MRI梯度放大器控制系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)分析.pdf

1、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）作為一種新興的醫(yī)學(xué)影像診斷方法，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并顯示出廣闊的發(fā)展前景。但是我國的MRI研究水平遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，MRI設(shè)備一直依賴國外進(jìn)口，研制出高性能的MRI設(shè)備對我國醫(yī)療水平的提高具有重要作用。梯度放大器作為MRI系統(tǒng)的核心部件，提供梯度磁場進(jìn)行空間定位和梯度回波的產(chǎn)生，其性能直接影響成像的質(zhì)量和速度。隨著磁共振成像的要求越來越高，設(shè)計出高性能的梯度放大

2、器就顯得尤為重要。
　　本文在分析梯度放大器控制系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字控制方法設(shè)計了一套高性能的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為主控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，本文分別對其進(jìn)行硬件電路和軟件編程的設(shè)計。主要研究內(nèi)容如下：
　　1、研究了梯度放大器的功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，介紹了控制系統(tǒng)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并基于梯度放大器的性能指標(biāo)完成了控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計。
　　2、本文設(shè)計了控制系統(tǒng)各模塊的硬件電路，主要包括AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、

3、使能報警電路、監(jiān)控信號采集電路等。采用 TMS320F28335作為主控芯片，利用外拓ADC芯片AD7656對三路調(diào)理信號進(jìn)行同步采集，實現(xiàn)了對三個方向梯度磁場的同步控制；比較不同濾波器性能，選擇 Sallen-Key濾波器對采樣信號進(jìn)行低通濾波；利用光耦 TP521實現(xiàn)了使能和報警的功能；通過線性光耦HCNR200設(shè)計模擬量信號隔離電路完成對監(jiān)控信號的采集。最后根據(jù)設(shè)計的原理圖完成了電路板的制作，并對布局布線和電磁兼容進(jìn)行了詳細(xì)的分析

4、。
　　3、在實現(xiàn)硬件電路的基礎(chǔ)上，本文分別完成了梯度放大器主控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計。主控系統(tǒng)采用增量式 PID算法作為基礎(chǔ)的控制算法。監(jiān)控系統(tǒng)利用DSP集成的ADC模塊進(jìn)行監(jiān)控信號的采集，并通過MODBUS協(xié)議完成了通訊模塊的開發(fā)。為了使梯度線圈驅(qū)動電流紋波含量更少，本文采用倍頻控制技術(shù)，使紋波和控制頻率達(dá)到開關(guān)頻率的兩倍，有效的抑制了輸出電流紋波。由于傳統(tǒng)的控制算法并不能滿足系統(tǒng)的需求，本文結(jié)合控制要求設(shè)計了自適應(yīng) PID