ADI的核磁共振成像(MRI)解决方案.pdf

方案编号：APM-MRI-2013 ADI的核磁共振成像(MRI)解决方案 MRI系统原理和典型架构 核磁共振成像是一种无创成像技术，用于生成人体解剖和功能性图像，且无电离辐射。 MRI生成的图像具有出色的软组织对比度，对于 神经病学、肌肉骨骼、心血管和肿瘤学成像尤其有用。从水分子或脂肪分子中的氢原子核中检测信号，信号的采集以核磁共振现象为基 础，核磁共振指核自旋与磁场之间的交互作用。信号定位通过应用磁场的线性梯度来实现。 磁体、梯度系统和射频(RF)系统通过与计算机系统连接，在不同的电子元件之间实现通信，进行复杂的交互，生成MR图像。梯度线圈用 于对MR信号进行三维定位(x 、y和z) 。这些线圈通过一个由梯度控制模块控制的高功率放大器进行操作。射频系统主要起两个作用。其一 是将射频能量发射到需要成像的组织上，另一作用是接收组织受能量影响后产生的射频信号。射频发射器含有四个主要元件：频率合成 器(DAC或DDS) 、可选的射频数字包络(混频器) 、高功率放大器和射频线圈。射频接收器含有射频线圈、前置放大器(LNA) 、可选的解调器( 混频器) 、带通滤波器、进一步放大(VGA)和模数转换器(ADC)。 MRI系统设计考虑和主要挑战 • 在MRI系统设计中，低噪声性能始终是首要考虑因素。射频发射路径(Tx) 、射频接收路径(Rx)和梯度控制路径都需要超低的本底噪声，因 此，在MRI系统的所有信号链中，必须选择低噪声放大器、较高分辨率的DAC和ADC 以及低相位噪声时钟源。从系统角度来看，动态范 围应大于90 dB ，失真应优于 40 dBc ，接收器的总噪声系数应低于1 dB或者接近0.5 dB。为了获得这样的系统性能，LNA的典型噪声系数 − 应低于0.5 dB ，Rx需要使用16位ADC ，Tx需要使用16位Tx-DAC 。 • 快速响应时间(数毫秒)和超精准控制对梯度控制至关重要。由于梯度放大器电流可能高达1000 A ，而且必须达到1 mA的控制精度(其数 量级为1 ppm) ，因此，模拟梯度控制需要精密型DAC ，而数字梯度控制则需要精度超高的ADC(21 ENOB左右) 。 • 磁体质量方面的首要考虑因素是一致性或均匀性。典型的MRI系统在成像区域的变化必须小于10 ppm。为了防止不一致导致图像失真，许 多MRI系统采用匀场线圈进行校正。 在传统的MRI系统中，接收(Rx) 电子元件位于房间外面，低电平模拟信号从线圈组通过很长的同轴电缆发送至接收电子元件，易受到干 扰。近来，高速和高分辨率ADC 的发展(小尺寸、低功耗、非磁性封装) ，使系统设计师们可以通过光纤链路将接收电子元件的更多通道移 到房间内部，结果减少了系统受到的干扰，提高了系统扫描速度，而且提升了系统成像质量。 ADI公司的整体解决方案 ADI提供大量的放大器、数据转换、信号处理和电源管理解决方案供用户选择，使MRI设备达到最佳图像质量，并降低功耗和成本。此 外，ADI还提供评估板、仿真工具和应用专业技术，为客户的设计和开发工作提供支持。 /zh/healthcare 主信号链 SURFACE (RX)COIL MIXER ADC PREAMP ADC DRIVER SYSTEM