MRI系統(tǒng)中梯度放大器的設(shè)計(jì)PPT精品文檔

1、1,MRI系統(tǒng)中梯度放大器的設(shè)計(jì),05031115 陳歷曦 電力電子與電力傳動(dòng) 導(dǎo)師： 王 莉,2,第一部分 MRI系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1 MRI系統(tǒng)： MRI（magnetic resonance imaging)的物理基礎(chǔ)為NMR（nuclear magnetic resonance),是指射頻波與既有角動(dòng)量又有磁矩的核系統(tǒng)在外磁場(chǎng)中相互作用所表現(xiàn)出的物理特性，利用這一現(xiàn)象不僅能夠研究物質(zhì)的成分，還可以觀察其微觀結(jié)構(gòu)。MRI是繼CT之后又一項(xiàng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的醫(yī)學(xué)影像成果，它綜合了超導(dǎo)技術(shù)，低溫技術(shù)，磁體技術(shù)，電子技術(shù)，成像技術(shù)，圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，隨著硬件和軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步，MR

2、I的應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大，現(xiàn)已成為醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中最先進(jìn)最昂貴的診斷設(shè)備之一,3,2 MRI 系統(tǒng)的組成,4,結(jié)構(gòu)圖,5,磁體系統(tǒng):提供均勻的穩(wěn)定的主磁場(chǎng)。 梯度系統(tǒng)：為MRI系統(tǒng)提供線性度滿足要求的，可快速開關(guān)的梯度場(chǎng)，以便動(dòng)態(tài)地修改主磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)成像體素的空間定位。 射頻系統(tǒng)：實(shí)施射頻激勵(lì)并接受和處理RF信號(hào)。 信號(hào)采集和圖像重建子系統(tǒng)：對(duì)檢波后的兩路信號(hào)分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使之成為離散數(shù)字信號(hào)的過程。這些信號(hào)經(jīng)累加及變換處理后就成為重建圖像的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集和圖像重建是MRI中的最后一步,6,3 MRI 基本原理： 即用RF脈沖誘發(fā)核磁共振信號(hào),7,8,9,第二部分 梯度系統(tǒng)介紹,1 梯度場(chǎng)

3、： 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，所有的質(zhì)子在同一頻率下共振，既意味著沒有質(zhì)子的位置信息可供利用。但如果能夠隨意的改變各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，就可使各點(diǎn)的共振頻率發(fā)生變化，從而得到以場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)記的空間信息。所以在靜磁場(chǎng) 上疊加梯度磁場(chǎng) ，這樣用含有各種頻率分量的RF脈沖激發(fā)一定數(shù)量的空間質(zhì)子，就可以描繪出質(zhì)子的空間圖像分布,10,梯度坐標(biāo)系： 梯度場(chǎng)的作用：動(dòng)態(tài)的修改主磁場(chǎng)。 梯度場(chǎng)的波形： 梯度場(chǎng)與主磁場(chǎng)的疊加,11,梯度場(chǎng)與主磁場(chǎng)的疊加： 2 梯度線圈： 梯度子系統(tǒng)工作流程,12,3 梯度放大器： 不同的掃描序列對(duì)梯度場(chǎng)有不同的要求，而梯度場(chǎng)是由快速變化的梯度電流所產(chǎn)生的，因此對(duì)梯度場(chǎng)的控制就是對(duì)梯度電流的控制。 梯度放

4、大器是整個(gè)梯度控制電路的功率輸出級(jí)，因此必須具有功率大，開關(guān)時(shí)間短，輸出電流精確和系統(tǒng)可靠等特點(diǎn)，但是受線路分布參數(shù)，器件以及線圈感性負(fù)載的影響，上述要求實(shí)現(xiàn)起來比較困難，因而梯度放大器的設(shè)計(jì)往往成為梯度子系統(tǒng)的核心,13,第三部分 已完成的工作,1 主電路的設(shè)計(jì),14,主要元件參數(shù)： 梯度線圈電感： 內(nèi)阻： 低通濾波器電感： 電容： 輸入直流電壓： 系統(tǒng)帶寬： 輸入?yún)⒖夹盘?hào)（方波）頻率 幅值： IGBT開關(guān)頻率：80K,15,控制環(huán)設(shè)計(jì),16,控制原理： 當(dāng)線圈負(fù)載中電流經(jīng)電流傳感器檢測(cè)并縮小一定倍數(shù)后小于參考值，IGBT 2,4 導(dǎo)通，1,3 關(guān)斷，使負(fù)載兩段承受負(fù)電壓，電感線圈中電流減小

5、。 反之，IGBT 1,3導(dǎo)通，2，4關(guān)斷，電流增大。 采用PWM 控制每個(gè)周期內(nèi)的占空比，以調(diào)整線圈中電流跟隨輸入電流。 當(dāng)誤差信號(hào)為正鉉波時(shí)PWM輸出脈沖關(guān)系如下： 控制器采用PID補(bǔ)償器，鑒于系統(tǒng)對(duì)于響應(yīng)速度的要求，適當(dāng)加大D 參數(shù)值。 控制部分將最終用Ti公司的 TMS2812 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)字PID 控制器，和每一周期的PWM占空比計(jì)算,17,PWM(Matlab,18,PWM (Psim,19,初步仿真，使用單環(huán)控制，并沒有加入濾波器的情況下，仿真波形,20,為消除紋波加入濾波器后得到波形： 可見濾波器雖然有效去除紋波，但由于儲(chǔ)能原件的加入明顯減慢了波形上升和下降的速度,

6、21,為此加入控制電壓內(nèi)環(huán)反饋，并在內(nèi)環(huán)中加入PI調(diào)節(jié)，根據(jù)輸出端電壓和電流的關(guān)系確定反饋參數(shù)電路如圖,22,得到的仿真波形,23,當(dāng)輸入正弦參考信號(hào)時(shí),24,存在的問題：當(dāng)輸入信號(hào)頻率升高到12KHZ時(shí)，受IGBT 開關(guān)頻率的限制，電流跟隨效果不好,25,考慮將兩個(gè)全橋拓?fù)潆娐芳?jí)聯(lián)使用,26,使用此拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)： 1 在高電壓強(qiáng)電流（1200v，250Arms,600Apk) 的條件下減少每個(gè)IGBT的導(dǎo)通時(shí)間，從而減小開關(guān)損耗。 2 允許運(yùn)用更為復(fù)雜的PWM序列來控制8個(gè)IGBT 的導(dǎo)通時(shí)間，從而優(yōu)化控制，更為精確的控制輸出電流。 3 通過控制觸發(fā)序列，增高紋波頻率，減小紋波幅度,27,脈沖序列時(shí)序基本思想,28,論文 后期工作安排： 完成2812 DSP芯片C語言控制算法的編寫， 在C