b l e i na d d i t i o n ，d i g i t a lp r e e m p h a s i s f u n c t i o ni si n t e g r a t e di nt h eg r a d i e n tw a v e f o r mg e n e r a t o ra n di m p l e m e n t e di n t h ef i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y l a s t ，t h ep r o p o s e dg r a d i e n tw a v ef o r m g e n e r a t o rw a st e s t e dv i aas e r i e so fe x p e r i m e n t s _ 幸。a ni m p r o v e da n ds p e c i a ld e s i g nf o rm r ip u l s es e q u e n c eg e n e r a t o r , c o m p a r e d w i t ht h ef o r m e ro n e ，t h ep r o p o s e dd e s i g nw a so p t i m i z e df o rm r ia p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e ，i tc a l lw o r ki nam u c hm o r ee f f e c t i v ew a y 5 a c c o r d i n gt ot h ea b o v em e n t i o n e dr e s e a r c hw o r k s ，ap r a c t i c a ld i g i t a lm r s p e c t r o m e t e rw 8 sp r o p o s e da n di m p l e m e n t e di nt h i st h e s i s - t h i ss p e c t r o m e t e r w a sf u l l yt e s t e di na0 3 tm i n im p ds c a n n e ra n da0 3 tc l i n i c a lm r s y s t e m - k e y w o r d s ： m r l , m r is p e c t r o m e t e r , d i g i t a lf r e q u e n c ys y n t h e s i z e ，d i g i t a lq u a d r a t u r ed e t e c t i o n , c o h e r e n c e ，r e c e i v e rs y n c h r o n i z e , p h a s e da r r a yc o i l & p a r a l l e li m a g i n g , p r o - e m p h a s i s , e d d yc u r r e n f ，p u l s e p r o g r a m m e r , m i n i m t u s c a n n e r , c l i n i c a l m r i s y s t e m w l l 蒋士 愈文：数字恍磁共掇成像谱役 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要赏靛翡令人和集体，臻已在文中俸了磅确说明并表示谢意。 作者签名：盗勤日期：呈竺盟五垒z 身f 日 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门残其指定机构避交论文的电 子敝和纸质版。有权将学位论文用于菲赢翻目的的少簧复匍并允许论 文遂入学校霞毒馆被查蓠。有权将学位论文蘸漆客藕入有关数据痒避 行检索。煮权将学位论文瓣标题和攮要汇壤出版。保密戆学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文俸者签名： 器絮： 绦勤 三o 鸽g 羹喝 i 导癖签名： 轻班 蟛丝李瓤 博士渣交；鼗字 艺磁共攮或镰落搜 绪论 磁獒缀或豫发袋掰激和成豫技术发畿概况 1 9 4 6 年，美国物理学寐e 。醚。p u r c e l l 翻f b t o e h 从实验上发现了核磁共 振璐臻，譬致了竣磁共撩( 勰r ，n u c l e a rm a g n e t i er e s o n a n c e ) 这门瓤学秘的 诞生。