[发明专利]基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器及控制方法，属于核磁共振技术领域。包含双端口RAM芯片，FPGA芯片和直接数字频率合成器；双端口RAM芯片连接至FPGA芯片，FPGA芯片连接至直接数字频率合成器；双端口RAM芯片用于存放核磁共振脉冲序列的脉冲参数，FPGA芯片用于读取脉冲参数并转换为数字频率合成器的控制参数，直接数字频率合成器用于在FPGA芯片的控制下生成射频脉冲信号。本发明解决了现有核磁共振射频脉冲发生器中存在的电路结构复杂，模拟调制噪声过大等问题。

技术领域

本发明属于核磁共振技术领域，涉及一种基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器及控制方法。

背景技术

射频脉冲激励是核磁共振信号产生的先决条件，对射频脉冲信号幅度、频率、相位、波形、持续时间等参数的精确控制，不仅对核磁共振的检测结果和成像质量具有显著影响，也可以通过合理的序列设计，进一步拓展核磁共振的应用范围。

产生射频脉冲信号的硬件设备称为射频脉冲发生器。目前，射频脉冲发生器的设计多采用以下两种结构：(1)采用FPGA驱动DDS芯片或集成DDS内核的方式生成一定幅度的基频信号，同时通过读取RAM中波形调制数据生包络信号，二者分别经DA转换后通过模拟乘法器相乘实现波形调制；(2)采用FPGA集成DDS内核的方生成基频信号和包络信号后，首先在FPGA内部经数字乘法器进行波形调制，再经DA转换输出所需射频脉冲。前者采用模拟调制技术，开发难度较小，但硬件成本较高，且引入了过多的模拟器件，抗干扰能力差；后者采用数字调制技术，增强了抗干扰能力，降低了硬件成本，但其在完成数字化的波形调制后，对射频脉冲总体幅度的控制是通过调节DA转换器的参考电平实现的，是一种不完全的数字调制技术。

此外，为便于扩展，现有各类商用核磁共振谱仪一般采用模块化设计，脉冲发生器和序列控制器之间需要复杂的接口电路，增加了开发难度和设计成本，且不同模块之间的时钟同步问题对信号质量带来影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器及控制方法，解决现有核磁共振射频脉冲发生器中存在的电路结构复杂，模拟调制噪声过大等问题，并通过集成射频脉冲序列控制器的方式，简化射频脉冲发生器的接口电路。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器，包含双端口RAM芯片，FPGA芯片和直接数字频率合成器；

所述双端口RAM芯片连接至所述FPGA芯片，所述FPGA芯片连接至所述数字频率合成器；

所述双端口RAM芯片用于存放核磁共振脉冲序列的脉冲参数，所述FPGA芯片用于读取脉冲参数并转换为数字频率合成器的控制参数，所述数字频率合成器用于在所述FPGA芯片的控制下生成射频脉冲信号。

基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器的时序控制方法，该方法包含如下步骤：

S1：在脉冲发生器上电或复位后对FPGA芯片和数字频率合成器的基础配置进行初始化；

S2：脉冲发生器进入空闲状态，等待外部使能信号；

S3：令双端口RAM芯片的地址add＝add+1，FPGA芯片读取下一个射频脉冲信号的脉冲参数，更新延时时间t，并选择波形存储器，将频率、相位信息写入直接数字频率合成器中对应的Profile寄存器，经过延时时间t，执行S4；

S4：通过FPGA芯片的ROM地址总线管理器根据脉冲时长调整地址步进率，在脉冲发生期间均匀读取波形ROM内的包络波形文件并与振幅参数寄存器中的振幅数据做乘法运算生成并行调制数据；

S5：并行调制数据通过直接数字频率合成器的并行接口对输出振幅实时调制，同时波形ROM内波形数据的符号位通过控制Profile寄存器的切换进行快速反相处理；