9.4T磁共振成像系统高通鸟笼射频线圈的研制

设计并制作了一个发射/接收一体的鸟笼线圈,该线圈采用正交激发/接收,谐振频率可以达到400 MHz,在9.4T成像系统中,可对H原子成像。Workbench测试表明,该线圈Q值较高,两个通道的隔离度达到20 d B。进行了样品测试,结果显示图像均匀、信噪比高、对比清晰。该线圈设计工艺简单,成本较低,对于超高场磁共振成像射频线圈的设计与制作具有一定的借鉴意义。     

定量磁共振图像的深度学习重建方法进展

磁共振成像是一种应用广泛的无创医学成像方法,因其丰富的软组织对比度可以成像人体几乎所有内部结构,包括器官、骨骼、肌肉和血管,已成为临床医学影像诊断的利器。然而磁共振成像存在两大公认的瓶颈：成像速度慢、扫描操作烦琐。深度学习给磁共振成像带来莫大的契机,给传统磁共振加速成像带来新的可能。鉴于该领域的快速发展性质,本文旨在总结文献中报道的大量深度学习和磁共振图像重建相结合的方法,以更好地了解该领域。本文简单介绍磁共振成像在多通道线圈接收的并行加速和压缩感知加速下的深度学习重建方法,其中单对比度图像可通过多通道接收线圈提供的冗余度用于加速,多对比度图像可额外使用不同对比度图像这一维度用于加速,动态图像与多对比度图像类似可额外使用时间维度用于加速,本文也将介绍深度学习在这些方面的发展。随着磁共振成像近年来由定性多对比度成像向定量多参数成像的发展,其中定量成像的图像中可内含多对比度图像,如何借用深度学习提供的能力将定性多对比度图像映射到参数图也是一个难点,近年来这一方向也获得了较快的发展,文中也将针对这方面内容进行调研并介绍。针对上述内容,分别介绍国际研究现状和国内研究现状,拟更好地总结国内外研究的发展的异同和趋势。最后对深度学习助力定量磁共振成像方面进行了展望。     

基于可控混叠的快速并行磁共振成像 初步研究

基于可控混叠的快速并行成像是目前磁共振快速成像领域的研究热点。该技术在传统的多层同时激发成像原理的基础上,利用相位调制后的多频带射频脉冲同时激发多层,避免被激发的多层图像在同一区域叠加,有利于利用不同层面线圈灵敏度不同的先验信息将不同层的图像分离出来。该技术不仅能够成倍地减少扫描时间,而且所得图像的信噪比相对传统的多层同时激发技术有大幅提升。文章详细介绍基于可控混叠的快速并行成像技术的原理,并给出我们基于该技术与梯度回波序列相结合的快速成像序列及其在水模和人体上的初步测试结果。     

基于图形处理器加速 Wave-CAIPI 重建的 改进共轭梯度法

Wave-CAIPI 是一种利用多通道线圈和 k 空间螺旋轨迹采样来加速磁共振成像的新 3D 成像 方法。然而,Wave-CAIPI 采集的 3D 数据对于重建计算是巨大的。为了加速重建过程,该文使用基于图形处理器改进的共轭梯度算法实现了 Wave-CAIPI 重建,减少了重建时间。水模数据集和体内人 脑数据集的实验表明,基于图形处理器的 Wave-CAIPI 重建可以获得与传统基于中央处理器的 Wave-CAIPI 重建类似的图像结果,且重建效率显著提升。     

纳升级生物样品核磁共振微检测高信噪比平面螺旋微线圈的设计

论述了纳升(nL)级生物样品核磁共振微检测技术中,高信噪比平面螺旋微线圈的设计方法及结果,介绍了这种检测技术的优点与缺点,并提出了改进方法。论述了核磁共振平面螺旋微线圈检测方法的理论基础,推导出自由感应衰减信号的信噪比与线圈几何参数的数学关系,利用MATLAB软件对信噪比进行了仿真,得到了最优信噪比条件下的线圈几何参数值,同时计算出相应的品质因数。最后,概括了平面螺旋形微线圈几何参数设计的一般原则。     

