9.4T MRI-EPT谱仪射频系统设计

作     者：游鹏 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晓云

授予年度：2022年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 

主      题：电特性磁共振断层成像 射频系统 电路设计 FPGA 

摘      要：人体组织电特性磁共振断层成像（Magnetic Resonance Imaging of Electrical Properties Tomography,MRI-EPT）技术通过获取带有生物组织介电特性信息的射频场幅值和相位信息,结合电特性重建方法,实现对人体组织的电特性参数成像,因其无损伤和无侵入的特点获得了广泛的关注。由于MRI信号强度与主磁场强度的平方成正比,随着超导磁体技术的提高,7T及以上超高磁场强度的磁共振成像技术研究愈发受到重视。本文的MRI-EPT谱仪射频系统是面向9.4T超高磁场环境而设计,具体内容如下:（1）分析9.4T MRI-EPT谱仪射频系统的功能需求和相关性能需求,完成系统总体架构设计。基于磁共振成像理论和带通采样定理,详细分析在9.4T超高磁场下射频系统设计需求,包括用于激发氢核共振的射频脉冲时频参数,如频率、相位、带宽、幅度,以及采集回波信号所需的采样频率和应实现的信号处理功能,提出了系统总体框架,完成射频激发信号发生和射频回波信号接收两个子系统的设计方案。（2）完成射频激发信号发生系统和射频回波信号接收系统的详细设计。电路设计部分,完成各功能模块原理图和版图的设计,包括基于DAC数模转换芯片AD9760的中频信号产生单元、上变频模块及配套功能模块的设计,以及基于ADC模数转换芯片AD9653的模拟前端预处理模块和数字处理模块的设计;控制逻辑部分,以FPGA芯片XC7A35T-FTG256I作为控制核心实现对硬件电路中各个可编程逻辑器件的控制以及回波信号的数字下变频。（3）完成系统各功能模块的性能测试与分析。给出具体的系统测试方案,完成射频激发中频脉冲信号带宽和波形控制测试、400 MHz拉莫尔共振频率下的信号幅度和相位控制测试,以及射频回波信号接收系统的模数转换和数字下变频测试,测试数据表明本文所设计的射频系统各功能模块基本符合设计预期。