基于DSP的磁共振成像高性能谱仪的序列控制器设计

摘要

随着磁共振成像(MagneticResonanceImaging:MRI)技术的广泛应用，人们对MRI系统的性能提出更高的要求。谱仪(Spectrometer)是MRI系统的核心设备，其性能对系统的成像功能与成像质量有决定性的影响。作为谱仪的控制核心，序列控制器(SequenceController)决定了成像序列的运行方式与各功能单元的控制模式，是谱仪设计的重点与关键。随着数字技术的发展，特别是DSP器件的发展，为研制高性能谱仪的序列控制器提供了良好的基础。
　　 本课题研制了基于DSP(TMS320VC5509A)的磁共振成像高性能谱仪的序列控制器，充分验证了其各项基本功能，包括射频发生、梯度发生、射频接收的控制等。该序列控制器以DSP+FPGA作为核心，具备较丰富的硬件资源，运行精度达10ns，能方便灵活地支持序列的高速运行，实现对谱仪各功能的精确控制，为发展下一代高性能、紧凑、低成本的谱仪打下了坚实的基础。本课题完成的主要设计如下:
　　 (1)进行基于TMS320VC5509A的磁共振成像高性能谱仪的序列控制器的硬件设计、电路制作以及硬件测试，DSP复位引导、USB通信。
　　 (2)完成序列控制器对射频发生模块的控制，按照给定的参数和时序，控制射频发生模块产生射频硬脉冲以及软脉冲。
　　 (3)完成序列控制器对梯度发生模块的控制，按照给定的参数和序，控制梯度发生模块产生X、Y、Z三个方向的梯度信号。
　　 (4)实现序列控制器对数据采集模块的控制，按照给定的参数，控制数据采集模块进行数据采集、完成数字正交解调，得到I/Q数据。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 磁共振成像简介

1．2 核磁共振成像谱仪与序列控制器

1．3 本课题研究内容与研究的意义

第二章 磁共振成像原理与谱仪

2．1 磁共振成像原理

2．1．1 成像原理

2．1．2 系统组成

2．2 磁共振谱仪简介

2．3 本章小结

第三章 序列控制器硬件设计

3．1 序列控制器的硬件设计

3．1．1 TMS320VC5509A简介

3．1．2 USB模块

3．1．3 辅助控制单元

3．1．4 存储单元

3．1．5 电源部分

3．1．6 接口部分

3．2 序列控制器电路设计

3．2．1 旁路电容的选择

3．2．2 反射的处理

3．3 本章小结

第四章 序列控制器软件设计

4．1 序列控制器DSP程序设计

4．2 序列控制器初始化程序

4．2．1 PLL初始化程序设计

4．2．2 外部存储器接口(EMIF)初始化程序设计

4．3 序列控制器功能模块控制程序设计

4．3．1 射频发生模块控制程序设计

4．3．2 梯度发生模块控制程序设计

4．3．3 数据采集模块程序设计

4．4 DSP的BootLoader及程序烧写

4．4．1 DSP的上电引导

4．4．2 序列控制器程序烧写

4．5 序列控制器FPGA程序设计

4．6 本章小结

第五章 仿真实验

5．1 射频发生模块实验

5．2 梯度发生模块实验

5．3 数据采集模块实验

5．4 本章小结

第六章 工作总结

参考文献

致谢

作者简介

工程硕士研究生学位论文答辩委员会决议书