DZ183虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

DZ183虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),dz183,虛擬儀器,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),系統(tǒng) 第三章取樣傳感器和試驗(yàn)的控制系統(tǒng)和傾斜度次要系統(tǒng)。LabVIEW 這個(gè)軟件的編寫是為了獲得和存儲(chǔ) GPIB數(shù)字的示波器數(shù)據(jù)。3。6 討論為了在虛擬環(huán)境中獲得正確的傳感器數(shù)據(jù)，我們必須非常小心。傳感器的取材必須非常小心，這樣磁場就不會(huì)嚴(yán)重的扭曲。正確的基礎(chǔ)和保護(hù)技術(shù)是為了獲得正確的傳感器數(shù)據(jù)和清晰的虛擬圖象質(zhì)量。在取樣傳感器和虛擬系統(tǒng)之間的電隔絕是為了避免在運(yùn)行過程中靜電積累帶來的較大電壓給設(shè)備造成的傷害。在這一章描述的取樣傳感器在實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)中有著非常廣泛應(yīng)用范圍。在下一章中我們會(huì)介紹聲音流和圖象的學(xué)習(xí)。第四章磁共振成像技術(shù)中對(duì)傳感器的測定和實(shí)驗(yàn)控制應(yīng)用4。1 介紹在前面的章節(jié)里講到的基于 LabVIEW的傳感器探測和實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在多種磁共振成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)中。兩個(gè)特別描述的應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的重要性（第一種情況）和傳感器測定的重要性。第一種情況是這一章的主題：超聲波聽覺流。第二種情況是 photopolymerization，將在 4。7 節(jié)中詳細(xì)說明。這些應(yīng)用程序給出了早先的章節(jié)中描述的系統(tǒng)的重要性和自適應(yīng)性的示例。這些研究對(duì)測試和解決傳感器系統(tǒng)的問題很有幫助。另外,聽覺流的可視化和 photopolimerization是磁共振成像技術(shù)成像中的新應(yīng)用程序,都需要實(shí)驗(yàn)的監(jiān)視和控制。這章中討論的工作是最早的, 或是第一批成果之中的,這些系統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究論文。超聲波方面的研究成果是從第三屆核磁共振團(tuán)體科研交流于展覽會(huì)（法國，尼斯，1995。8。1925）上發(fā)表的一份口頭報(bào)告中選取的。 4。2 超聲波這些在萬 Hz頻率范圍內(nèi)的高度壓縮的純粹的高能超聲波會(huì)導(dǎo)致不常見的非線性的物理和化學(xué)上的情況55,56。這些情況,通常是和孔蝕并發(fā)的,同時(shí)引起了學(xué)術(shù)界和工商界的興趣。高能超聲波在某些化學(xué)反應(yīng)中有極好的催化作用而且研究認(rèn)為是一種環(huán)境矯正措施 55,56。聲學(xué)流是靜止的液體在聲場的輻射壓力下產(chǎn)生的57。典型的聽覺流在水中的速度都在 10mm/s的范圍上。流速的傳統(tǒng)測量手段利用的是在液體中的浮游粒子的長曝光底片58。當(dāng)粒子流經(jīng)過時(shí),會(huì)在底片上留下模糊的痕跡。然而，借助這中視覺化的方法，浮游粒子內(nèi)部的不明觀測和粒子本身可能影響到聲場的傳播58 。磁諧振和磁共振成像技術(shù)對(duì)于大范圍的非線性的聲學(xué)現(xiàn)象很敏感，這包括化學(xué)反應(yīng)，靜止的或變化的流和氣蝕中的氣泡。這一項(xiàng)研究的主要方面是以一個(gè)簡單的平面活塞產(chǎn)生的 31kHz高能超聲波,無磁性的超聲波轉(zhuǎn)換器和一個(gè)圓筒形的水影像。