草瘫，n m r 被羽予疆究物璜结构和动态过程，后由予p ，l a u t e r b u r ，p n a n s f i e i d 帮r d a m a d i a n 等人熟王撵镬核狻共振避天了黩学戏缘领域 i - 3 j 。 从n m r 的投展到磁共振成像( m r i ，m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ) 的诞生，这中 间经蛹了，k 代科技工 睾卷黥辛勤努力。盎曩今，m r i 已经或惫了医学澎橡诊断的重 要王爨之一。 鞲蓊，随萋磁诲捩零，魄予援术，圣 葵辍技零憋进步，瓢l 技术及葵庭瓣取 褥了飞速发展。商场强磁体、开放凝磁俸、藕控阵和并行戚像线黼c 4 9 j 、多核 通道激发年n 采集、并童亍和趟快速成像 1 0 ，1 1 鼹示出了m r i 仪器技术的发展趋势。 与魏阐对，磁共掇赢管造影、心脏m r i 、趣快穗成僚、功能成像英代农了 a r t 在 医学，生物学，认知学方瓣的最耨应用成果。幽她霹见，m r i 不但已经成为鼹学 影露渗鼗熬重要王巽之一，覆豆，它耱然戳一个藏装学裁麓瑟获袁下鹾较术、医 孥、生物学和认知学等领域持续，离速的发鼹 1 2 j 。 瓣羲t 4 r i 援末葶霹应蠲瓣飞速发攫，皴l 对撩共掇或豫潜仪鑫拳憋# 疆凄了精豹 要求。为了使磁共振成像满仪的功能和性能上一个新台阶，各种新方法层出不窟， 熬灌是蛋耱实际嶷瑁弱台瓣要求。蕊中磁共掇姨缘港搜豹数字讫遐避哿来躲一个 蹇煮，窀不仅提瓷了磁共擐残豫谗役的注l 翻灵活嶷、增强了谱纹瓣蕊戆，蕊虽 麓纯了谱搜垒身黻及藏像设备戆缝褥。 闷前，已有一些磁共撒成像谱仪或核磁j 振波谱仪数字化的报道 1 3 - 2 1 ，但 疑其中的大部仅仅初步毒砖谂靼演示了数字位技术在磁共振成像谱仪巾庹用的可 行性，而辩其体如何采用数字化技术实现新代商性能，低成本的磁共振成像谱 仪剐姣少较为深入的礤究。 癸辫，囊楚疆共叛灌仪麓功蹙秘往麓显然强大，餐是箕餐鞲镄然尊常暴囊， 懈嚣谱仪设计豹核心技术仍然掌握在国乡 少数太公弼的手中。由予上述原禹，在 菜芾申程藏上陵翎了医瘸磁躲薇成像在我国静滋4 步维广。露上掰述，利臻数字纯 技术可以猩不损失磁共振成像谱仪性能、增强功能的同时，降低其制造成本。研 究赣一钱蕊往髓，繇酸本鹣鼗字纯磁共振或缘谱 更技求，瓣予我鬣m r i 熬避一。步 嶷粼茅雾掺广，薅予缓嬷嚣蘩我国太陵看病罐，羲疯爨戆目题褰器具奔饕豢重要装意 义。 本沦文的工作就致力予较为深入地研究磁共振成像谱仪的数字化技术，井且 蹙拣安现了具有蠡主妇谈产权竣，瘫牲能，莎竣鼹，低成本鳃数字他磁共振成像 谱仪祭统。下面对本论文的工作内容作总体介绍。 臻圭论文；数字纯磁共振成缳溢纹 本论文工作的内容 i 谱仪发射通道( 频率源) 的数字化 在瓣i 中，频率源被翊予产生射频脉狰，激发缝织样品，得到病入的生理信息。 随着m r i 技术的发展，为了实现对成像组织的选择性激发和定域激发等应用，通 露需要额率源具有辐廑、频率、稳位袄速端翻静功缝，这楚蒋统频率台戒畿来难 以达到的。使用直接数字频率合成( d d s ，d i r e c td i g i t a lf r e q u e n c ys y n t h e s i z e r ) 技术霹戳缀好熬瓣凌上述瓣题h 9 3 。因鼗，我粕采鼹毫经黢d d s ( a d 9 8 5 4 ，a n a lo g d e v i c o si n c ，u s a ) 器件设计实现了数字化m r i 谱仪的频率源模块。 基兹，d d s 内鄂采用了r o m 存罐竣出懿波澎表，墩于受到集成电鼹王艺戆限毒， r o m 表的规模不可能做得足够大，一般只采用相位累加器的高位对篡进行寻自l 输 搬，所以程其输出谱中包台羞由d d s 器传的相位截断误差的杂散信号。d d s 使鼹 了高速的d a c 把r o m 表中的波形数据转换为射频输出信号。这样便使得在其输出 谱中还夹杂了由于d a c 有限字长效应和非线性引起的杂散僚号。在本研究中，我 们总结了d d s 产生杂散静舔因，并n 通过实验验 正d d s 在磁共振成像应勇j 中的有 效性。 2 谱仪接收通道( 接收机) 的数字化 在m r i 应用中璎求接收封l 能够不失真地接收放大微弱的磁共振信号。接收机 的动态范嗣、滤波器群延时、正交通道的平衡度等因素直按决定了核磁共振谱圈 的质量。曝前，存在着两种接收机设计的方法，一种是传统的模拟接收机 2 2 ， 弱井一静剿是数字搂牧辊 1 3 1 6 。对于模援接收毒氇，由予模瓠正交潼频嚣豹葙 移很难做到严格的9 0 0 ，即完全正交，这样会在磁基振谱图中引入镜像峰干扰。 菇辩，由予采羯了模羧滤波器，冀避繁绞没，滤波嚣菲线篷群露延、滤波器参数 随温度的政变都会导致谱圈的失真。采用数字接收机可以很好地解决目前模拟接 收壤遇到瓣目题。