磁共振成像仪线圈调谐模块的研究与设计

摘要

在成像过程中，射频线圈的工作状态对成像质量影响很大。射频线圈的共振频率和阻抗随着样品的放入会发生改变，造成信噪比和Q值的下降影响成像的质量，而产生的信号反射严重时会损坏功率模块，所以每次成像前后都需对射频线圈进行调谐。传统的调谐采用的是手动操作、上位机显示的方法，操作不便捷，速度较慢。设计一个便于观察的手动调谐检测装置是一个改进的方案，而使用自动调谐不仅不需要人的参与，而且对调谐速度和精度都有一个大的提升。
　　本文首先回顾了核磁共振的历史和发展，对核磁共振现象及磁共振成像机理进行了阐述，并对磁共振相关仪器的最小系统做了简要介绍。
　　然后对L型匹配网络进行了特性分析，得出了L型C-C匹配网络的匹配区域，并将分析方法扩展到射频线圈的匹配网络上。通过Smith圆图和导纳图描述了射频线圈的调谐流程。
　　在手动调谐检测模块设计上，分析了定向耦合器的S参数矩阵，并将其反射端电压作为考察调谐依据，介绍了用AD8318作为检测功率的芯片及整体测量电路，信号处理部分主要基于STM32完成，主要分为三个方面:ADC采集、坐标转换和LCD屏显。然后对检测模块的各部分和整体做了系统测试。
　　最后，对自动调谐的原理和系统做了介绍，对自动调谐的匹配网络进行了设计，提出变量轮转算法和遗传算法两种算法应用于自动调谐，并对这两种算法的具体设计和仿真结果进行了阐述。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 磁共振成像的发展和现状

1．2 论文研究内容

第二章 磁共振成像原理和磁共振仪器介绍

2．1 磁共振成像的基本原理

2．1．1 弛豫及核磁共振信号产生

2．2 磁共振成像的空间定位

2．2．1 层面选择

2．2．2 相位编码

2．2．3 频率编码

2．3 核磁共振仪器介绍

2．3．1 磁体

2．3．2 控制系统

第三章 射频线圈调谐原理

3．1 阻抗匹配原理

3．2 匹配网络特性分析

3．2．1 匹配网络对输入阻抗的影响

3．2．2 匹配区域计算

3．3 射频线圈匹配网络分析

3．3．1 线圈的匹配区域

3．3．2 调谐流程

第四章 手动调谐检测模块设计

4．1 调谐系统

4．2 定向耦合器

4．2．1 定向耦合器基本指标

4．2．2 定向耦合器特性分析

4．3 功率检测部分

4．3．1 AD8318引脚和功能

4．3．2 内部结构与功能实现

4．3．3 检测电路设计

4．4 处理部分设计

4．4．1 STM32芯片介绍

4．4．2 ADC模块设计

4．4．3 ADC定时循环采集实现和电压数据转换设计

4．4．4 LCD显示

4．5 检测模块测试及结果分析

4．5．1 定向耦合器测试

4．5．2 检测模块测试

4．5．3 检测模块整体测试

第五章 自动调谐及算法研究

5．1 自动调谐介绍

5．1．1 自动调谐系统

5．1．2 匹配网络结构

5．2 几种调谐算法介绍

5．2．1 变量轮换算法

5．2．2 Hooke＆Jeeves算法

5．2．3 对分搜索算法

5．3 遗传算法概要

5．4 遗传算法应用于自动调谐的设计

5．4．1 编码方式

5．4．2 适应度函数

5．4．3 选择、交叉和变异操作

5．4．4 收敛判断准则

5．5 遗传算法仿真

第六章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