Studio e progettazione di un sistema di demodulazione digitale per segnali di Risonanza Magnetica.

Questo lavoro di tesi, sviluppato presso il laboratorio ITENI dell’Istituto di Fisiologia Clinica del C.N.R di Pisa, nasce nell’ambito di un’ attività di ricerca finalizzata alla realizzazione di una macchina di Risonanza Magnetica per micro-imaging (utilizzabile su piccole cavie). Uno dei requisiti fondamentali di questo progetto è l’ottenimento di un rapporto segnale rumore elevato. Avendo scelto di utilizzare un magnete che fornisce un campo (e quindi un SNR) abbastanza basso, ci siamo concentrati sull’ottimizzazione delle prestazioni complessive della macchina ed in particolare sulla catena di ricezione che trasforma il segnale in digitale. Il sistema è costituito dalla bobina di ricezione, da un preamplificatore ed infine dal ricevitore. Il segnale trattato è centrato a 7.66 MHz con una banda di 50-55 kHz e ,dopo un’opportuno filtraggio, è stato digitalizzato direttamente in banda passante e poi demodulato con un sistema digitale, seguendo una tecnica che prende il nome di undersampling. Lo scopo ultimo è il perseguimento di un ricevitore che fornisca un SNR in uscita di circa 80-90 dB. Nel capitolo 1 è riportata una trattazione teorica dei principi fisici della Risonanza Magnetica Nucleare, nonché una descrizione delle principali sequenze di impulsi utilizzate per MRI, fino alla metodologia per la ricostruzione delle immagini. Il capitolo 2 tratta brevemente l’hardware relativo ad una classica macchina per MRI. Il capitolo 3 è dedicato all’illustrazione della tecnica di sottocampionamento, con un analisi dei vantaggi e degli eventuali svantaggi. Nello stesso capitolo si espongono, oltre alle specifiche di progetto, lo schema a blocchi del ricevitore che include la conversione del segnale in digitale (convertitore analogico-digitale) e la successiva demodulazione digitale (digital down-converter). Ci si sofferma inoltre sulle possibili cause di deterioramento del rapporto segnale rumore in uscita dal convertitore analogico-digitale, ponendo particolare attenzione al fenomeno del jitter, ed ai benefici ottenibili grazie alla tecnica di oversampling. Il capitolo 4 descrive l’implementazione del sistema, a partire dalla scelta dei componenti commerciali più adatti per il perseguimento delle nostre specifiche, quali il convertitore analogico-digitale ( ADC ) e il digital down-converter (DDC). L’ultima parte del capitolo è dedicata alle prove sperimentali, con due diverse frequenze di campionamento, effettuate per la validazione delle tecniche e dei componenti utilizzati