嚣兹，嘉场上存_ 褒羞娃熬佐具，巍竣捂鬣豢，褰集成度戆褒尾 数字接收机芯片，采用这必低价格，高性能的数字接收机芯片能够大大简化数字 皴共振成像谱纹的设莒 ，嶷不损失| 生篷的憾况下，照著降低没计成本。因此，本 文采用a d 9 8 7 4 和v i r t e xii p r o 芯片分别实现了数字化m r i 谱仪宽带数字接收机 和直接射频采样数字接收枫。 在磁共振成像中，要求接收桃与磁共报信号保持相干和同步。对于商用的数 字接收机，尽管它们的性能很高，但是它们通常为通讯应用而设计，很少考虑到 磁共振成像的特殊需求。掰以，直接将商稍数字接收祝应瑙剩磁共振成像中，会 导致磁共振信号与接收机的不同步，从而在图像上引起伪影，严重影啊着磁拭振 瀚像静葳= 鼗。为魏，本文稳氆一种狰偿商鬻数字接牧掇与磁共振信等不同步豹薪 博士论文：数字化磁共振成像谱仪 方法 2 3 。它能以最小的硬件改动，完全消除由于数字接收机与磁共振信号不同 步而在图像上产生的伪影。 当前，磁共振成像系统正朝着相控阵和并彳亍成像的方向发展，这就需要磁共 振成像谱仪系统具备接收并行成像和相控阵磁共振信号的能力。为了同时接收多 路磁共振信号，一种通常的做法是为每路磁芡振信号分别配置独立的数字接收机 系统。随着磁共振接收通道数的增加，在谱仪中所采用的数字接收机的数目也会 相应的增加。这样，会导致成像复杂谱仪系统的设计，增加成本。针对这种情况， 有人提出了基于时分复用( t d m ) 思想 2 4 的数字接收机设计方案。但是，目前还 存在着隔离度差，对滤波器要求过高，在接收到的磁共振信号巾存在一阶相移等 问题。为了克服这些问题，本文提出了一种基于频分复用( f d m ) 的接收机设计力 案 2 5 ，采用此方案，可以有效地解决t d b i 方法中存在的问题，同时可以利用高 性能多载波的商崩数字接收机实现对磁共振信号的多路同时接收。这样就可以夫 大简化谱仪设计，降低多通道磁共振成像谱仪系统的成本。 3 谱仪梯度系统的数字化 早期的梯度预加重单元通常采用模拟器件设计，梯度单元发出的梯度波形， 经过此单元的模拟电路进行预加重处理之后，送入梯度功放 2 6 。由于这些方案 中采用了模拟器件，因此往往会受到温度、元件老化以及周边环境的影响。近年， 有人提出一种基于数字信号处理器的梯度预加重单元，可以很好的解决上述方案 遇到的问题 2 7 。但是，到目前为止，很多数字梯度预加重单元仍然与梯度波形 发生器分离，并且常常采用多芯片和多数字信号处理器( d s p ) 的方案实现，其 结构复杂，设计成本较高。我们在本文中实现了一种高集成度、高精度、高稳定 度的一体化数字预加重梯度波形发生器的设计方案。它的主要特点是把波形发生 和数字预加重电路全部设计在单片现场可编程门阵列( f p g a ) 芯片中。它的数据 接口采h j 了广泛被应用的p c i 总线，能够很好的与现有的p c 机兼容。因此，与 现有基于多处理器结构的分立数字梯度波形发生器相比，采用单片f p g a 芯片实 现的数字预加重梯度波形发生器具有结构简单，设计灵活，稳定度好等优点，这 在数字化磁共振成像谱仪的设计中是非常有效的。 4 磁共振成像脉冲序列发生器 随着磁共振成像技术的飞速发展，各种新脉冲序列层出不穷，随着这些新序 列的出现，对脉冲序列发生器提出了新的要求。传统的磁共振成像脉冲序列发生 器大多数采用了分立的计数器或者寄存器实现 2 8 ，也有部分采用微处理器实现 2 9 。基于分立的计数器或者寄存器实现的设计，其功能单一，通常只能实现较 为简单的脉冲序列，对于复杂的m r i 脉冲序列已不再适用。基于微处理器的实现 的脉冲序列发生器则往往会受限于所采用的微处理器的指令集和编译器等因素， 博士论文：数字化磁共振成像谱仪 给谱仪的脉冲序列编译器的设计带来较多的限制，同时也失去了实现新的脉冲序 列的灵活性。我们曾经提出了种基于珧场可编程fj 阵列( f p g a ) 的核磁共振脉冲 序列发生器 3 0 。其设计思想是采用f p g a 丰富的硬件逻辑代替微处理器的软件 定时，整个脉冲序列发生，数据和内存接口都集成在一块芯片中，这样就可以在 不增加设计成本和复杂度的情况下得到更灵活，准确和高速的脉冲序列。它已经 成功地应用于台式核磁共振小谱仪和核磁共振波谱仪的设计，并且取得了良好的 实用效果 3 1 。但是，它仅仅为核磁共振波谱和小谱仪系统的应用进行设计，数 据传输速度慢，而且其脉冲序列的实现还没有为成像进行优化。这里，我们提出 了一种改进的3 2 路脉冲序列发生器的设计。相比于我们原先设计的核磁共振波 谱的脉冲序列发生器，其具有以下特点：1 对磁共振成像的脉冲序列的实现进行 了特殊的优化。2 增加了心电门控和呼吸门控。可以通过病人的生理活动来触发 脉冲序列。3 基于高速的p c i 总线，增加了脉冲序列数据传输速度，较适合于短 t r 的成像序列。 本论文工作的意义和创新点 正如上文所述，随着磁共振成像技术和应用的飞速发展，它对磁共振成像谱 仪的性能提出了新的要求。