核磁共振系统的数字化研究_核磁共振成像系统

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核磁共振系统的数字化研究

【摘要】：核磁共振(NMR)技术作为一种研究物质结构的重要工具,在物质检测和医学影像等领域中得到了广泛的应用。与此同时,其应用领域的拓展和科学研究的深入,又对核磁共振系统提出了更高的要求。本论文主要针对目前常规商业化NMR谱仪存在的问题,开展了谱仪技术的数字化研究,在保证谱仪功能和性能的前提下,对谱仪结构进行了优化,降低了设计成本。该研究工作为NMR设备的普及奠定了基础。论文的主要内容如下:1.核磁共振系统数字化研究的趋势。首先,介绍了核磁共振技术的发展,指出应用数字化技术是谱仪发展的一个重要方向。在此基础上,针对本论文的主要工作论述了数字化研究的意义。2.基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台的数字化研究。首先,在总结常规核磁共振谱仪结构的基础上,提出了全数字、一体化的谱仪控制台的设计思想。然后,详细介绍了该谱仪控制台的设计思路和硬件结构。该谱仪控制台采用USB总线,实现了外置式架构。此外,该谱仪控制台将控制/通讯部分、脉冲序列控制部分、射频发射部分与信号接收部分集成于一块板卡之上,还可以实现两种工作模式。最后,采用常规NMR序列实验较好地验证了整套系统的性能。可以看到,在谱仪结构简化的同时保证了性能指标,增强了灵活性,拓宽了应用范围。3.多通道磁共振信号接收方法的数字化研究。首先,讨论了近年来随着相控阵和并行成像技术的飞速发展对信号采集系统的要求。然后,针对现有技术的不足,提出了F_TDM多通道接收方法,并进行了

理论分析。最后,我们设计了基于PCI总线的四通道F_TDM数字接收机,通过成像实验论证了该方法的可行性。4.选择性激发脉冲的数字化研究。为提高射频功率放大器的效率,降低仪器的成本,我们提出了正负相位组合(P/N)选择性激发脉冲。首先,我们将P/N脉冲展开成傅立叶级数,分析了P/N脉冲和软脉冲在选择性激发上的等效性。然后通过密度矩阵的方法模拟了P/N脉冲的激发带宽曲线,并与软脉冲的激发带宽曲线作了比较。最后通过实验测量了P/N脉冲的激发带宽曲线,并给出了采用P/N脉冲选层获得的多层SE2D图像。5.磁共振系统数字化研究的总结与展望。总结了本论文的主要研究工作及其应用方向,对目前工作中存在的问题进行了分析并指出了改进的方向。【关键词】：核磁共振磁共振成像数字化研究一体化USB微处理器时分复用频分复用选择性激发正负相位组合脉冲 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2008 【分类号】：O482.532 【目录】：论文摘要6-8ABSTRACT8-12第一章绪论12-171.1核磁共振技术的发展概述12-131.2论文的主要研究内容及其意义13-15参考文献15-17第二章基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台17-562.1核磁共振谱仪的结构及发展17-212.1.1常规PFT-NMR谱仪结构17-202.1.2一体化核磁共振谱仪结构20-212.2基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台的数字化研究21-462.2.1控制/通讯单元

22-282.2.2脉冲序列控制单元28-312.2.3射频发射单元31-412.2.4信号接收单元41-462.3硬件设计46-482.4实验结果48-522.5总结52-53参考文献53-56第三章F_TDM多通道接收方法56-863.1磁共振信号的检测方法56-583.2相控阵与并行成像技术对信号采集系统的要求58-603.3F_TDM多通道接收方法的理论分析60-683.3.1时分复用(TDM)技术61-633.3.2频分复用(FDM)技术63-653.3.3F_TDM技术65-683.4F_TDM多通道接收机的硬件设计68-763.4.1放大与混频的设计69-703.4.2时分复用的设计70-713.4.3F_TDM信号接收与解调的设计71-753.4.4数字逻辑控制的设计75-763.5实验结果76-823.5.1耦合度76-783.5.2相位相干性78-803.5.3成像实验80-823.6讨论82-83参考文献83-86第四章正负相位组合(P/N)选择性激发脉冲86-1074.1选择性激发脉冲在磁共振成像中的应用86-894.2P/N脉冲的理论分析89-914.3等效性的验证91-984.3.1计算机模拟方法91-934.3.2相位93-944.3.3倾倒角94-974.3.4激发边带97-984.4硬件设计98-994.5实验结果99-1024.6讨论102-105参考文献105-107第五章总结与展望107-1101、基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台107-1082、多通道磁共振信号接收方法的数字化研究1083、选择性激发脉冲的数字化研究108-110攻读博士学位期间发表的论文110-111攻读博士学位期间申请的国家发明专利111-112致谢112

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