质子磁场传感器类方形线圈结构参数设计

为提高质子磁场传感器输出信号幅度和信噪比,论文提出了一种针对质子磁场传感器的类方形电感线圈结构。在传感器腔体内径限定的约束条件下,以感应电动势幅值最大化为目标,对类方型线圈和圆形线圈的结构参数进行优化设计,计算线圈尺寸参数;根据计算结果,利用COMSOL软件建立线圈等效仿真模型,得到线圈内部磁场参数,结合实际制作的线圈电感量,理论计算得出类方形线圈接受的感应信号幅度比圆形线圈高1.59倍的结论;对比实验结果表明类方形线圈感应信号的幅度是圆形线圈的1.43倍,且感应信号的信噪比提高了3.1dB。     

基于正则化迭代的并行磁共振图像重建算法

为了解决并行磁共振成像过程的病态性和图像信噪比下降问题,降低重建过程中噪声放大和异常值的干扰造成的图像信噪比的损失,提出了一种基于正则化共轭梯度迭代的并行磁共振成像重建算法;该算法基于最小二乘理论,引入正则化,优化方程,进而进行迭代重建;采用了不同加速因子的人脑磁共振K空间欠采样数据以验证该算法的重建性能,仿真结果表明了该算法相较于最小二乘法,能较大限度地降低噪声对重建结果的干扰,具有信噪比更高、误差更小、成像效果更好等特征;重建图像质量得到了较好的改善,对临床诊断更具有适用性。     

基于COMSOL的磁共振成像双平面梯度线圈的仿真研究

目的：采用COMSOL有限元软件对磁共振成像横向双平面梯度线圈进行仿真分析,为高性能梯度线圈的设计及制作提供技术支持。方法：首先采用改进的目标场方法设计得到梯度线圈绕线的点数据,然后利用AUTOCAD建立三维模型,最后将模型导入COMSOL中,进行电-磁多场耦合模型仿真和结果分析。并且提出结合3D打印技术为复杂梯度线圈的制作提供技术支持。结果：根据设计的不同参数建立不同的梯度线圈模型进行仿真比较,所设计梯度线圈的梯度磁场可以满足非线性度小于5%的应用要求。结论：通过横向双平面梯度线圈三维模型的有限元仿真,可以为梯度线圈的设计和制作提供一定的参考,对优化设计和制作性能更优的梯度线圈具有重要意义。     

高性能罗兰-C接收天线设计

为了提高罗兰-C磁天线的接收能力,设计了一种顺接串联多层线圈的磁天线。理论推导了顺接串联多层线圈磁天线的信噪比和灵敏度,最终设计的磁天线大小为150 mm×150 mm。远场测试接收到了较高信噪比的罗兰-C信号,在相同信号调理电路条件下,与单层单组线圈的磁天线相比,顺接串联多层线圈的磁天线接收到3.47 V的电压信号,且信噪比高达30.87 dB,灵敏度和信噪比分别提高了82.42%和63.20%。顺接串联多层线圈磁天线提高了罗兰-C磁天线的灵敏度和信噪比,对罗兰-C系统在定位方面的应用具有重要意义。     

基于虚拟正交试验的磁感应测速线圈参数优化

为提高磁感应线圈传感器测量弹丸高速运动的动态响应性能,研究了磁感应测速线圈系统特性与线圈几何参数之间的关系.根据正交试验设计的方法,基于Ansoft仿真软件,计算出不同几何参数下线圈特性的输出,并最终确定了一组用相对最优的线圈几何参数.实验测试结果表明:优化后的磁感应线圈提高了线圈输出的信噪比和输出灵敏度,有利于提高测速精度.     

Characterization of flexible RF microcoils dedicated to local MRI

In magnetic resonance imaging (MRI), the electrical performance of the RF coil is critical to achieve sufficient signal to noise ratio (SNR), especially when microscopic structures [about (100 μm)³] have to be observed. In this field of application, we have developed a device (microcoil) based on the original concept of monolithic resonator, dedicated to superficial region imaging (human skin) or small animal imaging. This paper presents the developed process based on micromoulding. Flexible thin films of polymer have been used as dielectric substrate so that the microcoil could be form-fitted to non-plane surfaces. First, electrical characterizations of the RF coils have been performed. The results were compared to the expected values. A flexible RF coil of 15 mm diameter was then used to perform proton MRI of a saline phantom. When the coil was form-fitted to the phantom surface, a maximum SNR gain of 2 was achieved with respect to identical but plane RF coil. Finally, the flexible coil was used to perform MRI in vivo with high spatial resolution on a mouse using a small animal dedicated scanner operating at 2.35 T.     

