۶۹۰۶پ
per
طراحی مدار گیرنده RF برای یک سیستم میکروMRI
/فهیمه دهخدا
: دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
چاپی
دکتری
مهندسی برق-الکترونیک
۱۳۹۱/۰۶/۰۱
تبریز : دانشگاه تبریز
سیستم های تصویر برداری تشدید مغناطیسی هسته ای MRI متداول برای تصویر برداری از کویل های بزرگ و مدارات الکترونیکی گسسته استفاده می کنند ولی بکارگیری میکروکویل هائی با ابعاد سازگار با نمونه مورد آزمایش و استفاده از آرایه میکروکویل ها برای افزایش حد تفکیک مکانی در کنار مدارات الکترونیکی مجتمع در قالب یک میکرو سیستم MRI با حساسیت بالا امکان تصویر برداری هایvivo - inو دستیابی به اطلاعات دینامیکی و تصاویری با وضوح بالا برای ذرات بیولوژیکی با ابعاد ۱۰ m الی ۲۵۰ m را امکان پذیر می سازد .گزارشات اخیر نشان دهنده تلاش هائی در زمینه مجتمع سازی مدارات فرستنده و گیرنده بهمراه میکروکویل ها بر روی یک تراشه واحد با کاربرد تصویربرداری و یا طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای است که در طراحی این نوع میکروسیستم ها افزایش حساسیت، بهبود نسبت سیگنال به نویز و کاهش توان مصرفی بمنظور جلوگیری از افزایش دمای تراشه در کاربردهایvivo - inاهمیت پیدا می کند .هدف از این پایاننامه طراحی یک مدار گیرنده کم نویز با توان مصرفی پائین بر پایه ارائه یک تکنیک جدید برای دریافت سیگنال های متعدد از یک آرایه دو بعدی از میکروکویل های تحت گرادیان های مختلف میدان در یک سیستم میکرو MRI است تا بتوان مشکل افزایش درجه حرارت ناشی از توان مصرفی بالا در آرایه های پرظرفیت بخصوص در کاربردهایvivo - inرا تا حد زیادی مرتفع ساخت .در راستای طراحی مدار گیرنده ابتدا سیگنال های دریافتی از آرایه و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی طراحی مدار بررسی شده است به این ترتیب که میکروکویل های سطحی مختلفی توسط نرم افزار COMSOL Multiphysics مدل سازی شده و مورد مطالعه قرار گرفته اند تا سیگنال NMR حاصل از آن محاسبه شده و تاثیر پارامترهای مختلف میکروکویل و میدان های مغناطیسی موجود در سیستم بر روی حساسیت کویل و نسبت سیگنال به نویز بررسی شود که در نهایت منجر به بهینه سازی یک میکروکویل سطحی برای کار در میدان مغناطیسی ۹.۴ تسلا) فرکانس ۴۰۰ مگا هرتز (شده است که در این بهینه سازی دستیابی به یک نسبت سیگنال به نویز بالا مد نظر قرار گرفته است .در ادامه با پیاده سازی و مدل سازی یک آرایه ۳۳ از میکروکویل های بهینه شده، تزویج بین المان های آرایه بررسی شده و یک شبکه خازنی برای حذف اثر اندکتانس متقابل بین المان های مجاور در آرایه ارائه شده است .در قسمت مدار گیرنده از روش تسهیم فرکانسی و ترکیب سیگنال های مختلف در محدوده فرکانس های بالا و میانی استفاده شده تا بتوان سیگنال های دریافتی از ۹ کانال ورودی با فازهای مختلف) تحت تاثیر گرادیان فاز (و باند فرکانسی متفاوت) تحت تاثیر گرادیان فرکانس (در اطراف ۴۰۰ مگاهرتز را با استفاده از سه طبقه اصلی شامل تقویت کننده کم نویز، میکسر و فیلتر دریافت، ترکیب، تقویت، فیلتر و دوباره ترکیب نموده و برای تحویل به مبدل آنالوگ به دیجیتال در طبقه پردازش سیگنال آماده نمود .این مدار گیرنده با استفاده از تکنولوژی CMOS ۹۰ nm طراحی و شبیه سازی شده و مشخصات بهره ولتاژ کل۸۷ dB ، نویز ورودی۱.۱ nV/Hz ، توان مصرفی) ۶۹ mW به ازای منبع تغذیه یک ولت (و فضای اشغالی برای طرح جانمائی مدار در حدود ۳۰۵ m ۵۳۰ mبدست آمده است که نشان دهنده بهبود مشخصه های مدار در مقایسه با کارهای مشابه است .روش ارائه شده در طراحی این مدار گیرنده و ترکیب قسمت های مداری مختلف منجر به عملکرد نویز مناسب و کاهش موثر توان مصرفی شده و امکان بکارگیری آرایه های پر ظرفیت در قالب سیستم های میکرو MRI با توان مصرفی پائین برای کاربردهایvivo- inرا فراهم می سازد
Conventional MRI systems consist of gradient and RF coils with the associated discrete electronics to acquire signals from the reception coils. Utilizing highly sensitive microcoils and integrated electronics let us to analysis micro-sized samples and biological specimens especially for in-vivo applications. The size of microcoil is matched to the sample to improve signal to noise ratio (SNR) where field of view (FOV) can be increased by using an array of microcoils. Recently, there have been several attempts exploiting micro MRI systems consisting of microcoils/array and integrated transceivers as a single/multi channel system. Designing a high sensitive, low noise and low power micro system is necessary to increase SNR and prevent self-heating especially for in-vivo applications.The aim of this thesis is designing an area efficient, low noise and low power multichannel receiver to acquire signals from a 2D array of microcoils in a micro MRI system. Modeling and investigation of different microcoils are made using COMSOL Multiphysics to optimize a microcoil with optimum sensitivity and SNR at 9.4 T. Then a 3 3 array of optimized microcoils is modeled to investigate the coupling between the elements and propose a capacitive decoupling method to counteract the inductive coupling among the array elements
Micro MRI
Microcoil array
NMR signal
SNR
RF receiver
دهخدا، فهیمه
فرونچی، جواد، استاد راهنما
بدری، حبیب، استاد مشاور
محمد زاده، محمد، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
