一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除系统及方法与流程

本发明属于超低场移动式磁共振成像，具体涉及一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除系统及方法。

背景技术：

1、超低场移动式磁共振成像设备凭借无需固定机房、可现场部署、适配临床床旁检查、基层医疗及应急检测等优势，成为磁共振技术的重要发展方向。传统高场、超高场磁共振设备必须配套专用磁屏蔽房，通过物理屏蔽方式隔绝外界空间电磁干扰（emi），保障成像信噪比与图像质量，而超低场磁共振由于磁场强度低，理论上可摆脱屏蔽房限制，可实现移动式灵活作业的优势，已成为行业轻量化、普及化的核心发展趋势。

2、但是，在无屏蔽房的开放现场环境中，存在电力设备、射频设备、电机、电子仪器、无线通信设备等大量复杂、动态、多维度的电磁干扰源，干扰信号具有空间分布随机、频率覆盖广、极化方向多样、强度实时波动的特点，这些干扰信号会严重污染磁共振成像信号，导致图像信噪比下降、伪影增多，大幅降低成像质量，因此，严重制约了超低场移动式磁共振的落地应用。

3、目前，行业主流解决方案为采用外置emi参考探头采集环境噪声，通过信号抵消算法消除成像链路中的电磁干扰；其中，现有技术存在以下诸多固有缺陷：

4、（1）emi探头配置固化，适配性极差；现有设备均采用固定数量、固定采集通道的emi探头，探头摆放位置、采集通道参数无法根据现场干扰环境动态调整，面对复杂多变的现场emi源，无法精准匹配干扰的空间分布与极化特征，导致噪声消除效果有限。

5、（2）谱仪通道资源受限，无法大规模拓展emi采集通道；磁共振谱仪接收通道硬件成本高、资源稀缺，若为提升降噪效果盲目增加emi探头通道数量，会占用大量成像专用通道，挤压成像信号采集资源，导致设备硬件成本激增、成像性能受损；若限制emi通道数量，又无法满足复杂场景的降噪需求，形成技术矛盾。

6、（3）探头采集维度单一，抗干扰能力弱；传统emi探头多为单通道单维度采集，仅能采集单一方向的电磁噪声，无法适配现场多方向、多极化的复合电磁干扰，对于正交方向的杂散干扰无法有效捕捉，噪声消除存在大量盲区。

7、（4）无自动化最优通道适配机制；现有技术完全依赖研发人员经验手动配置探头通道、调整摆放位置，调试效率极低，且无法针对不同现场环境、不同干扰工况筛选出最优的噪声采集通道组合，降噪效果一致性差、容错率低。

8、由此，亟需提供一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除系统，来解决前述不足，从而消除超低场移动式磁共振的应用限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除系统及方法，用以解决现有技术中所存在的emi探头配置固化，适配性极差，谱仪通道资源受限，无法大规模拓展emi采集通道，探头采集维度单一，抗干扰能力弱，以及无自动化最优通道适配机制的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除系统，包括：

4、正交多通道emi探头阵列、磁共振谱仪和可切换射频链路模块；

5、正交多通道emi探头阵列包括若干正交集成探头，单个正交集成探头用于同时采集两个或三个相互正交方向的电磁噪声信号，正交多通道emi探头阵列对应的emi通道数大于磁共振谱仪的通道数，且磁共振谱仪通过可切换射频链路模块连接正交多通道emi探头阵列；

6、工作站，用于在预扫描阶段，控制可切换射频链路模块依次接通预设的通道组合备选库内每个有效通道集合中的emi通道与磁共振谱仪的连接，以使磁共振谱仪接收各有效通道集合中emi通道传输的电磁噪声信号，并将各电磁噪声信号传输至数据处理与通道选择模块，其中，多个有效通道集合是对正交多通道emi探头阵列对应的emi通道进行组合所得到的；

7、数据处理与通道选择模块，用于基于各个有效通道集合对应的电磁噪声信号，从通道组合备选库中选择出干扰抑制能力最强的有效通道集合，作为初始最优通道集合，以控制可切换射频链路模块接通初始最优通道集合中的emi通道与磁共振谱仪的连接，并关闭其余有效通道集合中的emi通道，以完成成像前的通道配置锁定；

8、在磁共振成像扫描阶段，数据处理与通道选择模块，还用于在磁共振扫描间隙或每个tr间隙，触发轮询重评估机制，以从通道组合备选库中确定出实时最优通道集合并进行切换，以便实现成像过程中的通道自适应切换。

