复旦大学：核磁共振成像实验室实验讲义_实验四 自动增益实验

实验四自动增益实验 实验目的: 1、了解磁共振成像中自动增益的重要性。 2、了解自动增益调整在信号采集过程中的位置 3、掌握自动增益的调整方法。 实验器材 约10mm高的大豆油试管样品:NM20台式磁共振成像仪。 、具体名词解释: 相敏检波:相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路 四、实验原理 1、自动增益调整 对于实际的核磁共振系统来说,通常所产生的磁共振信号都非常微弱,并伴 有噪声,因此,对接收到的磁共振信号都要进行一系列的处理。在这些处理当中, 除了对信号的前置放大和二次放大外,还需要对信号进行自动增益处理。在该核 磁共振实验系统中,前置放大器的放大能力一般是固定的,但也可以通过软件进 行分级调整的。二级放大单元的放大能力是可以通过可调电位器进行连续调整 的。需要进行自动增益调整的原因有二个:一、在信号幅值较小时,可以放大信 号,提高信噪比。但是信号幅值也不是越大越好,这是因为磁共振信号最后经过 相敏检波后需要被AD转换器采集成数字信号才能送到K空间进行存储。而每 个ADC都有一个转换范围,即能够转换的最高幅值,超过该幅值的信号会被截 止掉 2、自动增益调整的方法 NMI20台式磁共振成像仪采用了两种增益方式,一种是通过软件设置实现 对采集后的MR信号进行前放增益的调整,本实验装置可以进行四档增益调设 置;另外一种是通过仪器面板上的增益调节旋钮,直接改变二级放大器件的增益

实验四 自动增益实验 一、 实验目的： 1、了解磁共振成像中自动增益的重要性。 2、了解自动增益调整在信号采集过程中的位置。 3、掌握自动增益的调整方法。 二、 实验器材： 约 10mm 高的大豆油试管样品；NMI20 台式磁共振成像仪。 三、具体名词解释： 相敏检波：相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。 四、 实验原理： 1、自动增益调整 对于实际的核磁共振系统来说，通常所产生的磁共振信号都非常微弱，并伴 有噪声，因此，对接收到的磁共振信号都要进行一系列的处理。在这些处理当中， 除了对信号的前置放大和二次放大外，还需要对信号进行自动增益处理。在该核 磁共振实验系统中,前置放大器的放大能力一般是固定的，但也可以通过软件进 行分级调整的。二级放大单元的放大能力是可以通过可调电位器进行连续调整 的。需要进行自动增益调整的原因有二个：一、在信号幅值较小时，可以放大信 号，提高信噪比。但是信号幅值也不是越大越好，这是因为磁共振信号最后经过 相敏检波后需要被 AD 转换器采集成数字信号才能送到 K 空间进行存储。而每 个 ADC 都有一个转换范围，即能够转换的最高幅值，超过该幅值的信号会被截 止掉。 2、自动增益调整的方法 NMI20 台式磁共振成像仪采用了两种增益方式，一种是通过软件设置实现 对采集后的 MR 信号进行前放增益的调整，本实验装置可以进行四档增益调设 置；另外一种是通过仪器面板上的增益调节旋钮，直接改变二级放大器件的增益

五、实验步骤: (一)方法1 1、启动计算机,运行 NMIMRI20软件进入到软件操作界面。(参见实验 2、将装有10mm高大豆油的样品管小心放置入磁体柜上方样品孔内。 3、开启射频单元及梯度放大器的电源(如下两图)。 P0wER按钮 日B 上海边电子料技有公司 NM200射频单元面板 POWER廾关 上海电子科技有阻公 NM2011梯度单元面板 4、单击工具栏上的υ∞按钮,进入脉冲序列选择对话框。选择硬脉冲FID 序列,并设置采集的射频频率为中心频率附近的一个合适值,再使用按钮进 行连续单次采集,观察FD信号如图1所示(此步骤参照本实验教程第二节步骤

