小型化核磁共振仪器的初步研究

摘要

随着数字化仪器和计算机技术的引入和应用以及电子技术的持续发展，现代核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)仪器向着性能更强劲、功能更多样的小型化仪器方向发展。然而，实现核磁共振仪器在性能、功能和小型化之间的良好契合，不仅是工程上的具体问题，而且是仪器技术的研究热点。本研究的目的是为发展功能完备的小型化核磁共振仪器探索道路。
　　本文主要研究了小型化核磁共振仪器的相关技术和方法，探讨了它们的特点和具体应用条件。在此基础上，本文还开展了“0.5T磁共振关节成像仪”的部分硬件设计工作。
　　首先，通过对数字发射机有关技术的研究，总结了主要技术特点和适用性，探讨了有关技术的相关性和相互转换的可能性。在此基础上，本文提出了以AD9857为核心的正交直接上变频数字发射机方案用于构建小型化NMR仪器。该方案不仅可以应用于“0.5T磁共振关节成像仪”数字发射机，而且在增加混频滤波环节后可以扩展为超外差式数字发射机。
　　其次，通过对带通采样原有定义的解析，揭示了避免频谱混叠对于信号还原的重要性。在此基础上，以不同角度研究了带通采样的有关理论，推导并验证了具有实际操作性的带通采样采样率选择依据。同时，鉴于带通采样具有变频特性，本文还研究了利用带通采样和数字低通滤波直接解调出基带信号的可行性，并给出了采样率具体选择依据。
　　最后，通过对数字接收机技术的研究，明确了适用于小型NMR仪器数字接收机的技术和方法，分析了数字抽取和插值处理对数字信号速率的影响。在实际要求和具体分析的基础上，通过相关功能单元的详细设计完成了适用于“0.5T磁共振关节成像仪”直接采样数字正交接收机的硬件设计工作。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 核磁共振原理

1．1．1 核磁共振波谱分析的基础

1．1．2 磁共振成像的理论基础

1．2 核磁共振仪器的结构

1．2．1 核磁共振仪器的基本构成

1．2．2 NMR波谱仪和MRI成像仪的不同

1．3 论文结构

第二章 数字化发射机理论及方案设计

2．1 发射机基本类型和混频原理

2．1．1 发射机基本类型

2．1．2 混频原理及其特点

2．2 正交调制原理及信号调制的探讨

2．2．1 正交调制原理

2．2．2 信号调制的理论探讨

2．3 频率源合成技术

2．3．1 锁相环频率合成技术和直接模拟频率合成技术

2．3．2 直接数字频率合成技术

2．4 数字发射机设计

2．4．1 AD9857芯片介绍

2．4．2 0．5 T MRI数字发射机设计

2．5 本章小结

第三章 带通采样理论分析及模型仿真

3．1 带通采样的基本理论

3．1．1 带通采样定理

3．1．2 带通采样定理的解析

3．2 带通采样采样率的具体选择

3．2．1 理论解析

3．2．2 Simulink模型仿真

3．3 利用数字化带通采样直接解调信号

3．3．1 理论解析

3．3．2 Simulink模型仿真

3．4 带通采样的信噪比损失

3．5 本章小结

第四章 数字化接收机设计

4．1 数字化接收类型

4．1．1 信号检波方法

4．1．2 信号下变频类型

4．2 多速率数字信号处理

4．2．1 整数倍抽取

4．2．2 整数倍插值

4．3 直接采样数字正交接收机的硬件设计

4．3．1 设计指标及总体设计

4．3．2 可变增益放大器设计

4．3．3 ADC电路设计

4．3．4 数字正交下变频及降速设计

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

论文和专利

致谢