核磁共振成像谱仪射频发射与接收系统的研制

摘要

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)技术已经广泛应用于现代医疗检测和科学研究，但是昂贵的价格使很多中小医院和实验室都无能力配备MRI谱仪。本论文的目的是研制出在低场条件下实验室用的廉价MRI谱仪的射频收发系统。
　　 本论文主要研制MRI谱仪射频收发系统的两个主要部分——射频发射机和接收机。第一部分采用的是直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)来研制射频发射机，射频发射机主要由数字频率合成电路和调制电路组成。数字频率合成电路是由三路数字/模拟(D/A)信号发射器(AD9851)组成，通过程序控制三个AD9851芯片来分别生成一路频率为9.8MHz的正弦信号作为射频信号的载波，一路频率为20.5MHz的正弦信号作为接收机的一级混频本振信号（LOIP信号），和一路频率为10.7MHz的正弦信号作为接收机正交解调的本振信号（FDIN信号）。调制电路的主要是由可控增益放大芯片CLC5523组成，由AD9851产生的载波和多功能卡PCI6229产生的增益控制信号通过CLC5523芯片调制生成射频(Radio Frequency,RF)信号。
　　 本论文第二个主要部分是研制射频收发系统的接收机，该接收机的设计是采用超外差式(superheterodyne)解调方法，通过对目标信号与本地振荡信号的二级混频来完成对目标信号的解调。接收机的设计基于芯片AD607，它的第一级解调是将RF信号和发射机产生的LOIP本振信号进行混频，将目标信号的中心频率解调至中频(10.7MHz)；第二级解调是采用正交解调的方法将中心频率在中频(10.7MHz)的信号与发射机产生的FDIN本振信号混频，从而将目标信号解调至基频，输出同相位(In-phase)的I信号和正交(Quadrature)的Q信号。
　　 射频发射机的数字频率合成电路通过PCI6229多功能卡的控制能够生成三路频率分辨率约为0.037Hz，最高频率为40MHz的正弦波信号；射频发射机的调制电路能够产生以Sinc函数主峰为调幅波形、多种调制带宽的调制信号。接收机能够成功的将RF信号解调并且输出正交的I信号和Q信号。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 设计意义

1.3 论文结构

第2章 核磁共振及核磁共振成像系统

2.1 核磁共振现象和原理

2.1.1 原子核自旋特性

2.1.2 拉莫尔频率

2.1.3 核磁共振原理

2.2 核磁共振成像原理及方法

2.2.1 核磁共振成像的原理

2.2.2 核磁共振成像的空间定位

2.3 核磁共振成像系统的结构及功能

2.3.1 计算控制分析系统

2.3.2 核磁共振成像谱仪的收发系统

2.3.3 核磁共振成像谱仪的磁体系统

2.4 核磁共振成像谱仪的硬件结构框图

第3章 射频发射机的研制

3.1 调制电路的设计

3.1.1 调制信号的生成原理

3.1.2 调制电路的设计

3.2 载波信号

3.2.1 直接数字合成芯片

3.2.2 时钟源

3.2.3 射频发射机的设计

3.2.4 射频发射机的电路板制作

3.3 电路的调试和结果的分析

3.3.1 DDS电路调试

3.3.2 调制电路的调试

3.4 小结

第4章 接收机的研制

4.1 信号的接收与解调

4.1.1 信号的采集原理

4.1.2 信号接收机的工作原理

4.2 模拟接收机的结构与功能

4.2.1 AD607的结构及其工作原理

4.2.2 AD607的外接电路设备

4.2.3 防混叠滤波器

4.2.4 接收解调机的电路实现

4.3 接收机的调试和结论

4.3.1 接收解调机的调试条件

4.3.2 调试控制界面

4.3.3 调试结果

4.4 小结

第5章 结论

参考文献

致谢