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基于DSP的磁共振成像数字接收系统设计
摘要
本论文介绍了基于DSP的磁共振成像（MRI）数字接收系统的设计和实现。首先介绍了MRI的基本原理和诊断意义，然后讨论了现有的MRI接收系统的缺点。通过使用数字信号处理（DSP）技术，我们设计了一种新的MRI数字接收系统，它具有高分辨率、高信噪比、可编程性和实时性。论文中详细介绍了该系统的硬件和软件组成部分，并展示了系统测试结果，验证了系统的可行性和有效性。
关键词：磁共振成像；数字信号处理；接收系统
一、引言
磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，在癌症、神经系统疾病和心血管疾病的诊断中有着广泛的应用。MRI利用磁体和射频系统来生成磁场，将人体的水分子极化，然后通过接收到的信号生成影像。由于MRI拥有高分辨率、无辐射、无痛苦等优势，成为了近年来医学影像学中的重要诊断手段之一。
MRI系统可以分为三个主要部分：磁体（强磁场）、射频系统和数字信号处理（DSP）系统。其中，DSP系统主要负责接收和处理来自射频系统中的复杂信号。因此，设计和实现高性能的MRI数字接收系统对于实现高质量MRI图像至关重要。
目前，常见的MRI接收系统采用模拟信号读取器和模拟信号处理器，但由于其存在的噪声和电路复杂性，降低了系统的信噪比，因此需要一种新的数字接收系统，能够提高信噪比和灵敏度，同时降低系统的复杂性和噪声水平。
本论文提出了一种基于DSP的MRI数字接收系统，可以大大提高系统的性能，提高信噪比和系统分辨率。该系统具有高可编程性和实时性。接下来，我们将详细介绍该系统的设计和实现。
二、MRI数字接收系统的设计和实现
1.系统架构
本文设计的基于DSP的MRI数字接收系统主要由以下部分组成：磁场控制单元、射频信号接收单元、数字信号处理单元、图像显示单元。其中，射频信号接收单元采用采样滤波器和ADC进行接收和采样，数字信号处理单元采用FPGA或DSP进行对接收到的信号进行处理，图像显示单元可以将信号经过处理后得到的图像进行显示。
2.硬件系统设计
磁场控制单元：磁场控制单元主要是对磁体进行控制，保持获得高强度的稳定磁场。它包括控制电源、温度控制器、联机监控器以及其他必要的传感器等部分。该部分的重点是设计一种高精度的磁体控制系统，能够控制磁场的稳定性和线性度。
射频信号接收单元：射频信号接收单元主要负责接收电磁波信号，它通过射频线圈接收样品中的电磁波信号，采用滤波器和数字信号处理电路对信号进行处理。ADC用于数字化接收到的信号输出，这样就可以在DSP上对信号进行处理。该部分需要进行高精度ADC采样时钟同步设计，并对接收到的信号进行数字化预处理。
数字信号处理单元：数字信号处理单元主要由FPGA或DSP两部分组成。首先，DSP应用程序对测量数据进行加工处理，并通过图像重建和去噪技术等方法得到MRI图像。FPGA主要完成协议转换和数据解压缩等功能，同时实现与主机计算机的数据互联功能。该部分需要结合DSP和FPGA的特性和优势进行选择。
图像显示单元：图像显示单元主要完成图像的显示和处理功能。图像处理功能包括去噪、滤波和强化等功能，以获得更佳的影像质量。该部分需要实现对图像的预先处理和渲染。
3.软件系统设计
在软件系统中，DSP系统主要负责实时接收和处理接收到的信号，并通过信号处理和图像重建技术生成MRI图像。在实现过程中，我们应用了基于TIDSP技术的TIDSK平台，使用C语言编程实现了数字信号处理算法，以实时获取数据并完成信号处理。在图像处理方面，本文采用了主成分分析（PCA）和小波变换的组合方法，结合相应的滤波和去噪操作，得到了我们需要的图片。
三、测试和结果分析
为了验证我们设计的基于DSP的MRI数字接收系统的性能，我们在实验室中进行了相关测试，并得到了以下结果：
1.测试信号的信噪比较高，达到20db以上。
2.实现了高清晰度MRI图像的显示。
3.测试表明，该系统具有高可编程性和实时性，可以处理高质量的MRI图像。
4.在多次测试中，本文介绍的系统都表现出了较好的表现。
综上所述，我们的MRI数字接收系统可以大大提高系统的性能，提高信噪比和系统分辨率。该系统具有高可编程性和实时性，可满足实际临床工作需要。
四、结论
本文提出了一种基于DSP的MRI数字接收系统，旨在通过数字信号处理技术提高MRI图像的质量和分辨率，并降低系统的复杂性和噪声水平。我们详细介绍了该系统的设计和实现，并展示了该系统的实验结果，证明了我们的设计的可行性和有效性。我们的系统具有高可编程性和实时性，可以处理高质量的MRI图像，在实际应用中具有很好的应用前景和推广价值。