磁共振成像技術(shù)已經(jīng)被用來檢查樣板的薄紗織品的成分，利用的是超聲波的薄紗織品中的熱效應(yīng),乳膠體幻影等29-31。磁共振成像技術(shù)最近也被用來研究聽覺波的傳播 59-62。框架結(jié)構(gòu),可編程結(jié)構(gòu),微氣泡已經(jīng)是測試壓力敏感度的有力工具63。孔狀結(jié)構(gòu)在某些方面和在聽覺的孔蝕期間被形成的空氣效應(yīng)是相似的。Homer et al.64 最近已經(jīng)觀察到在 Larmor頻率下直接影響到超聲波光滲作用的一些直接的時(shí)間上的原因。4。3 獲得超聲波的方法在 Fig。4。1 中顯示的水的影像,用的是一個(gè)可填充的圓筒形的壓克力管,注入的是除去離子的蒸餾水。(圖略)這個(gè)影像，在一個(gè)壓克力的盤旁邊的一端被封閉的壓克力管,除去離子的蒸餾水被小心地倒入豎直的圓柱體之內(nèi)。超聲波轉(zhuǎn)換器用螺絲釘固定在管子的一個(gè)口。用這個(gè)方法, 在樣本充填物的影像中很明顯的沒有大的空氣泡沫。超聲波轉(zhuǎn)換器的直徑是 5cm，它的振蕩頻率是 31kHz。在這一個(gè)頻率范圍中，只需較小的功率就可以生產(chǎn)聽覺流 58。轉(zhuǎn)換器由一個(gè) 50瓦特的，被運(yùn)行在一臺(tái) MacIntosh Centris 650上的 LabVIEW 4.1控制的放大器驅(qū)動(dòng)的。一個(gè)變壓器被用于匹配放大器的輸出和轉(zhuǎn)換器的輸入。完全的 LabVIEW控制系統(tǒng)已經(jīng)在第 3章的內(nèi)容中詳細(xì)地說明了65。超聲波強(qiáng)度對(duì)引起聽覺的孔蝕和聽覺流是相關(guān)聯(lián)的。轉(zhuǎn)換器的運(yùn)算,適當(dāng)?shù)貙⒅糜诘孛娑壹右员Ｗo(hù),不會(huì)增加 MNR實(shí)驗(yàn)的電氣雜音。 聲學(xué)流是使用旋轉(zhuǎn)回聲設(shè)置,DANTE 流成像和梯度回聲成像來觀察的。Z 薄片 Z設(shè)置旋轉(zhuǎn)回聲順序會(huì)在 Fig.42中顯示。自我聚焦薄片片選 180度脈沖作為薄片片選類似于 Geenet al.66。獲取 256個(gè)樣本只需要 10微秒的時(shí)間。這個(gè)配置中回聲有 200毫秒時(shí)間,持續(xù)時(shí)間為10秒, 薄片的厚度是 7毫米,而且沒有相位變化。一個(gè) 2高斯/厘米的梯度會(huì)產(chǎn)生一個(gè) 12厘米的一個(gè)視域（FOV） 。探針的中心，配置的中心都距離超聲波轉(zhuǎn)換器的表面 10厘米。這個(gè)序列的起始由 LabVIEW與超聲波的同步事件觸發(fā)。磁共振成像方法發(fā)現(xiàn)的聲學(xué)流被稱為 DANTE追蹤標(biāo)簽。DANTE 追蹤標(biāo)簽已經(jīng)用來描述中心的運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于聽覺流對(duì)流量是很敏感的。旋轉(zhuǎn)回聲的 DANTE跟蹤標(biāo)簽序列如 Fig4。3 中所示。在一個(gè) DANTE的簽條實(shí)驗(yàn)中,一系列準(zhǔn)備好的射頻脈沖被排列稱成標(biāo)準(zhǔn)的成像序列之前。速度和方向的測量可能被藉由被附簽緩沖測量有磁性的附簽和分度的位移計(jì)算。射頻準(zhǔn)備脈沖一定需要有充份的帶寬包括被應(yīng)用的梯度產(chǎn)生的頻率范圍。射頻脈沖寬度被在 Eq.4.1給以詳細(xì)的說明。這個(gè) 256256的 XZ DANTE圖象至少要持續(xù) 2秒的時(shí)間,一個(gè)回聲需要 10毫秒和一個(gè) Y型的厚度為 1.2毫米的薄片。在 DANTE的應(yīng)用程序和制造圖象順序之間的延時(shí)是一秒鐘。一個(gè) 10微秒的停頓時(shí)間和一個(gè) 2.5高斯/厘米的梯度會(huì)產(chǎn)生一個(gè) 9.3厘米的對(duì)稱的視域（FOV） 。一個(gè)增加的對(duì)稱的梯度范圍,被要求在DANTE射頻的應(yīng)用程序后面以便撤銷所有的橫向的磁場。