數(shù)字化MRI譜儀系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、磁共振成像(Magnetic．Resonance Imaging，MRI)是利用生物體內(nèi)氫核在磁場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。自上世紀70年代問世以來，MRI技術(shù)飛速發(fā)展，目前已經(jīng)成為影像學檢查中最先進的工具之一，廣泛應(yīng)用于臨床對人體各系統(tǒng)的診斷。 譜儀(spectrometer)是MRI系統(tǒng)的核心部件，控制著整個MRI系統(tǒng)的信號時序和各種波形信號的產(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)計和實現(xiàn)非常復雜，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)主要都是采用進口譜儀。因此研究并設(shè)計擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字化譜儀系統(tǒng)對于我國磁共振成像技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。 本文對MRI成像原理以及譜儀的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入地研究，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)計方案，利用軟件算法實現(xiàn)各種數(shù)字信號的生成和處理，采用PXI硬件板卡進行數(shù)字信號和模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，從而使軟件設(shè)計與硬件獨立，更加簡單方便。本文首先給出了譜儀的整體設(shè)計方案，包括各功能模塊的劃分、工作流程設(shè)計等，然后研究了各模塊的具體實現(xiàn)方法，重點分析了譜儀中各種數(shù)字信號的生成和處理技術(shù)。在梯度磁場產(chǎn)生過程中，磁場的變化會產(chǎn)生渦流，影響圖像質(zhì)量，因此本文對渦流補償方法進行了研究，在譜儀的梯度發(fā)生器中對渦流進行

4、了預補償。最終獲得的MRI圖像可能存在相位偽影，本文還對偽影校正方法進行了研究，以進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)計方案。首先計算出MRI序列的時序，并生成所需的數(shù)字射頻信號和梯度信號，然后利用PXI硬件板卡將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號。成像物體產(chǎn)生的磁共振信號經(jīng)過數(shù)字化后再進行數(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，這種方法完全采用軟件進行序列編寫以及各種數(shù)據(jù)處理，硬件只進行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、擴展方便等特點。PXI總線提供的特殊電氣信號可以用來實現(xiàn)各模塊的時鐘同步、精確觸發(fā)等功能。 2)對譜儀系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理進行了研究，包括數(shù)字射頻信號的合成以及對磁共振信號的正交解調(diào)、抽取、濾波等，給出了射頻發(fā)生器和接收器的詳細設(shè)計方法。采用軟件算法合成射頻信號能方便地對其進行頻率、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，采用這種設(shè)計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。 3)研究了渦流對成像的影響，并提出了一種快速的渦流自動補償方法。該方法利用電磁感應(yīng)原理以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)進行梯度磁場的測量，并通過數(shù)據(jù)擬合及反饋控制方法快速獲得補償參數(shù)，從而可以在譜儀的梯度發(fā)生器中對渦流進行預補償。進行渦流補償后，圖像質(zhì)量明顯提高。