基于力位协同控制的航天器多路射频频谱监测系统设计

目前设计的航天器多路射频频谱监测系统采样间隔时间过长,导致监测结果与实际结果相差较大;为了解决上述问题,基于力位协同控制设计了一种新的航天器多路射频频谱监测系统,设计该监测系统的硬件和软件;在频谱分析仪的使用界面上,具有大量的射频信号控制命令,其中包含部分接口命令,通过该接口命令监测和控制频谱分析仪;单片机自带控制器,可协助系统的控制单元控制频谱;控制单元内的驱动接口电路其核心为76JG632芯片,主要对单片机内的各种接口进行供电;通过多路射频信号频谱切换、多路射频信号频谱显示、射频信号频谱监测实现软件流程;实验结果表明,所设计系统扫频和随机扫频采样的时间间隔分别为30 s和50 s,保证监测结果与实际结果吻合.     

云计算环境下分布式大数据多信道并行控制系统

分布式大数据控制受到信道数量影响易产生不同步现象,导致信道控制性能较差,设计一种云计算环境下分布式大数据多信道并行控制系统。系统硬件：节点处理模块由FPGA芯片以及抗干扰器组成;无线通信模块主要由射频芯片与无线收发器组成;USB模块由接口芯片、寄存器、存储芯片以及周边电路构成。系统软件：分布式大数据多信道数据存储与处理模块的构成为同步存储数据单元与数据多路实时处理单元;多信道并行控制模块主要由多信道并行管理单元、多信道状态扫查单元以及生成数据流单元构成。通过硬件与软件相结合实现了分布式大数据多信道并行控制。实验结果证明,分布式大数据信道平均传输速率数据则分布、保持的较为均匀,实现了性能提升。     

一种低信噪比下的高精度射频指纹变换方法

针对低信噪比时无线发射机的射频指纹识别问题,提出了一种基 于功率放大器非线性系数的射频指纹变换方法。基于功放非线性与无线信道模型,以及通信 帧的先验知识,利用卡尔曼滤波方法估计功放模型的非线性系数,并将系数矢量作为射频指 纹,用于相应发射机的硬件识别。理论分析与数值仿真表明：新的射频指纹变换方法,在低 信噪比时仍具有高精度的优点。提出的射频指纹变换方法可应用于无线或有线通信个体的物 理层融合识别等。     

SIM300和nRF24LE1的多通道无线数据采集系统设计

设计了由GSM/GPRS模块SIM300和射频收发芯片nRF24LE1组成的无线数据采集系统,实现了对数据的采集与无线传输。系统由嵌入高速单片机的nRF24LE1芯片完成对多路数据的采集、处理和收发,并由SIM300将数据通过网络传递给TCP服务器和手机终端。在完成系统的硬件设计和软件开发的过程中,重点探究了nRF24LE1芯片的多通道收发过程和TCP服务器的建立。该系统具有功耗低、扩展方便等优点,适合多种无线数据采集和传输的场合。     

Wavelet transform analytics for RF-based UAV detection and identification system using machine learning

In this work, we performed a thorough comparative analysis on a radio frequency (RF) based drone detection and identification system (DDI) under wireless interference, such as WiFi and Bluetooth, by using machine learning algorithms, and a pre-trained convolutional neural network-based algorithm called SqueezeNet, as classifiers. In RF signal fingerprinting research, the transient and steady state of the signals can be used to extract a unique signature from an RF signal. By exploiting the RF control signals from unmanned aerial vehicles (UAVs) for DDI, we considered each state of the signals separately for feature extraction and compared the pros and cons for drone detection and identification. Using various categories of wavelet transforms (discrete wavelet transform, continuous wavelet transform, and wavelet scattering transform) for extracting features from the signals, we built different models using these features. We studied the performance of these models under different signal-to-noise ratio (SNR) levels. By using the wavelet scattering transform to extract signatures (scattergrams) from the steady state of the RF signals at 30 dB SNR, and using these scattergrams to train SqueezeNet, we achieved an accuracy of 98.9% at 10 dB SNR.     

