CN106291423A - 核磁共振仪梯度预加重调节装置 - Google Patents

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郑振耀
谢晨
陈忠
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    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
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    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console

Abstract

核磁共振仪梯度预加重调节装置，涉及核磁共振仪。设有FPGA控制模块、数模转换电路、预加重电路、FPGA自适应模块、差分电路和梯度放大器；FPGA控制模块通过内部生成的CPU连接控制FPGA自适应模块并通过SPI串行总线接口配置数模转换电路和预加重电路；所述数模转换电路由AD5764R芯片构成，并由VOUTA、VOUTB、VOUTC三路输出端分别连接三路预加重电路的输入端；预加重电路的输出端连接FPGA自适应模块的输入端，FPGA自适应模块向预加重电路进行信号反馈；FPGA自适应模块的输出端连接差分电路的输入端，差分电路的输出端连接梯度放大器的输入端。可避免错误信号的输出，确保信号的准确性。

Description

核磁共振仪梯度预加重调节装置
技术领域
本发明涉及核磁共振仪，尤其是涉及一种核磁共振仪梯度预加重调节装置。
背景技术
在核磁共振谱仪和核磁共振成像仪中，由于磁体(垂直磁场)必须有两块极板，当梯度线圈在梯度场内快速通断时，根据法拉第电磁感应定律，这些金属中会感应出暂态电流来产生对抗原电流磁场的附加磁场。这些杂散的暂态电流就称为涡流(eddy current)。涡流本质上是随时间衰减的电流，它所产生的磁场对原来的磁场有反作用，会使磁共振信号产生相位离散，导致选择激发误差，不能使回波相位重聚完全，在波谱和成像中表现为信号的缺失或扭曲。涡流的存在将严重影响梯度场变化，使其波形严重畸变。目前MRI系统的发展方向是提高成像速度，以最短的时间获得具有优良分辨率、信噪比和所需特征对比度的图像。涡流的影响使得系统很难缩短回波时间，同时涡流衰减需要较长时间。即使采用很耗时的增加叠加次数的方法，也难以获得较好的分辩率和信噪比，更难以获得好的特征对比度。因此，MRI系统要想获得好的图像，必须解决好涡流对图像影响的问题(Richard LStoll.The analysis of eddy currents.Clarendon Press OXFORD，1974)。
发明内容
本发明的目的是针对磁共振仪小型化、数字化的发展需求，提供一种核磁共振仪梯度预加重调节装置。
本发明设有FPGA(Field-Programmable Gate Array即现场可编程门阵列)控制模块、数模转换电路、预加重电路、FPGA自适应模块、差分电路和梯度放大器；
所述FPGA控制模块通过内部生成的CPU连接控制FPGA自适应模块并通过SPI串行总线接口配置数模转换电路和预加重电路；
所述数模转换电路由AD5764R芯片构成，并由VOUTA、VOUTB、VOUTC三路输出端分别连接三路预加重电路的输入端；所述预加重电路的输出端连接FPGA自适应模块的输入端，FPGA自适应模块向预加重电路进行信号反馈；
所述FPGA自适应模块的输出端连接差分电路的输入端，差分电路的输出端连接梯度放大器的输入端。
本发明主要采用数字模拟混合技术，所述FPGA自适应模块可以对预加重后所得的信号进行重新采集与理想输出信号做比对，也就是将预加重电路有原本的开环变为了闭环系统，如果所得输出信号的误差大于8％，那么FPGA能够控制重新对输入信号进行预加重处理，直到所产生的实际预加重信号输出信号与理论信号的误差小于8％，这样可以避免错误信号的输出，大大确保了信号的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的电路组成框图。
图2为本发明实施例具有2阶预加重电路原理图。
图3为本发明实施例的差分输出电路原理图。
图4为本发明实施例预加重前后梯度波形变化对比示意图。在图4中，横坐标为时间t(s)，纵坐标为电压幅值U(V)；(a)为理想的梯度波形，(b)为由于涡流效应产生的畸变的波形，(c)为预加重处理后的波形，(d)为理想情况下得到的最终波形。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例设有FPGA(Field-Programmable Gate Array即现场可编程门阵列)控制模块1、数模转换电路2、预加重电路3、FPGA自适应模块4、差分电路5和梯度放大器6；
所述FPGA控制模块1通过内部生成的CPU连接控制FPGA自适应模块4并通过SPI串行总线接口配置数模转换电路2和预加重电路3；
所述数模转换电路2由AD5764R芯片构成，并由VOUTA、VOUTB、VOUTC三路输出端X、Y、Z分别连接三路预加重电路3的输入端；所述预加重电路3的输出端连接FPGA自适应模块4的输入端，FPGA自适应模块4向预加重电路3进行信号反馈；
所述FPGA自适应模块4的输出端连接差分电路5的输入端，差分电路5的输出端连接梯度放大器6的输入端。
在本发明中，FPGA控制模块控制数模转换芯片AD5764R并将梯度脉冲数据进行并串转换，由于梯度脉冲信号包括X、Y、Z三个通道，分别为选层、频率编码和相位编码，因此该数模转换芯片可以完全满足转换需求。然后发送梯度脉冲数据并驱动数模转换芯片进行数模转换,再经过预加重处理后将信号送至差分电路，由差分电路输出的信号进行梯度功率放大。
参见图2，输入为原始的梯度脉冲信号Vin，输出预加重后的梯度脉冲信号Vout。R1、R2、C1和R3、R4、C2分别组成一组预加重电路。以C1组为例对该电路进行分析可知，由一个电容与两个可变电阻组成的RC电路网络可以得到e指数函数形式的电压信号，其中可变电阻R1和R2分别用于调节波形的幅度常数和时间常数。
参见图3，梯度脉冲信号经过预加重处理后送至梯度功率放大器进行放大处理，由于梯度放大器为差分输入，因此需要将梯度脉冲信号转换成差分信号输出。本实施例采用ADI公司的ADA4922-1芯片U4来实现梯度信号由单端至差分输出的转换。图中，IN引脚为单端信号输入引脚，OUT+和OUT-为差分输出引脚，REF为输入信号参考电压引脚，引脚为芯片禁用引脚，设计中拉高以保持使用状态。
由预加重电路输出的信号输入信号存储模块RAM进行存储，存储的信号传输给误差计算模块，将输入信号与理想信号进行误差计算，计算后的数据如果误差较大输入到误差数据存储模块进行存储，如果误差较小直接输出预加重后的信号。
本发明实施例预加重前后梯度波形变化对比示意图参见图4。

Claims (1)

1.核磁共振仪梯度预加重调节装置，其特征在于设有FPGA控制模块、数模转换电路、预加重电路、FPGA自适应模块、差分电路和梯度放大器；
所述FPGA控制模块通过内部生成的CPU连接控制FPGA自适应模块并通过SPI串行总线接口配置数模转换电路和预加重电路；
所述数模转换电路由AD5764R芯片构成，并由VOUTA、VOUTB、VOUTC三路输出端分别连接三路预加重电路的输入端；所述预加重电路的输出端连接FPGA自适应模块的输入端，FPGA自适应模块向预加重电路进行信号反馈；
所述FPGA自适应模块的输出端连接差分电路的输入端，差分电路的输出端连接梯度放大器的输入端。
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