CN112826494B - Mr设备振动和声学噪声消减方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MR设备振动和声学噪声消减方法、系统、装置及计算机存储介质,所述方法包括以下步骤:获取MR设备结构的振动特性及声学特性;根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。本发明所述MR设备振动和声学噪声消减方法,在不严重影响MR扫描时间和成像质量的情况下,实现了振动和声学噪声的消减。
Description
技术领域
本发明涉及MR设备技术领域,尤其涉及一种MR设备振动和声学噪声消减方法、系统、装置及计算机存储介质。
背景技术
在MR(磁共振)设备和PET(正电子发射计算机断层显像)/MR设备、MR-linac(磁共振图像引导精准放疗)设备以及其它含有MR设备的系统扫描过程中,MR设备梯度线圈中的交变电流在强磁场中收到洛伦兹力的作用产生设备整体振动,并且从而引起很大的声学噪声,通常可以达到100dB到130dB以上,可能会对病人的听力造成影响,也会对扫描过程中的信息交流、患者的扫描体验等造成不利影响。
目前从噪声源头上进行降噪的方法主要包括:在系统内部添加吸音、降振材料,对系统结构进行针对性设计以降低振动噪声以及采用MR静音序列降噪方法。MR静音序列降噪方法通过在不影响MR序列成像功能的情况下,通过改变MR梯度电流的波形来降低梯度振动声学噪声的方法。但是MR静音序列降噪方法通常会比较显著地增加扫描时长,影响扫描效率。
目前MR静音序列的设计方案有两种:一是限制MR梯度电流的爬升率和强度,从而降低其振动噪声,但这种方法会严重地影响MR扫描时间和成像质量;二是通过特殊的k-space(k空间)轨迹设计来降低所需梯度的强度,但此类方法需要大量的序列设计工作,且仅适用于部分类型的序列。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种MR设备振动和声学噪声消减方法、系统、装置及计算机存储介质,用以解决现有技术在消减振动和声学噪声时会严重影响的MR扫描时间和成像质量的问题。
本发明提供一种MR设备振动和声学噪声消减方法,包括以下步骤:
获取MR设备结构的振动特性及声学特性;
根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,并根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;
获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。
一个实施例中,根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度,具体包括:
在保证单个梯度波形面积不变的情况下,调节波形上升沿和下降沿的间隔至设定阈值。
一个实施例中,根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整梯度波形的重复周期,具体包括:
根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整MR成像的实际范围、重复时间和回波时间中至少任一种参数,以调整梯度波形的重复周期。
一个实施例中,所述调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量与所述本征频率为一个或者多个。
一个实施例中,所述MR设备振动和声学噪声消减方法还包括,对梯度波形进行振动和声学噪声评估。
一个实施例中,对梯度波形进行振动和声学噪声评估,具体包括:
对MR系统施加不同频率的梯度波形,测量所施加的梯度波形在MR设备多个不同位置产生的振动和声音的幅频响应或传递函数,根据所述幅频响应或传递函数对梯度波形进行振动和声学噪声评估;其中,所述传递函数包括MR设备多个不同位置产生的振动和声音的幅频响应及相频响应。
一个实施例中,根据所述幅频响应或传递函数对梯度波形进行振动和声学噪声评估,具体包括:
根据所述幅频响应或传递函数,计算梯度波形的不同频率分量的振动和声学响应,并计算梯度波形在MR设备内不同空间位置产生的声能量评价指标或者噪声水平的评价指标。
本发明还提供了一种MR设备振动和声学噪声消减系统,包括特征获取模块、本征频率获取模块及梯度波形调整模块;
所述特征获取模块,用于获取MR设备结构的振动特性及声学特性;
所述本征频率获取模块,用于根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;
所述梯度波形调整模块,用于获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。
本发明还提供了一种MR设备振动和声学噪声消减装置,包括处理器以及存储器,所述存储器上存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,实现如上述任一技术方案所述的MR设备振动和声学噪声消减方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机该程序被处理器执行时,实现如上述任一技术方案所述的MR设备振动和声学噪声消减方法。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:通过获取MR设备结构的振动特性及声学特性;根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率;在不严重影响MR扫描时间和成像质量的情况下,实现了振动和声学噪声的消减。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的MR设备振动和声学噪声消减方法的流程示意图;
图2为本发明一个实施例提供的一种梯度波形的示意图;
图3为本发明一个实施例提供的另一种梯度波形的示意图;
