在磁共振成像實驗中需要梯度磁場的切換,而這會形成渦流場,對成像區(qū)域內(nèi)的真實梯度磁場造成干擾,頻率編碼梯度和相位編碼梯度方向上的渦流場會給采集到的信號帶來相位誤差,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會造成層面選擇的不準(zhǔn)確。梯度波形預(yù)補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)字方法實現(xiàn)。模擬預(yù)補償方案靈活性差,波形輸出和預(yù)設(shè)值誤差較大;傳統(tǒng)數(shù)字波形預(yù)補償方案又存在補償波形精度不夠、波形輸出延時不穩(wěn)定等問題。針對這些問題,本文基于實驗室研制的高精度梯度卡,設(shè)計了一種新的具有數(shù)字預(yù)補償功能的梯度方案。使用現(xiàn)場可編程門陣列（field programmable gate array,FPGA）對序列設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)梯度波形進(jìn)行實時計算得到補償波形,將標(biāo)準(zhǔn)梯度波形和補償波形分別送入兩片獨立的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（digital-to-analog converter,DAC）,對模擬信號進(jìn)行疊加產(chǎn)生補償后波形;采用高速時鐘和同步觸發(fā)設(shè)計方法,對包含五組時間常數(shù)的預(yù)補償波形進(jìn)行了實時計算。最終在20 bit的DAC基礎(chǔ)上實現(xiàn)了優(yōu)于23 bit的高精度數(shù)字渦流預(yù)補償方法;大大縮短了預(yù)補償波... 

【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)補償計算與梯度波形產(chǎn)生的延時；另一方面由于FPGA內(nèi)乘法器等資源相對富足，可以實現(xiàn)更高精度的預(yù)補償計算。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總線實現(xiàn)梯度卡與工業(yè)控制計算機之間的通信。在成像實驗開始前，計算機會對成像序列進(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實現(xiàn)PCI通信協(xié)議。邏輯控制單元使用FPGA，完成對各模塊的邏輯控制以及數(shù)字預(yù)補償波形值的計算。本文使用的FPGA型號是Altera公司的CycloneIVEP4CE30F23C6，包含132個9位內(nèi)嵌乘法器，滿足本文所要求的計算精度要求。數(shù)據(jù)存取模塊使用同步動態(tài)隨機存取內(nèi)存（synchronousdynamicrandom-accessmemory，SDRAM）儲存全部標(biāo)準(zhǔn)梯度波形值。在成像序列執(zhí)行前對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，由控制計算機將波形數(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實現(xiàn)SDRAM的存儲時序，完成波形值的存儲。波形數(shù)據(jù)的讀取受脈沖序列發(fā)生器的觸發(fā)信號控制，當(dāng)FPGA監(jiān)測到觸發(fā)信號時，啟動SDRAM的讀取時序，并將標(biāo)準(zhǔn)梯度波形數(shù)值送入預(yù)補償計算模塊（FPGA內(nèi)）完成計算。預(yù)補償計算會得到補償波形和經(jīng)過延時的原波形，傳統(tǒng)數(shù)字預(yù)補償方案會在FPGA內(nèi)將兩個波形疊加，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，磁共振成像實驗中梯度磁場的變換將導(dǎo)致磁通量的改變，這將會在主磁體、各線圈等結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生渦流。渦流進(jìn)而會產(chǎn)生渦流場，而渦流場會阻礙標(biāo)準(zhǔn)梯度場波形的變化，如圖3-1所示。在圖3-1(a)中，實線展示了一個梯形的標(biāo)準(zhǔn)梯度波形隨時間的變化情況，虛線表示因為渦流影響而產(chǎn)生的實際磁場波形；在圖3-1(b)，實線展示了標(biāo)準(zhǔn)梯度場的導(dǎo)數(shù)/，反映了梯度場的變化情況，虛線顯示了因渦流產(chǎn)生的梯度場波形。在梯形波的上升沿，梯度場強逐漸增強，此時渦流場與原梯度場方向相反，導(dǎo)致實際磁場增長放緩；在梯度波形的下降沿，梯度場強逐漸減弱，此時渦流場和原梯度場方向相同，會抑制實際磁場減弱，導(dǎo)致梯度不能及時關(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)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2949558