五、 实验步骤： （一）方法 1 1、启动计算机，运行 NMIMRI20 软件进入到软件操作界面。(参见实验一) 2、将装有 10mm 高大豆油的样品管小心放置入磁体柜上方样品孔内。 3、开启射频单元及梯度放大器的电源（如下两图）。 NM2010 射频单元面板 NM2011 梯度单元面板 4、单击工具栏上的 按钮，进入脉冲序列选择对话框。选择硬脉冲 FID 序列，并设置采集的射频频率为中心频率附近的一个合适值，再使用 按钮进 行连续单次采集，观察 FID 信号如图 1 所示(此步骤参照本实验教程第二节步骤 4)

5、在采集面板下调节增益等级RG,其它参数不变。分别设定RG=1、2、 3、4时,观察采集信号的变化情况。在此基础上总结出RG对信号放大倍数的 规律。如图2、图3分别为RG=4和RG=1时的效果图。(此步骤参照本实验教程 第三节步骤4) 图2RG=4时的效果图

图 1 5、在采集面板下调节增益等级 RG，其它参数不变。分别设定 RG＝1、2、 3、4 时，观察采集信号的变化情况。在此基础上总结出 RG 对信号放大倍数的 规律。如图 2、图 3 分别为 RG=4 和 RG=1 时的效果图。(此步骤参照本实验教程 第三节步骤 4) 图 2 RG=4 时的效果图

2体W兴 图3RG=1时的效果图 6、观察图3,发现信号有些失真,原因是增益过大。此时可以调节射频单 元的增益调节旋钮,来减小增益,以消除失真,调节后信号如图5所示 积劲面 1凸,1 图5 7、改变Pl时间,分别为10、20、30、40、50,观察信号的改变情况。总 结出PⅠ对信号失真的规律。通过调整P1时间,使得信号幅值达到最大而不出 现失真情形

图 3 RG=1 时的效果图 6、观察图 3，发现信号有些失真，原因是增益过大。此时可以调节射频单 元的增益调节旋钮，来减小增益，以消除失真，调节后信号如图 5 所示。 图 5 7、改变 P1 时间，分别为 10、20、30、40、50，观察信号的改变情况。总 结出 P1 对信号失真的规律。通过调整 P1 时间，使得信号幅值达到最大而不出 现失真情形

(二)方法2 、先将硬件面板上的增益旋钮打到最大值: 2、再用菜单命令打开文件 DemoSPFid fid,设置好共振频率,将参数RFA0设 置前放增益RFAO为1(最大),然后采集FID信号,将其FT,测量谱线的强度, 记录为A1; 3、再将RFA0改为2,重新采集FID信号,将其FT,测量谱线强度,记录为 A2 4、若A1≠2·A2,则可减小仪器面板上旋钮的数值。重复上面的步骤2、3, 直到条件满足为止 五、实验结果 1、RG对信号放大的规律是: 2、P1对信号出现失真的规律是: 六、结果讨论与思考题 1、有哪几种方式可以实现增益调节? 2、为什么需要增益调整?MR信号非常微弱,因此需要很好的信号放大能 力,因此放大倍数越高越好。 3、软件和硬件对自动增益的调整有什么区别?

（二）方法 2 1、先将硬件面板上的增益旋钮打到最大值； 2、再用菜单命令打开文件DemoSPFid.fid，设置好共振频率，将参数RFA0设 置前放增益RFA0为1（最大），然后采集FID 信号，将其FT，测量谱线的强度， 记录为A1； 3、再将RFA0 改为2，重新采集FID 信号，将其FT，测量谱线强度，记录为 A2； 4、若 A1 ¹ `2×A2，则可减小仪器面板上旋钮的数值。重复上面的步骤 2、3， 直到条件满足为止。 五、实验结果 1、RG 对信号放大的规律是： ； 2、P1 对信号出现失真的规律是： ； 六、结果讨论与思考题 1、有哪几种方式可以实现增益调节？ 2、为什么需要增益调整？MR 信号非常微弱，因此需要很好的信号放大能 力，因此放大倍数越高越好。 3、软件和硬件对自动增益的调整有什么区别？