图4为本发明一个实施例提供的增大重复周期后的梯度波形的示意图;
图5为本发明一个实施例提供的MR设备振动和声学噪声消减系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。
本发明一个实施例中,提供了一种MR设备振动和声学噪声消减方法,其流程示意图,如图1所示,所述方法包括以下步骤:
S1、获取MR设备结构的振动特性及声学特性;
S2、根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;
S3、获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。
通过获取MR设备结构的振动特性及声学特性;根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率;在不严重影响MR扫描时间和成像质量的情况下,实现了振动和声学噪声的消减。
需要说明的是,MR设备结构在不同频率的梯度电流激励下,产生不同的孔径内的振动和声学噪声,这种不同的孔径内的振动和声学噪声,即为振动特性及声学特性;所述MR设备的本征频率为固有频率,若梯度波形中能量占主导的频率分量与所述本征频率相同时,则可能会发生共振,共振使得振动和声学噪声大大增强,所以需要避开所述本征频率;所述MR设备可单纯的MR设备也可以为PET/MR设备(噪声消减仅涉及其中的MR设备)或者其他涉及MR设备的系统。
一个实施例中,采用快速自旋回波成像用于MR成像序列数据采集。快速自旋回波成像以周期性旋转重叠并行和增强重构成像来实现数据采集。
一个实施例中,根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度,具体包括:
在保证单个梯度波形面积不变的情况下,调节波形上升沿和下降沿的间隔至设定阈值。
一个实施例中,将单个梯度波形上升沿和下降沿的时间间隔调整为2ms,即设定阈值为2ms,则所述梯度波形的频率为500Hz,梯度波形的能量处于比较低的水平,需要说明的是,该设定阈值可以根据实际情况进行调整。
一个实施例中,一种梯度波形的示意图,如图2所示;调整所述梯度波形的宽度,即调整图2所示梯度波形中上升沿a与下降沿b之间距离(时间间隔),或者调整图2所示梯度波形中上升沿c与下降沿b之间距离在调整调节波形上升沿和下降沿的距离时,需要保持单个梯度波形面积不变,从而保证成像质量;例如,在增加上升沿与下降沿之间距离时,则减小梯度波形的幅值,在减小上升沿与下降沿之间距离时,则增加梯度波形的幅值。
需要说明的是,MR序列的梯度波形主要由一系列的梯形波组成;梯度主要能量的频率主要由单个梯形波的宽度(上升沿和下降沿的时间间隔)、一组梯形波的重复周期等因素决定,通过合理地改变宽度及重复周期等参数,在尽可能不影响成像功能的情况下使得梯度波形的主要能量的频率避开MR设备的本征频率,实现对振动和声学噪音的消减。
一个实施例中,根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整梯度波形的重复周期,具体包括:
根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整MR成像的实际范围、重复时间及回波时间中至少任一种参数,以调整梯度波形的重复周期。
一个实施例中,在不改变其他参数的情况下,调整重复时间TR的值可以成正比地改变梯度波形的重复周期,例如,增大10%的TR,会增大10%的重复周期,从而降低10%的主频率;通过调整MR成像的实际范围FOV、重复时间TR及回波时间TE,可以实现对梯度波形的有针对性的调节,从而避开MR设备的本征频率,实现对振动和声学噪音的消减。
一个实施例中,另一种梯度波形的示意图,如图3所示。图3显示了梯度波形的初始状态,通过增大TR,从而增大重复周期,得到增大重复周期后的梯度波形;增大重复周期后的梯度波形的示意图,如图4所示。
一个实施例中,所述调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量与所述本征频率为一个或者多个。
需要所说明的是,若所述能量占主导的频率分量与所述本征频率均为一个,则所述使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量大于或者小于所述本征频率;若所述能量占主导的频率分量与所述本征频率不都为一个,则所述使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量与所述本征频率不相同。
一个实施例中,所述MR设备振动和声学噪声消减方法还包括,对梯度波形进行振动和声学噪声评估。
需要说明的是,上述梯度波形可为调整前或者调整后的梯度波形。
一个实施例中,对梯度波形进行振动和声学噪声评估,具体包括:
对MR系统施加不同频率的梯度波形,测量所施加的梯度波形在MR设备多个不同位置产生的振动和声音的幅频响应或传递函数,根据所述幅频响应或传递函数对梯度波形进行振动和声学噪声评估;其中,所述传递函数包括MR设备多个不同位置产生的振动和声音的幅频响应及相频响应。
需要说明的是,施加的不同频率的梯度波形为调整前或者调整后的梯度波形,对于振动和声音的幅频响应或传递函数的获取,则需要在空间中选择有代表性的的多个点进行综合分析,才能得到更精确的结果。
一个实施例中,根据所述幅频响应或传递函数对梯度波形进行振动和声学噪声评估,具体包括:
根据所述幅频响应或传递函数,计算梯度波形的不同频率分量的振动和声学响应,并计算梯度波形在MR设备内不同空间位置产生的声能量评价指标或者噪声水平的评价指标。
一个具体实施例中,通过总声压级对噪声进行评估,可以获知调整前、后的梯度波形的振动和声学噪声水平,总声压级的计算公式为
其中,L为总声压级,Fmax相应频率范围中的最大值,Fmin为相应频率范围中的最小值,p(f)为频率f的声压分量;所述相应频率范围可为上述施加的不同频率的整体。
需要说明的是,还可以通过声音频谱、全频段、特定频段总声压级、全频段及特定频段的A集权总声压级等评价指标,对噪声进行评估。