圓形的軌道被運(yùn)行只移除基線產(chǎn)物的相位。10 厘米長的射頻探針只有在 Z方向上有影像時(shí)才會(huì)激活。圖像的中心到轉(zhuǎn)換器的表面的距離是 15厘米。梯度回聲方法,Fig.4.4,也被用來觀察聽覺流。一個(gè)完全的 12864的 XY梯度回聲圖像可以在 17秒內(nèi)獲得。圖像是與一個(gè) 7.1個(gè)毫米厚的 Z片一起獲得的，回聲的時(shí)間是 8毫秒,持續(xù)時(shí)間 65毫秒，激發(fā)角度是 22.5度。一個(gè) 7.8厘米的對(duì)稱視域（ FOV）只需 10毫秒就可以由讀數(shù)是 2.9高斯/厘米的梯度產(chǎn)生。薄片到轉(zhuǎn)換器的表面的距離是 10厘米。4。4 LabVIEW 程序 LabVIEW 被用來配置超聲波的頻率，振幅和持續(xù)時(shí)間,并且觸發(fā) NMR 序列。Fig.4.5 顯示的是的前面板。這以前引起 NMR 描繪的一個(gè)給定的數(shù)目, 在超聲波治療之中和之后的時(shí)候在給定的振幅或稱波幅,幅度和頻率?，F(xiàn)在是重要的那次給定的當(dāng)在描繪之間的間距是比較長的然后它帶 MacNMR 完成描繪順序。 ( 包括它的最后延遲)4。5 超聲波結(jié)果因?yàn)樗ㄒ鸬闹芟嘈Ч娝苤?其在旋轉(zhuǎn)回音象電中被顯示為減弱的象電強(qiáng)度16,17。在如圖 2。6 中的普通旋轉(zhuǎn)回音中,一個(gè)不固定旋轉(zhuǎn)不太可能被轉(zhuǎn)述為一個(gè)回音。這是由于不固定旋轉(zhuǎn)在 180度脈沖的任一邊經(jīng)歷不同的磁場。(圖 2。6 的大傾斜度)時(shí)間級(jí)數(shù)旋轉(zhuǎn)片的側(cè)面圖通過對(duì)于眾多超聲波光滲試驗(yàn)的周相取消被用來觀察聽覺流的建立和衰變。在圖 4。6a 中即為一典型結(jié)果。前 10分側(cè)面圖沒有聲音,接下來的 30分就加入了聲音,最后 30分有關(guān)掉了聲音,圖 4。6b 中標(biāo)注了相對(duì)時(shí)間區(qū)域的片側(cè)面圖平均振幅。在聲波運(yùn)動(dòng)中的側(cè)面圖振幅被減弱。原因是在每一個(gè)象素中水波影像周相的取消。200 msec的長回音時(shí)間增加了減弱程度。短回音是間試驗(yàn)表現(xiàn)為減少減弱程度,聲音發(fā)射引起立即的象點(diǎn)側(cè)面圖的減弱。發(fā)射中斷側(cè)面圖中振幅仍然持續(xù)減弱 40秒。可以注意到,5 分鐘后,信號(hào)仍然沒有完全覆蓋地線振幅。更可能出現(xiàn)的是更復(fù)雜的和不尋常的水波模式。為了檢測這些水波模式,dante 象點(diǎn)被要求帶有一個(gè)垂直于旋轉(zhuǎn)回音片的象電。圖 4。7 顯示 2個(gè) dante 象點(diǎn)中的聽覺流。dante 象點(diǎn)順序被重復(fù)了兩次,一次沒有超聲波(圖 4。7a),另一次可以看到由于被限探察長度信號(hào)以 z形衰落。在設(shè)有流的時(shí)候,無聲音,標(biāo)簽線固定。超聲波轉(zhuǎn)換器被打開,一個(gè)聽覺流束被允許在象點(diǎn)探測前持續(xù) 5分鐘,當(dāng)?shù)氐牟ㄋ?大小和方向可以通過計(jì)算標(biāo)簽格中的點(diǎn)的轉(zhuǎn)移和劃分標(biāo)簽間隔 tg來獲得。在圖407b中最大波是 15mm/s。在象點(diǎn)展開中的連貫流被一個(gè)帶有更低更大區(qū)域的幻影的一邊所支配,流在另一邊折回?？梢园l(fā)現(xiàn)片選擇區(qū)域被要求作為不同流率,該流率帶有由于 dante標(biāo)簽?zāi)：鸬囊粋€(gè)象點(diǎn)聲音。為了調(diào)查現(xiàn)流率的范圍,回音象點(diǎn)的傾斜度與轉(zhuǎn)送器表明平行。回音象點(diǎn)傾斜度可以通過使機(jī)械裝置明亮的流來檢測垂直于象點(diǎn)展面的流。71在 EG。4。4 中顯示了回音象點(diǎn)的傾斜度的固定橫向詞話狀態(tài)。a為刺激角度,te 為回音時(shí)間,tr 為重復(fù)時(shí)間,t1 和 t2為休息參數(shù)。