磁共振成像谱仪的数字化是提高谱仪性能，简化谱仪 结构的有效途径。 本课题是应用性较强的研究工作。体现在本文工作中，主要包括数字频率源 技术、磁共振信号数字接收技术、梯度波形发生和脉冲序列发生等技术。此外， 它还是一项牵涉到磁共振物理、信息技术、集成电路设计技术、医学等领域的交 叉应用型研究。 在数字频率源技术方面，我们实现了适合于磁共振成像的数字化频率源。它 是一种能够实现对磁共振激发射频的幅度、频率、相位进行快速调制的有效方法。 在磁共振信号的数字化接收方面，我们提出了一种在硬件改动最小的情况下 克服数字接收机相位抖动的新方法。此方法可以使得原先仅为通讯或者消费类电 子设计的高性能、低成本商用数宁接收机系统能够应用于磁共振成像和核磁共振 波谱领域。这样，就可以大大地简化数字化磁共振成像谱仪的设计。 另外，我们还提出了一种基于f d m 的相控阵和并行磁共振信号接收的新方法， 并且实现了实用的基于f d m 的磁共振成像数字接收机。采用此方法可以使用日前 高性能，低成本的商用多载波数字接收机代替传统的多个分立的接收机系统，对 磁共振信号进行高效，高性能的并行接收。 在本文中，我们还实现了一种基于f p g a 的高效数字梯度波形发生器，与目前 广泛采用的多处理器系统相比，其数字梯度预加重和数字逻辑模块全部集成在单 撼七途文：数字亿磁共搬盛缘谱议 片可编程芯片中，这样不f _ 日可以产生高性能的预加重梯度波形，而且可以简化磁 共振成像仪的设计。 在脉冲序列发生方磷，我们针对磁共振成像的特殊需要，对原有脓冲序列发 生器遽嚣了重菝设引。耀魄予骧有夔棱磁共缀波灌豹骧滂序翻发生嚣，其其有毫 遥、商效的融冲序弼执行缝力。 本文的研究为我国自行研制数字化磁共搬成像谱仪打下坚实的溅础。目前， 基于此研究的科研样机也已用于临床磁共振成像，并且取得了良好的实用效果。 这怒我们迈出数字化磁欺振成像谱仪产业化道路的第一步。我们有理由相信，尽 管城在驰磁共振残像谱仪市场掇然为国乡 懿少数公司占鞭，但是，避遵努力，在 不远豹褥来，我们挠够磷秘出更是先进汝其有鑫主知识产权静赢豫麓磁共叛盛像 谱仪系统。 参考文献： 1 l a u t e r b u rp c ( 19 7 3 ) i m a g ef o r m a t i o nb yi n d u c e dl o c a li n t e r a c t i o n s ：e x a m p l e s e m p l o y i n g n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e + n a t u r e 2 4 2 ：1 9 0 1 9 1 2 m a n s f i e l d m a u d s l e ya a ( 1 9 7 7 ) m u t i - p l a n a ri m a g ef o r m a t i o nu s i n gn m rs p i n e c h o e s j p h y sc - 5 0 ：1 8 8 - 9 4 3 h o u rd i ，l a u t e r b u rp c ( 1 9 7 9 ) t h es e n s i t i v i t yo ft h e z e u g m a t o g r a p h i c e x p e r i m e n ti n v o l v i n gh u m a ns a m p l e s j m a g nr e s o n 3 4 ：4 2 5 - 4 3 3 4 。r o e m e rp b ，e d e l s t e i nw a , h a y e sc e ，s o u z as p , m u e t l e ro m ( 1 9 9 0 ) t h en m r p h a s e da r r a y m a g n r e s o n m e d 1 6 ：1 9 2 2 2 5 5 w r i g h ts m ，w a l dl l ( 1 9 9 7 ) t h e o r ya n da p p l i c a t i o no fa r r a yc o i l si nm r s p e c t r o s c o p y n m rb i o m e d 1 0 ：3 9 4 - 4 1 0 6 s o d i c k s o n d k ，m a n n i n gw j ( 1 9 9 7 ) s i m u l t a n e o u sa c q u i s i t i o no fs p a t i a l h a r m o n i c s ( s m a s h ) ：f a s ti m a g i n gw i t hr a d i o f r e q u e n c yc o i la r r a y s 。