Analysis of micropatterned wireless resonant heaters for wireless-control of MEMS thermal actuators

This paper reports a study on wireless radiofrequency (RF) power transfer to and heat generation in micropatterned coils for wireless control of thermally-driven microdevices. Inductor-capacitor circuits with the planar spiral coils act as RF receivers as well as frequency-sensitive wireless heaters that selectively produce heat when resonated with external RF magnetic fields. Electrical and thermal characterizations are performed using two sets of microfabricated circuits with varying numbers of turns and fill ratios defined in the spiral coils. The measurements in electrical parameters of the circuits, coupling coefficient, power transfer efficiency, and heat generation have been evaluated and parameters show good consistency between them. These tests reveal maximum power transfer efficiency and steady-state temperature of ~35 and 99 °C, respectively, for the coil with a fill ratio of 0.55. The reported results will serve as a basis for the design of the wireless heater, which provide a promising path to radio-control of thermoresponsive actuators such as shape-memory alloys and hydrogels.     

面向机器人运动跟踪的电磁定位系统

电磁定位具有精度高、速度快和易实现等优点,所以对手术、室内和室外机器人跟踪是一个良好的选择。电磁定位以交变电磁信号作为源信号。交变的电流信号激励发射线圈（信号激励部件）在空间中产生交变的电磁场,感应线圈（信号感应部件）在交变的电磁场中输出频率相同的信号。根据输出信号的幅值和相位信息,我们可以计算出感应线圈相对于发射线圈的位置和方向信息。本文面向机器人定位跟踪,介绍电磁定位系统的原理与实现,包括磁场模型、电磁定位算法与系统软硬件的搭建与实验。本文介绍两种不同的激励模式,分别为分时激励3轴正交发射线圈模式与同时激励2轴正交发射线圈模式,两种模式中的感应线圈均采用3轴正交线圈。实验结果表明,定位系统可以达到1 mm的定位精度。     

Performance improvement in multi-ship imaging for ScanSAR based on sparse representation

There is always a compromise between unambiguous wide-swath imaging and high cross-range resolution owing to the constraint of minimum antenna area for conventional single-channel spaceborne synthetic aperture radar(SAR)imaging.To overcome the inherent systemic limitation,multi-channel SAR imaging has been developed.Nevertheless,this still suffers from various problems such as high system complexity.To simplify the system structure,a novel algorithm for high resolution multi-ship ScanSAR imaging based on sparse representation is proposed in this paper,where the SAR imaging model is established via maximum a posterior estimation by utilizing the sparsity prior of multi-ship targets.In the scheme,a wide swath is generated in the ScanSAR mode by continuously switching the radar footprint between subswaths.Meanwhile,high crossrange resolution is realized from sparse subapertures by exploiting the sparsity feature of multi-ship imaging.In particular,the SAR observation operator is constructed approximately as the inverse of conventional SAR imaging and then high resolution SAR imaging including range cell migration compensation is achieved by solving the optimization.Compared with multi-channel SAR imaging,the system complexity is effectively reduced in the ScanSAR mode.In addition,enhancement of the cross-range resolution is realized by incorporating the sparsity prior with sparse subapertures.As a result,the amount of data is effectively reduced.Experiments based on measured data have been carried out to confirm the effectiveness and validity of the proposed algorithm.     

雷达信号全脉冲数据分析的极值序列分析方法(一)

针对脉冲雷达提出了一种新的雷达信号全脉冲数据分析算法——极值序列分析法。该算法能够分析雷达信号的脉冲脉幅、脉宽、到达时间、信噪比、载频、脉冲包络特征参数和脉内调制特征参数。该算法具有参数测量精度高、识别调制类型准确率高、算法速度快和存储空间小的优点。