象點(diǎn)有足夠大的角度而重復(fù)時(shí)間足夠短,這樣引起信號(hào)部分飽和,也給人創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定的磁場狀態(tài)。垂至于象點(diǎn)板的流會(huì)給象點(diǎn)帶來新鮮的回旋,從而引起信號(hào)增強(qiáng)。這個(gè)即為流入物發(fā)光理論。71。此外,混亂流會(huì)造成周相的取消,因此會(huì)使信號(hào)消失16。圖 4。8 顯示為一個(gè)典型時(shí)間的一系列回音象點(diǎn)的傾斜面。圖 4。8-在象點(diǎn) a前開始的超聲波后的一系列時(shí)間(20s 分散)的回音象點(diǎn)傾斜面。所有象點(diǎn)均被統(tǒng)一稱量,但是象點(diǎn) c和 d由于在流亮中而被選作戰(zhàn)士。象點(diǎn)為 128*64,周相密碼方向 128*128的填補(bǔ)為 0。一指數(shù)過濾器適用于轉(zhuǎn)移一個(gè)鏡面截?cái)嗉庸て?6,73。在聲音打開后,帶有第一象點(diǎn)的象點(diǎn)有 20秒的間隔。帶未受影像的信號(hào)強(qiáng)度的象點(diǎn)范圍接近幻影邊緣,在高低強(qiáng)度區(qū)域之間?；匾粝簏c(diǎn)傾斜度也顯示出流中的不穩(wěn)定因素。原因使象點(diǎn)強(qiáng)度模式在各象點(diǎn)中并不連貫。因此,各象點(diǎn)間大于 20秒間隔的流模式不穩(wěn)定。倒置恢復(fù)控制測定法顯示旋轉(zhuǎn)格休息時(shí)間 t1,在聲波中不改變,一個(gè) 20分鐘的聲波中水溫增加不到 2度。t1 不變。超聲波治療不改變?cè)?zarmor頻率中的分子運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。4。6 超聲波討論最初旋轉(zhuǎn)回音側(cè)面圖顯示出當(dāng)長回音時(shí)間不被使用的時(shí)候信號(hào)減弱。這可能是由于通過磁力變化區(qū)域的分子擴(kuò)散所造成。由于氣蝕造成的水于空氣的空隙處具有不同的感受性,故造成磁力區(qū)域有變化。更可能的是,流與反流各帶有其象素(在旋轉(zhuǎn)回音側(cè)面圖中是薄園片),從而造成各種周相有所發(fā)展,當(dāng)聚集到一起的時(shí)候,造成周相取消和信號(hào)丟失。為正式信號(hào)減弱是由于流引起的,增加的 180度的脈沖被加載旋轉(zhuǎn)回音上來形成一個(gè)回音鏈,甚至在一個(gè) cpmg鏈中的回音會(huì)由于不變的速度流重新定向信號(hào)消失74。一個(gè)核子旋轉(zhuǎn)會(huì)獲得與一個(gè) eg。4。5 給出的原始率的旋轉(zhuǎn)有關(guān)的周相。如果 x以一個(gè)恒定的速度運(yùn)動(dòng),則 x決定時(shí)間,并由 rg。4。6 得出。eg。4。6 的導(dǎo)數(shù)為速率 v。因此,eg。4。7 給出完整形式的旋轉(zhuǎn)周相。圖 4。9 顯示帶有一個(gè)恒定 x傾斜度的脈沖順序。圖 4。9-脈沖順序顯示出回音的再定向使用 eg。4。7 ,表格 4。1 顯示出周相時(shí)間位置 a,b,c。180度脈沖倒置了積聚周相,從而重新定位回音周相。不同的帶象素的速度引起當(dāng)信號(hào)總減弱是的周相范圍,而此時(shí)信號(hào)強(qiáng)度在第一回音(即時(shí)間位置 b)上減弱。圖 4。10 顯示了在 cpmg試驗(yàn)中第一,第二回音的結(jié)果。第二回音中的信號(hào)幾乎完全重建,而奇數(shù)回音顯示在聲波中的減弱。這一試驗(yàn)證實(shí)了信號(hào)減弱是由于流,而由于分子擴(kuò)散引起的減弱不會(huì)被覆蓋,原音在于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是無邏輯的。在回音中的部分減弱仍然存在由于高次序速度群引起周相取消以及 t2衰變。信號(hào)周相 b由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)聚集。該旋轉(zhuǎn)在一旋轉(zhuǎn)回音頻率密碼傾斜度中。