m a g nr e s o r t m e d 3 8 ：5 9 1 6 0 3 7 p r u e s s m a n nk p , w e i g e rm ，s c h e r i d e g g e rm b ，b o e s i g e rp ( 1 9 9 9 ) s e n s e ： s e n s i t i v i t ye n c o d i n gf o rf a s tm 砌m a g nr e s o nm e d 4 2 ：9 5 2 9 6 2 8 c r r i s w o l dm a ，j a k o bp m ，n i t t k am ，g o l d f a r bj w , h a a s ea ( 2 0 0 0 ) p a r t i a l l y p a r a l l e li m a g i n g 谢馥l o c a l i z e ds e n s i t i v i t i e s ( p i l s ) 。m a g nr e s o nm e d 4 4 ： 6 0 2 6 0 9 9 l e eh j ，s c o t tg c ，p a u l yj m ，n i s h i m u r ad g ( 2 0 0 5 ) b r o a d b a n dm u l t ii m a g i n g u s i n gm u l t i p l ed e m o d u l a t i o nh a r d w a m ：af e a s i b i l i t ys t u d y m a g nr e s o nm e d 耩论文；数字纯磁共振成豫疆搜 5 4 ：6 6 9 6 7 6 1o m c d o u g a l lm p , w r i g h ts m ( 2 0 0 5 16 4 - c h a n n e l a r r a yc o i l f o rs i n g l ee c h o a c q u i s i t i o nm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g 。m a g nr e s o nm e d5 4 ：3 8 6 - 3 9 2 1 1 z h uxh a r d yc j ，s o d i c k s o nd k ，g i a q u i n t or o ，d u m o u l i nc l ，k e n w o o dg n i e n d o r ftl e j a yh ，m c k e n z i ec a ，o h i l i g e rm a ，r o f s k yn m 繇0 0 2 ) h i g h l y p a r a l l e lv o l u m e t r i ci m a g i n gw i t ha3 2 e l e m e n tr fc o i la r r a y m a g nr e s o nm e d 5 2 ：8 6 9 8 7 7 1 2 赵喜平( 2 0 0 4 ) 磁共振成像群学出裁狂 1 3 。m i c h a lc a ，b r o u g h t o n 鹣h a n s e ne 。( 2 0 0 2 ) ah i 酶p e r f o r m a n c ed i g i t a lr e c e i v e r f o rh o m e b u i l tn m r s p e c t r o m e t e r s r e vs c ii n s t r u m7 3 ：4 5 3 4 5 8 4 。强hc h ，l a w r e n c ee c ，m i t s u a k ia ( 2 0 0 2 ) af l o a t i n g p o i n td i g i t a lr e c e i v e rf o r m r i i e e et r a n sb i om e d e n g4 9 ：6 8 9 6 9 3 1 5 v i l l am ，t i a nf c o f r a n c e s c oeh a l d m e kj , k a s a lm ( 1 9 9 6 ) h i g h - r e s o l u t i o n d i g i t a lq u a d r a t u r ed e t e c t i o n r e vs c il n s t r u m6 7 ：2 1 2 3 - 2 1 2 9 1 6 k a s a lm ，h a l = i m e kj ，h u s e kvv i l l am ，r u f f i n au ，c o f r a n c e s c op ( 1 9 9 4 ) s