9、基于上述公开的内容，本发明采用正交多维度探头设计，可全方位捕捉多方向、多极化的复合电磁干扰；同时，通过预扫描遍历择优机制，在成像前精准筛选出适配当前现场环境的最优通道组合，并在成像过程中引入扫描间隙的轮询重评估机制，使系统具备实时感知干扰变化并自动切换最优通道的能力，确保在设备移动、电源波动或通信干扰突变等动态工况下，始终保持最佳降噪状态，如此，则彻底解决了传统固定通道降噪盲区问题，从而显著提升了噪声消除精度；进一步的，通过冗余emi通道设计+动态通道筛选机制，以少量固定的谱仪接收通道，兼容大规模emi噪声采集通道，使得本发明无需升级谱仪硬件、无需拓展谱仪通道数量，可大幅节约昂贵的谱仪通道资源，降低设备研发与量产成本；另外，本发明通过动态通道筛选机制，能够自动筛选出空间分布与极化方向匹配度最高的最优通道集合，从而彻底摆脱人工经验配置的局限，且系统自动切换最优通道组合，相当于能够在成像过程中采集不同方向的电磁干扰，其等同于探头摆放位置的实时调整，能够精准匹配干扰的空间分布与极化特征，因此，解决了emi探头配置固化，适配性极差的问题；由此，本发明针对性解决了超低场无屏蔽房移动式磁共振的复杂emi降噪难题，适配设备轻量化、现场化、移动化的核心发展需求，因此，非常适用于大规模应用与推广。

10、在一个可能的设计中，在预扫描阶段，所述磁共振谱仪，还用于接收超低场移动式磁共振设备传输的初始磁共振信号，并将初始磁共振信号传输至所述数据处理与通道选择模块；

11、所述数据处理与通道选择模块，用于基于初始磁共振信号和各个有效通道集合对应的电磁噪声信号，计算出每个有效通道集合的干扰抑制能力成像信噪比指标，并根据各个干扰抑制能力成像信噪比指标，从通道组合备选库中确定出干扰抑制能力最强的有效通道集合。

12、在一个可能的设计中，所述数据处理与通道选择模块包括：emi数据处理模块和智能择优模块；

13、对于任一有效通道集合，emi数据处理模块，用于使用emi消除算法，对所述任一有效通道集合对应的电磁噪声信号进行去噪处理，得到处理后的噪声信号，以及使用emi消除算法，对所述初始磁共振信号进行去噪处理，得到去噪磁共振信号；

14、emi数据处理模块，还用于基于处理后的噪声信号和去噪磁共振信号，计算出所述任一有效通道集合对应的干扰抑制能力成像信噪比指标，并在将所有有效通道集合均遍历完毕后，得到每个有效通道集合的干扰抑制能力成像信噪比指标下发至所述智能择优模块；

15、智能择优模块，用于选择出干扰抑制能力成像信噪比指标最大的有效通道集合，作为所述初始最优通道集合，并控制所述可切换射频链路模块接通所述初始最优通道集合中的emi通道与所述磁共振谱仪的连接。

16、在一个可能的设计中，当基于处理后的噪声信号和去噪磁共振信号，计算出所述任一有效通道集合对应的干扰抑制能力成像信噪比指标时，所述emi数据处理模块被配置为：

17、计算出所述处理后的噪声信号的方差；

18、基于所述方差和所述去噪磁共振信号，计算出去噪磁共振信号的信噪比，并将所述信噪比，作为所述任一有效通道集合的干扰抑制能力成像信噪比指标。

19、在一个可能的设计中，智能择优模块，还用于按照干扰抑制能力成像信噪比指标从大至小的顺序，对各个有效通道集合进行排序，得到排序序列，并从排序序列中筛选出前若干个有效通道集合，作为备选通道集合；

20、其中，当在磁共振扫描间隙或每个tr间隙，触发轮询重评估机制，以从通道组合备选库中确定出实时最优通道集合时，所述emi数据处理模块被配置为：

21、控制所述可切换射频链路模块接通若干备选通道集合中第i个备选通道集合对应的emi通道，与所述磁共振谱仪的连接，以使磁共振谱仪接收第i个备选通道集合对应的emi通道传输的实时电磁噪声信号，并传输至emi数据处理模块；