eg。4。870可視。b=aGTtVG為頻率密碼傾斜度,T 為周相與再次周相傾斜度的分離,t 為傾斜度持續(xù)的時(shí)間,v 為速度。當(dāng)速度為 10mm/s的時(shí)候。t 為 1。5msec,傾斜強(qiáng)度為 2Gausscm的負(fù)一次方,一個(gè)回音時(shí)間為 200msec,聚積周相為 920度。流速范圍增加到減去10mm/s,周相角度變化從-920 到 920度,所有帶有不同速率引起的不同周相的旋轉(zhuǎn)必然引起信號(hào)丟失。dante標(biāo)簽試驗(yàn)進(jìn)一步正式流垂至于旋轉(zhuǎn)回音片。高速流不在管中央,葉不像預(yù)期中那樣回到管下一邊。最大速度區(qū)域從轉(zhuǎn)換器中心分出,并帶有一個(gè)更大的更慢的速度水域回到管下另一邊,這對(duì)于轉(zhuǎn)換器或象被生產(chǎn)者證實(shí)了的不對(duì)稱聲音區(qū)域而言是不尋常的。聲波中標(biāo)簽變形有兩個(gè)原音,其一,聽覺流不能持續(xù)覆蓋象點(diǎn)要求時(shí)間從而引起 dante標(biāo)簽的模糊。重復(fù)時(shí)間減少從而幫助這個(gè)問題但也減少噪音率的象點(diǎn)訊號(hào)。其二,水速在穿過象點(diǎn)片的時(shí)候不同。有片的不同速率的象點(diǎn)訊號(hào)要再經(jīng)歷一次?？斓膬A斜回音象點(diǎn),被用來更好的研究不同的流速垂直于轉(zhuǎn)換器表面。傾斜回音象點(diǎn)顯示出一個(gè)高強(qiáng)度。該強(qiáng)度靠近帶有由于聽覺流引起的亮流的象點(diǎn)中心。當(dāng)?shù)鼗靵y流造成帶有幻想 voxel的周相消失,這又引起高低強(qiáng)度區(qū)。那里存在一個(gè)聚積的遠(yuǎn)離幻影中心的高流區(qū)。而該幻影帶有覆蓋一個(gè)更大區(qū)域的底回流。由于幻影是一個(gè)閉合系統(tǒng),因此不存在交叉網(wǎng)流。當(dāng)?shù)鼗靵y流位于兩個(gè)固定流之間。根據(jù)由亮流引起的信號(hào)強(qiáng)度來計(jì)算流率是有可能的。eg。4。4 給出的無流的固定狀態(tài)橫向磁場。垂直于象點(diǎn)展面的流會(huì)引起信號(hào)增加。這是由于帶有新旋轉(zhuǎn)的部分飽和旋轉(zhuǎn)的移位。在現(xiàn)流中,固定狀態(tài)橫向磁場會(huì)穿過片。根據(jù)流率,重復(fù)時(shí)間和 t1而成比例變化。在選擇片中用一個(gè)簡單的方法假設(shè)一個(gè)理想片的側(cè)面可以計(jì)算網(wǎng)狀橫向磁場。將片劃分為區(qū)(以流率給出厚度,以重復(fù)率增加)允許計(jì)算每個(gè)區(qū)的橫向以及縱向磁場。第一區(qū)將無飽和片,因此,縱向磁場將為 100%,第二區(qū)將有一個(gè)縱向磁場,該磁場已經(jīng)被一個(gè)脈沖所飽和,同時(shí)在重復(fù)時(shí)間中覆蓋了磁場,這一個(gè)過程將重復(fù),直到橫向磁場和縱向磁場在所有的區(qū)域中被計(jì)算出。第 n的 n次方個(gè)區(qū)以及 TET2,縱向磁場 M2,以及橫向磁場 Mxy在 eg。4。9 以及eg。4。10 中被給出。設(shè) M2(n)等于 M2(n-1),求 M2。會(huì)產(chǎn)生固定狀態(tài)縱向磁場,用固定狀態(tài)磁場eg。4。4 劃分平均橫向磁場會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的增強(qiáng)。給出一個(gè) 7mm厚度的片,8%的幻影參數(shù)的固定狀態(tài)橫向磁場,圖 4。7c 和 4。7d 總的。一個(gè) 2。5 倍的信號(hào)的增強(qiáng),流率倍定為 5mm/s。很明顯,在 dante方法中定義速度信號(hào)是不可能的。dante 流計(jì)算顯示從 2。1-12mm/s 的流率決定于象點(diǎn)面板中當(dāng)?shù)刂怠Ｃ糠N方法所算出的流率都在預(yù)期的流率中,性質(zhì)相似。試驗(yàn)的不確定范圍給出流型的不穩(wěn)定。