i g n a l p r o c e s s i n gi nt r a n s c e i v e r sf o rn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c ea n di m a g i n g r e vs c i i n s t r u m6 5 ：l8 9 7 ，1 9 0 2 17 l ig y x i el i b ( 1 9 9 9 ) d i g i t a lq u a d r a t u r ed e t e c t i o ni nn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e s p e c t r o s c o p y r e v s c i i n s t r u m7 0 ：1 5 1 1 1 5 1 3 18 m o s k a ud ( 2 0 0 2 ) a p p l i c a t i o no fr e a lt i m ed i g i t a lf i l t e r si nn m r s p e c 台o s c o p y c o n c e p t si n m r1 5 ：1 6 4 - 1 7 6 19 。j i a n gy ，j i a n gxt a oh yl ig y ( 2 0 0 2 ) ac o m p l e t ed i g i t a lr a d i o f r e q u e n c y s o u r c ef o rn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c es p e c t r o s c o p y r e vs c ii n s t r u m7 3 ： 3 3 2 9 - 3 3 3 1 2 0 w r i g h ts m ，b r o w nd 岱p r o t e rj r ，s p e n c ed c ，e s p a r z ae ，c o l ed c ，h u s o nf r ( 2 0 0 2 ) a d e s k t o pm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n gs y s t e m 。m a g m a1 3 ：1 7 7 1 8 5 2 1 l iy qj i a n gy ，y a nx l ，y i a n gy ( 2 0 0 1 ) d i g i t a ln u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e s p e c t r o m e t e r r e vs c ii n s t r u m7 2 ：4 4 6 0 4 4 6 3 2 2 w i r e b o r tr j ，w o e h l e rs e ，b r a d l e yc h ( 19 8 6 ) e f f i c i e n tp r o b ea n dr e c e i v e rf o r s o l i d s t a t e2 hn - m r 。j m a g nr e s o n7 6 ：1 4 3 1 4 8 6 博士论文：数字化磁共振成像谱仪 2 3 x q i n ，s j i e ，l j i a n q i ，l g e n g y i n g ( 2 0 0 5 ) c o m p e n s a t i o n f o ru n k n o w n a c q u i s i t i o nd e l a yc a u s e db yd i g i t a lr e c e i v e rw i t h o u te x t e r n a ls y n c h r o n i z a t i o ni n n m ra n dm r i m a g ? 幽1 8 ：2 1 7 2 2 4 2 4 b a n k s o nj a ，w r i g h ts m ( 2 0 0 1 ) m u l t i c h a n n e lm a g n e t i cr e s o n a n c es p e c t r o s c o p y t h r o u g ht i m ed o m a i nm u l t i p l e x i n g m a g n r e s o n i m a g i n g 1 9 ：1 0 0 1 1 0 0 8 2 5 x uq ，w a n gh ，x uza n dl ig ( 2 0 0 6 ) f r e q u e n c yd o m a i nm u l t i p l e x i n gf o r p a r a l