摘要
核磁共振(NMR)是重要的检测手段和分析手段之一。随着其应用领域的拓展和深入,核磁共振谱仪技术也不断地发展和完善。常规商业化谱仪虽然功能强大,但是谱仪结构复杂,体积庞大,价格昂贵,因此限制了NMR技术的应用场合。而在许多应用场合,比如教学中,往往需要一种结构简单,体积小巧,价格便宜,集成度高的一体化核磁共振谱仪。
而随着ARM(Advanced RISC Machines)技术的发展与成熟,本文提出了一种用于磁共振成像系统的,基于ARM的一体化核磁共振成像谱仪的设计方案。提供了谱仪各部分的实际性能测试的结果和谱仪整体工作的成像实验结果,并对研制和实验结果进行了讨论。
本论文主要内容如下:
第一,主要介绍了核磁共振原理,核磁共振成像的原理,核磁共振成像系统的结构。
第二,介绍ARM的概念与基本原理并简要介绍了相关的软件。
第三,介绍了一体化谱仪的研制过程,并分别从母板和核心板两部分的硬件部分设计与软件部分设计上进行了相应的描述。
第四,介绍本谱仪系统的性能测试结果,并总结调试心得与现有问题,并对以后提出展望。
Nuclear magnetic resonance (NMR) is one of important means of detection and analysis. With the expansion and deep-going of NMR's applications, the technology of NMR spectrum keeps developing and improving as well. Although conventional commercial spectrum is powerful, it has complex structure, big size, and is sold very expensively, thus limiting its wider applications. In many cases, in teaching, for example, what is required is this kind of NMR spectrum which is simply structured, small-sized, cheap and highly integrated.
Thanks to the development and maturity of ARM (Advanced RISC Machines) technology, this paper proposes a system design of ARM-based integrated magnetic resonance imaging spectrum. In this paper performance test results of different parts of the spectrum, imaging results of the whole system, and the discussion on these results and the development of this system are also available.
Main contents of this paper are as follows:
Firstly, mainly on the principle of nuclear magnetic resonance, the principle of magnetic resonance imaging, and the structure of magnetic resonance imaging system.
Secondly, mainly on the concept and basic principles of ARM and brief introductions to some relevant softwares.
Thirdly, mainly on the development process of integrated spectrum, and make description of hardware design and software design of both the motherboard and the core board.
Fourthly, mainly on the performance test results of this system, the debugging experience, existing problems and expectations on this system.
引文
[1]俎栋林.《核磁共振成像学》 高等教育出版社 2004
[2]裘祖文,裴奉奎.《核磁共振波谱》 科学出版社 1986
[3]M.T.Vlaardingerbroek and J.A.den Boer.Magnetic Resonance Imaging Theory and Practice.Springer 1999
【4】 赵喜平 《磁共振成像系统的原理及其应用》 科学出版社 2000
【5】 徐志坚 核磁共振成像仪器技术研究 硕士学位论文 2006
【6】 辛立静 用于磁共振成像系统的梯度波形发生器 硕士学位论文 2005
【7】 蒋瑜 数字化核磁共振谱仪控制台研制 博士学位论文 2002
[8】 徐勤 数字化核磁共振成像谱仪 博士学位论文 2006
【9】 廖日坤 《CPLD/FPGA嵌入式应用开发技术白金手册》 中国电力出版社 2005
【10】 郑灵翔 《嵌入式系统设计与应用开发》 北京航天航空大学出版社 2006
【11】 乔勇.300MHz数字化核磁共振频率源.硕士学位论文 2006
【12】 季文彬 磁共振任意波形发生器的研制 硕士学位论文 2007
【13】 刘成尧,王小海,祁才君,王文华.基于DDS技术的任意波形发生器设计【J】.电子技术,Vol.10 2002
[14]Jiang Yun,Jiang Yu,Tao Hongyan,et al.A complete digital radio-frequency source for nuclear magnetic resonance spectroscopy[J].Review of Scientific Instruments,Vol.73,No.9:3329
[15]Jiang Yun,Jiang Yu,TAO Hong-yan,LI Geng-ying.DDS frequency source in NMR[J].Chinese Journal of Magnetic Resonance 2001,18:351
[16]Jiang Yu,Shen Jian-hua,Jiang Yun,Li Geng-ying.Application of the four DDS devices running in parallel to NMR[J].Chinese Journal of Magnetic Resonance 2000,17:483
[17]Analog Devices Inc.AD9954 CMOS 300 MSPS Quadrature Complete DDS 2004
【18】任洁静 中低场核磁共振成像数字接收机的研制 硕士学位论文 2007
【19】徐勤 一体化核磁共振数字接收机的设计 波谱学杂志,VOL.22,NO4,DEC 2005
[20]Analog Devices Inc.AD6620 67 MSPS Digital Receive Signal Processor 2001
[21]Analog Devices Inc.AD9446 16-Bit,80/100 MSPS ADC 2005
[22]Analog Devices Inc.AD8369 45 dB Digitally Controlled VGA LF to 600 MHz 2002
[23】辛立静 用于核磁共振成像系统的梯度波形发生器 硕士学位论文 2003
【24】徐勤 一种具有数字预加重的磁共振成像梯度波形发生器,波谱学杂志,VOL.23,NO1,MAR 2006
[25]Analog Devices Inc.AD5542 5 V,Serial-InputVoltage-Output,16-Bit DACs 1999
[26】沈杰 基于PC机的脉冲序列发生器,波谱学杂志,VOL.20,NO2,JUN.2003
【27】朱义军 《AT91系列ARM微处理器体系结构与开发实例》 北京航空航天大学出版社 2004
【28】胥静 《嵌入式系统设计与开发实例详解》 北京航空航天大学出版社 2005
[29】 周立功 《ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例》 北京航空航天大学出版社 2005
【30】 杜春雷 《ARM体系结构与编程》 清华大学出版社 2007
[31]Atmel Corporation.ARM920TTM based Microcontroller AT91RM9200 2003