在磁共振成像實(shí)驗(yàn)中需要梯度磁場(chǎng)的切換,而這會(huì)形成渦流場(chǎng),對(duì)成像區(qū)域內(nèi)的真實(shí)梯度磁場(chǎng)造成干擾,頻率編碼梯度和相位編碼梯度方向上的渦流場(chǎng)會(huì)給采集到的信號(hào)帶來相位誤差,使重建的圖像發(fā)生畸變、形成偽影;選層梯度方向上的渦流場(chǎng)會(huì)造成層面選擇的不準(zhǔn)確。梯度波形預(yù)補(bǔ)償是解決渦流問題的一種常用技術(shù),可以使用模擬或數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)。模擬預(yù)補(bǔ)償方案靈活性差,波形輸出和預(yù)設(shè)值誤差較大;傳統(tǒng)數(shù)字波形預(yù)補(bǔ)償方案又存在補(bǔ)償波形精度不夠、波形輸出延時(shí)不穩(wěn)定等問題。針對(duì)這些問題,本文基于實(shí)驗(yàn)室研制的高精度梯度卡,設(shè)計(jì)了一種新的具有數(shù)字預(yù)補(bǔ)償功能的梯度方案。使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（field programmable gate array,FPGA）對(duì)序列設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)梯度波形進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算得到補(bǔ)償波形,將標(biāo)準(zhǔn)梯度波形和補(bǔ)償波形分別送入兩片獨(dú)立的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（digital-to-analog converter,DAC）,對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行疊加產(chǎn)生補(bǔ)償后波形;采用高速時(shí)鐘和同步觸發(fā)設(shè)計(jì)方法,對(duì)包含五組時(shí)間常數(shù)的預(yù)補(bǔ)償波形進(jìn)行了實(shí)時(shí)計(jì)算。最終在20 bit的DAC基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于23 bit的高精度數(shù)字渦流預(yù)補(bǔ)償方法;大大縮短了預(yù)補(bǔ)償波... 

【文章來源】： 楊帆 華東師范大學(xué)

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

華東師范大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文7縮短預(yù)補(bǔ)償計(jì)算與梯度波形產(chǎn)生的延時(shí)；另一方面由于FPGA內(nèi)乘法器等資源相對(duì)富足，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的預(yù)補(bǔ)償計(jì)算。本文的梯度波形發(fā)生器，包含PCI通信模塊、邏輯控制單元、數(shù)據(jù)存取模塊、預(yù)補(bǔ)償模擬波形合成模塊，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。通信模塊使用PCI總線實(shí)現(xiàn)梯度卡與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的通信。在成像實(shí)驗(yàn)開始前，計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)成像序列進(jìn)行編譯，將所有梯度波形數(shù)值發(fā)送至各梯度卡，并儲(chǔ)存在梯度卡上。為了降低了開發(fā)難度和成本，本文梯度卡使用PLX公司的橋接芯片PCI9054實(shí)現(xiàn)PCI通信協(xié)議。邏輯控制單元使用FPGA，完成對(duì)各模塊的邏輯控制以及數(shù)字預(yù)補(bǔ)償波形值的計(jì)算。本文使用的FPGA型號(hào)是Altera公司的CycloneIVEP4CE30F23C6，包含132個(gè)9位內(nèi)嵌乘法器，滿足本文所要求的計(jì)算精度要求。數(shù)據(jù)存取模塊使用同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存（synchronousdynamicrandom-accessmemory，SDRAM）儲(chǔ)存全部標(biāo)準(zhǔn)梯度波形值。在成像序列執(zhí)行前對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，由控制計(jì)算機(jī)將波形數(shù)據(jù)通過PCI總線送入梯度卡，經(jīng)橋接芯片送入FPGA，再通過FPGA實(shí)現(xiàn)SDRAM的存儲(chǔ)時(shí)序，完成波形值的存儲(chǔ)。波形數(shù)據(jù)的讀取受脈沖序列發(fā)生器的觸發(fā)信號(hào)控制，當(dāng)FPGA監(jiān)測(cè)到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)SDRAM的讀取時(shí)序，并將標(biāo)準(zhǔn)梯度波形數(shù)值送入預(yù)補(bǔ)償計(jì)算模塊（FPGA內(nèi)）完成計(jì)算。預(yù)補(bǔ)償計(jì)算會(huì)得到補(bǔ)償波形和經(jīng)過延時(shí)的原波形，傳統(tǒng)數(shù)字預(yù)補(bǔ)償方案會(huì)在FPGA內(nèi)將兩個(gè)波形疊加，再將總波形通過一片DAC轉(zhuǎn)換成模擬波形。但這樣的圖2-2梯度波形發(fā)生器硬件結(jié)構(gòu)圖

華東師范大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文9第三章梯度系統(tǒng)中的問題分析3.1梯度中的渦流問題3.1.1渦流的產(chǎn)生根據(jù)電磁感應(yīng)定律，磁共振成像實(shí)驗(yàn)中梯度磁場(chǎng)的變換將導(dǎo)致磁通量的改變，這將會(huì)在主磁體、各線圈等結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生渦流。渦流進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生渦流場(chǎng)，而渦流場(chǎng)會(huì)阻礙標(biāo)準(zhǔn)梯度場(chǎng)波形的變化，如圖3-1所示。在圖3-1(a)中，實(shí)線展示了一個(gè)梯形的標(biāo)準(zhǔn)梯度波形隨時(shí)間的變化情況，虛線表示因?yàn)闇u流影響而產(chǎn)生的實(shí)際磁場(chǎng)波形；在圖3-1(b)，實(shí)線展示了標(biāo)準(zhǔn)梯度場(chǎng)的導(dǎo)數(shù)/，反映了梯度場(chǎng)的變化情況，虛線顯示了因渦流產(chǎn)生的梯度場(chǎng)波形。在梯形波的上升沿，梯度場(chǎng)強(qiáng)逐漸增強(qiáng)，此時(shí)渦流場(chǎng)與原梯度場(chǎng)方向相反，導(dǎo)致實(shí)際磁場(chǎng)增長放緩；在梯度波形的下降沿，梯度場(chǎng)強(qiáng)逐漸減弱，此時(shí)渦流場(chǎng)和原梯度場(chǎng)方向相同，會(huì)抑制實(shí)際磁場(chǎng)減弱，導(dǎo)致梯度不能及時(shí)關(guān)閉，產(chǎn)生拖尾。圖3-1標(biāo)準(zhǔn)梯度受渦流影響示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2949558