CN1411783A - 具有第一和至少一个第二麦克风的磁共振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁共振装置，其具有：一个第一麦克风(110，310)，其是这样设置的：可接收由躺在磁共振装置中被检查的患者(100，300)发出的声音信号；至少一个第二麦克风(120，321，322，323)，其是这样设置的：使其尽可能接收不到该声音信号；以及－一个处理单元(130，330)，所述麦克风(110，120，310，321，322，323)的信号输入到该处理单元(130，330)中，并通过该处理单元(130，330)析取声音信号，将与声音信号一起接收的磁共振装置的噪声消除。

Description

具有第一和至少一个第二 麦克风的磁共振装置

技术领域

本发明涉及一种磁共振装置。

背景技术

磁共振技术是一种获取检查对象体内图像的公知技术。在磁共振装置中，由基本磁场磁铁系统产生的稳定的基本磁场与由梯度系统产生的、快速关断的梯度磁场相迭加。此外，磁共振装置包含一个高频系统，它为激发磁共振信号而向检查对象体内射入高频信号，并接收被激发的磁共振信号，并以此为基础产生磁共振图像。

在此，磁共振信号是在高频范围内的电磁信号，其确切的波段取决于基本磁场的强度。为使接收和磁共振图像尽可能不受外界高频干扰的影响，通常在磁共振技术中，至少将基本磁场磁铁系统的实际基本磁场磁铁、梯度系统的梯度线圈系统、以及高频系统的天线置于一个屏蔽舱内。该屏蔽舱构成上述磁共振装置部件的无孔隙包封，对10至200MHz的频率范围具有至少例如90dB的衰减，并且除窗子外由例如钢板或铜箔构成。该屏蔽舱当然对相反方向，即从内到外的方向也具有屏蔽作用。在US 4651099中描述了一种屏蔽舱的实施方式，其中，该屏蔽舱用于对例如基本磁场磁铁向外的泄露磁场进行附加的屏蔽，由铁磁金属制成。

由于梯度系统中为梯度线圈系统供电的梯度放大器和与天线连接的高频系统的控制系统都设置在屏蔽舱之外，则相应的连接电缆(如在梯度线圈系统和梯度放大器之间的连接电缆)通过集成在屏蔽舱内的滤波器引入，以使不会由此将高频干扰导入。在US 6218836 B1中描述了一种上述滤波器的实施方式。

为了产生梯度磁场，应调节梯度线圈系统的梯度线圈中的电流。其中，所要求的电流的幅值应多倍于100A。电流的上升速率和下降速率应多倍于100kA/s。基于该随时间变化的电流，在当前基本磁场下，在梯度线圈中作用有数量级为1T的洛伦兹力，该力导致梯度线圈系统的机械振动。这种振动会通过不同的传播途径传播到磁共振装置的表面，并在那里转换为声振动，进而导致所不期望的噪声。其峰值可超过125dB。

在检查开始时，反应正常的患者手中得到一个按键盘，在检查过程中，患者利用该按键盘发送信号给在屏蔽舱之外的磁共振装置的显示和操作装置上工作的操作人员以告之出现的问题。由于患者和操作人员之间能够通信是具有优点的(例如由DE 19524847 C1所公开的)，因此将患者发出的声音信号传输给操作人员。在DE 19524847 C1中描述了一种降低干扰对传输质量的影响的装置。其中，该装置具有至少两个麦克风，麦克风所接收的信号由语音信号成分和干扰噪声成分组成。对麦克风信号的处理其目的是为了在三个子频段减少干扰噪声成分：在中频段，用标量系数对信号进行加权，以使得在语音间歇期间该频段得以衰减；该中频段的标量加权依据估计的信噪比进行调节；在较高频段使用自适应滤波器，通过两个线性相位适配的滤波器的输出在一个装置中进行计算，将系数进行频谱平滑；在处理开始时对信号进行高频提升，在将改善了的信号输出之前通过一个反相滤波器使该信号重新成为可逆的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种改进的磁共振装置，利用这种磁共振装置可以在接收由被检查的患者发出的声音信号时，将其与一起接收的磁共振装置的噪声分开。

本发明的技术问题是通过一种磁共振装置解决的，其具有如下特征：

-一个第一麦克风，其是这样设置的：可接收由躺在磁共振装置中被检查的患者发出的声音信号；

-至少一个第二麦克风，其是这样设置的：使其尽可能接收不到该声音信号；以及

-一个处理单元，所述麦克风的信号输入到该处理单元中，并通过该处理单元析取声音信号，将与声音信号一起接收的磁共振装置的噪声消除。

在此，上述两个麦克风的设置可以保证，尽管患者的声音信号在某种程度上是很吵的，并且接收和传输了与声音信号相迭加的磁共振装置的噪声，仍可为磁共振装置的操作人员提供例如清晰清楚不含噪声的声音信号。