本发明另一个实施例提供了一种MR设备振动和声学噪声消减系统,其结构框图,如图5所示,所述系统包括特征获取模块1、本征频率获取模块2及梯度波形调整模块3;
所述特征获取模块1,用于获取MR设备结构的振动特性及声学特性;
所述本征频率获取模块2,用于根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;
所述梯度波形调整模块3,用于获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。
需要说明的是,通过本发明实施例所述的MR设备振动和声学噪声消减系统,可以在不严重影响MR扫描时间和成像质量的情况下,实现了振动和声学噪声的消减。本发明实施例所述的MR设备振动和声学噪声消减系统与实施例1所述的MR设备振动和声学噪声消减方法相对应,未重复描述之处可相互借鉴。
本发明另一个实施例提供了一种MR设备振动和声学噪声消减装置,包括处理器以及存储器,所述存储器上存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,实现如上述任一实施例所述的MR设备振动和声学噪声消减方法。
本发明另一个实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机该程序被处理器执行时,实现如上述任一实施例所述的MR设备振动和声学噪声消减方法。
本发明公开了一种MR设备振动和声学噪声消减方法、系统、装置及计算机存储介质;通过获取MR设备结构的振动特性及声学特性;根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率;在不严重影响MR扫描时间和成像质量的情况下,实现了振动和声学噪声的消减。
本发明技术方案通过合理地改变宽度及重复周期等参数,在尽可能不影响成像功能的情况下使得梯度波形中能量占主导的频率分量避开MR设备的本征频率;还通过调整MR成像的实际范围、重复时间及回波时间,可以实现对梯度波形的有针对性的调节,从而避开MR设备的本征频率;通过对梯度波形及其主要能量的频率的针对性调节,在不严重影响MR扫描时间和成像质量的情况下,实现了对振动和声学噪音的消减。同时,本发明技术方案对于MR静音序列具有普遍适用性。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取MR设备结构的振动特性及声学特性;
根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;
获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。
2.根据权利要求1所述的MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度,具体包括:
在保证单个梯度波形面积不变的情况下,调节波形上升沿和下降沿的间隔至设定阈值。
3.根据权利要求1所述的MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整梯度波形的重复周期,具体包括:
根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整MR成像的实际范围、重复时间和回波时间中至少任一种参数,以调整梯度波形的重复周期。
4.根据权利要求1所述的MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,所述调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量与所述本征频率为一个或者多个。
5.根据权利要求1所述的MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,还包括,对梯度波形进行振动和声学噪声评估。
6.根据权利要求5所述的MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,对梯度波形进行振动和声学噪声评估,具体包括:
对MR系统施加不同频率的梯度波形,测量所施加的梯度波形在MR设备多个不同位置产生的振动和声音的幅频响应或传递函数,根据所述幅频响应或传递函数对梯度波形进行振动和声学噪声评估;其中,所述传递函数包括MR设备多个不同位置产生的振动和声音的幅频响应及相频响应。
7.根据权利要求6所述的MR设备振动和声学噪声消减方法,其特征在于,根据所述幅频响应或传递函数对梯度波形进行振动和声学噪声评估,具体包括:
根据所述幅频响应或传递函数,计算梯度波形的不同频率分量的振动和声学响应,并计算梯度波形在MR设备内不同空间位置产生的声能量评价指标或者噪声水平的评价指标。
8.一种MR设备振动和声学噪声消减系统,其特征在于,包括特征获取模块、本征频率获取模块及梯度波形调整模块;
所述特征获取模块,用于获取MR设备结构的振动特性及声学特性;
所述本征频率获取模块,用于根据所述振动特性及声学特性确定MR设备的振动模态,根据所述振动模态获取MR设备的本征频率;
所述梯度波形调整模块,用于获取MR成像序列的梯度波形,并根据所述梯度波形及MR设备的本征频率,调整所述梯度波形的脉冲宽度或重复周期,使得调整后的梯度波形中能量占主导的频率分量避开所述本征频率。
9.一种MR设备振动和声学噪声消减装置,其特征在于,包括处理器以及存储器,所述存储器上存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,实现如权利要求1-7任一所述的MR设备振动和声学噪声消减方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机该程序被处理器执行时,实现如权利要求1-7任一所述的MR设备振动和声学噪声消减方法。
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