22、接收磁共振谱仪传输的实时电磁噪声信号，并采用emi消除算法，对所述实时电磁噪声信号进行去噪处理，得到处理后的电磁噪声信号；

23、计算出处理后的电磁噪声信号的方差，并将方差的倒数，作为所述第i个备选通道集合的第一干扰抑制能力值；

24、获取当前选择的有效通道集合的第二干扰抑制能力值，并计算出第一干扰抑制能力值与第二干扰抑制能力值之间的比值；

25、判断所述比值是否大于等于预设阈值；

26、若否，则将i自加1，并重新控制可切换射频链路模块接通若干备选通道集合中第i个备选通道集合对应的emi通道，与磁共振谱仪的连通，直至比值大于等于预设阈值时为止，以将比值大于等于预设阈值时所对应的第i个备选通道集合，作为所述实时最优通道集合。

27、在一个可能的设计中，在预扫描阶段，通过扫描一个fid序列或自旋回波，生成所述初始磁共振信号，且fid序列和自旋回波的tr时间小于预设时长。

28、在一个可能的设计中，还包括：超低场移动式磁共振设备，其中，所述正交多通道emi探头阵列中的各正交集成探头布设于三个不同的区域，所有正交集成探头与所述超低场移动式磁共振设备中的成像接收线圈保持预设安全距离，同一区域内相邻的两个正交集成探头的安装中心之间间隔预设距离，且不同区域内的正交集成探头通过屏蔽层隔断分隔。

29、第二方面，提供了一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除方法，其中，该方法基于第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述的自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除系统执行，且所述方法包括：

30、在预扫描阶段，工作站控制可切换射频链路模块依次接通预设的通道组合备选库内每个有效通道集合中的emi通道与磁共振谱仪的连接，以使磁共振谱仪接收各有效通道集合中emi通道传输的电磁噪声信号，并将各电磁噪声信号传输至数据处理与通道选择模块；

31、数据处理与通道选择模块基于各个有效通道集合对应的电磁噪声信号，从通道组合备选库中选择出干扰抑制能力最强的有效通道集合，作为初始最优通道集合，以控制可切换射频链路模块接通初始最优通道集合中的emi通道与磁共振谱仪的连接，并关闭其余有效通道集合中的emi通道，以完成成像前的通道配置锁定；

32、在磁共振成像扫描阶段，数据处理与通道选择模块在磁共振扫描间隙或每个tr间隙，触发轮询重评估机制，以从通道组合备选库中确定出实时最优通道集合并进行切换，以便实现成像过程中的通道自适应切换。

33、第三方面，提供了一种自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除装置，以装置为电子设备为例，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第二方面所述的自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除方法。

34、第四方面，提供了一种存储介质，存储介质上存储有指令，当指令在计算机上运行时，执行如第二方面所述的自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除方法。

35、第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第二方面所述的自适应择优的无屏蔽磁共振电磁干扰消除方法。

36、有益效果：

37、（1）大幅提升复杂场景emi消除性能；采用正交多维度探头设计，可全方位捕捉多方向、多极化的复合电磁干扰；通过预扫描遍历择优机制，精准筛选适配当前现场环境的最优通道组合，彻底解决传统固定通道降噪盲区问题，如此，可显著提升噪声消除精度，从而有效提升磁共振成像信噪比，进而减少图像伪影。

38、（2）节约核心硬件资源，降低设备成本；通过冗余emi通道设计+动态通道筛选机制，以少量固定的谱仪接收通道，兼容大规模emi噪声采集通道，使得本发明无需升级谱仪硬件、无需拓展谱仪通道数量，可大幅节约昂贵的谱仪通道资源，降低设备研发与量产成本。

39、（3）极强的环境自适应能力；摆脱传统人工调试、固定配置的局限，动态通道筛选机制使系统具备实时感知干扰变化并自动切换最优通道的能力，可适配不同场地、不同干扰强度、不同干扰类型的现场工况，从而完美匹配移动式磁共振设备多场景、灵活部署的应用需求，进而大幅拓宽了设备适用场景，且系统自动切换最优通道组合，相当于能够在成像过程中采集不同方向的电磁干扰，其等同于探头摆放位置的实时调整，能够精准匹配干扰的空间分布与极化特征，因此，解决了emi探头配置固化，适配性极差的问题。

40、（4）提升设备智能化与落地实用性；本发明可实现emi降噪通道全自动扫描、评估、择优、切换，无需人工干预，如此，简化了设备部署调试流程，降低了现场运维难度，从而可提升设备商业化落地能力与市场竞争力。