在一种具有优点的实施中，所述处理单元包含一个减法器，两个麦克风的信号通过该减法器相减，为析取患者的声音信号而消除磁共振装置的噪声。

由于麦克风的不同的安装位置，由两个麦克风所接收的磁共振装置的噪声在麦克风信号中是不同的，在一种具有优点的实施中，在将第二麦克风的信号按如上所述进行相减之前，有目的地进行滤波，尽可能对第一麦克风所接收的噪声进行补偿。

由于两个麦克风信号所包含的噪声的不同不能仅通过该两个麦克风的安装位置来确定，而是还取决于磁共振装置的当前安装环境以及由此而产生的声音，因此优选地将上述滤波器作为自适应滤波器加以实施。

附图说明

以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的优点、特征和细节将更加清楚。其中：

图1为一个磁共振装置的示意图，其具有两个麦克风和一个带有自适应滤波器的处理单元；

图2为自适应滤波器的数字电路方框图；以及

图3为一个磁共振装置的示意图，其具有四个麦克风和一个带有自适应滤波器的处理单元。

具体实施方式

图1作为本发明的实施方式示出了一个磁共振装置的示意图，其具有一个第一麦克风110和一个第二麦克风120。其中，该磁共振装置包含一个主要为空心圆柱体形状的基本单元101，在其空腔内设置有患者拍摄空间109。该基本单元101包含一个用于产生稳定的基本磁场的超导基本磁场磁铁、一个用于产生梯度磁场的固定安装的梯度线圈系统以及一个同样固定安装的用于发射高频信号和接收磁共振信号的天线系统。为了将患者100移入患者拍摄空间109，该磁共振装置还包含一个固定在基本单元101上、可移动的患者卧榻装置103

为了接收位于患者拍摄空间109中的患者100所发出的声音信号，在患者拍摄空间109中设置了第一麦克风110。该第一麦克风110除了接收患者100的声音信号，还不可避免地接收在磁共振装置运行时由该磁共振装置发出的噪声。为了根据可能性只接收磁共振装置的上述噪声，而不接收患者100的声音信号，在基本单元101的外圆柱形外壳上设置了第二麦克风120。在另一种实施方式中，该第二麦克风120还可设置在患者卧榻装置103的下面、在基本单元101的外圆柱形外壳的上部、在基本磁场磁铁和/或一个装置的外壳上，以充分利用设计成定向传声器的第二麦克风120的方向特性。其中，在实际实现中可能要求通过试验尤其是优化该第二麦克风120的位置。

基本单元101与患者卧榻装置103和两个麦克风110和120一起都安装在屏蔽舱105中。其中，两个麦克风110和120的连接电缆115和125通过集成在屏蔽舱105中的滤板106接入，以使得通过连接电缆115和125也没有高频干扰被从外部引入屏蔽舱105。连接电缆115和125从滤板106向外与设置在磁共振装置的显示和操作位置的处理单元130连接。

该处理单元130包含一个第一模拟-数字转换器131，第一麦克风110的既包含患者100的声音信号又包含磁共振装置噪声的模拟信号被输入其中，以转换为数字信号d(k)。此外，该处理单元130还包含一个第二模拟-数字转换器132，第二麦克风120的根据可能性只包含由磁共振装置所引起的噪声的模拟信号被输入其中，以转换为数字信号u(k)。该第二麦克风120的信号u(k)被输入到处理单元130的一个数字自适应滤波器140。此外，处理单元130还包含一个数字减法器134，为了构成作为第一麦克风110的信号d(k)和滤波器140的数字输出信号y(k)之差的数字输出信号e(k)，将后两个信号d(k)和y(k)作为输入信号输入其中。该减法器134的输出信号e(k)一方面通过一个数字-模拟转换器138输入到处理单元130的扬声器139，以给出患者100的声音信号(例如供在显示和操作位置工作的该磁共振装置的操作人员使用)，另一方面该输出信号e(k)可通过一个乘法器136与一个适配系数μ相乘，并进而作为输入信号输入到滤波器140。

基于麦克风110和120的不同安装位置，以及磁共振装置安装环境中在屏蔽舱105中分别占优势的声音，两个麦克风110和120所接收的磁共振装置的噪声是不同的。因此滤波器140的任务在于，将由第二麦克风120接收的噪声与第一麦克风110所接收的噪声进行匹配，以使减法器134的输出信号e(k)依据可能性仅包含患者100的声音信号，而将磁共振装置的噪声通过减法器消除。

为此，在滤波器140中，为信号e(k)的最小平均功率迭代地计算滤波器140的滤波系数c₀(k)至c_N(k)。该滤波器140按照最小均方差法工作。在此，该滤波器仅对包含在信号中的磁共振装置的噪声起作用，而对患者100的声音信号不起作用。其原因在于，尽管信号d(k)既包含磁共振装置的噪声也包含患者100的声音信号，但这两种成分是互不相关的，而信号u(k)中只包含与信号d(k)中所包含的噪声相关的噪声，因此只有相互相关的成分，即受滤波器140影响的磁共振装置的噪声，而与该噪声不相关的患者100的声音信号则不受滤波器140的影响。

在此乘法器136的适配系数μ影响以何种速度将已进行过的迭代步骤忽略。较小的适配系数μ值会使滤波器140进行较精确却较慢的匹配，而较大的适配系数μ值却导致较快但却不够准确的匹配。典型地，该适配系数μ的值域为零到二之间。

对于在处理单元130中标记的信号d(k)、e(k)、u(k)、和y(k)存在下述关系：

y(k)＝ c ^T(k-1)· u(k)，

c(k)＝ c(k-1)+μ·e(k)· u(k)以及

e(k)＝d(k)-y(k)其中， $\underset{-}{c}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{c}_0\left(k\right)\\ c_1\left(k\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ c_N\left(k\right)\end{array}\right]$ 以及 $\underset{-}{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}u\left(k\right)\\ u(k-1)\\ \·\\ \·\\ \·\\ u(k-N)\end{array}\right]$ 其中，

其中，k为表示当前迭代步骤的整数集中的数，N为大于零的偶数值，表示向量 c(k)中滤波器140的滤波系数c₀(K)至c_N(k)的排列。

处理单元130包含转换器131、132和138，自适应滤波器140，减法器134，乘法器136以及扬声器139，在此可以作为一个整体或多个分立部件来构造，或者也可以使用显示和操作位置的装置(如装置计算机)和/或集成在其中。例如，该装置计算机可以包含一个其输入端与连接电缆115和125相连接的声卡，然后在该装置计算机中对麦克风110和120所产生的信号进行进一步的处理。

图2示出了作为本发明的一个实施方式的电路方框图，为图1中的自适应滤波器140的一种可能的实施，它为一个四级滤波器。其中，该滤波器140包含四个缓冲链144，用于缓存相应于信号u(k)的四个值的向量 u(k)的值(其中，N＝4)，以便在系数计算单元142中按照上述公式迭代地计算系数向量 c(k)的滤波系数c₀(K)至c₄(k)和输出信号y(k)。其中，缓冲链144的功能用1/z表示，其中，z为u(k)的z变换的复数变量。为了实现上述公式，滤波器140还包含五个乘法器146以及一个加法器148。

图3示出了本发明的另一个实施方式的磁共振装置的示意图，其具有四个麦克风310、321、322和323。其中，该磁共振装置如同图1所示包含一个基本单元301和一个用于患者300的可移动的患者卧榻装置303。

为了接收位于患者拍摄空间309中的患者300发出的声音信号，设置了一个第一麦克风310。该第一麦克风310除了接收患者300的声音信号外还不可避免地接收在磁共振装置运行时由磁共振装置发出的噪声。为了根据可能性只接收上述磁共振装置的噪声，而没有患者300的声音信号，在磁共振装置上另外设置了三个麦克风321、322和323。其中，第二麦克风321如图1所示设置在下边在基本单元301的外圆柱形外壳上，第三麦克风322设置在圆柱形外壳的上部，而第四麦克风323被设计成定向传声器，被设置在患者卧榻装置303的下方。

麦克风310、321、322和323的四条连接电缆通过磁共振装置的屏蔽舱305的滤板306连接到处理单元330，该处理单元330包含一个四个模拟-数字转换器331、三个数字自适应滤波器340、一个数字加法器333、一个数字减法器334、一个数字乘法器336、一个数字-模拟转换器338和一个扬声器339。在滤波器340中对三个麦克风321、322和323中的每个分别确定滤波系数。其中，处理单元330与图1所示的不同之处仅在于，为麦克风321、322和323的信号使用了三个滤波器340而不是一个滤波器140，在将滤波器340的输出信号引入减法器334之前先在加法器333中相加。除此之外，图1和图3中的描述是相同的。

通过两个附加的麦克风322和323可以进一步改善自适应滤波，因为由此对于第二麦克风321所不能检测到的磁共振装置的噪声成分也能被测取。由此可以利用随之而产生的声音更好地考虑各种空间状况。

Claims (16)

1.一种磁共振装置，其特征如下，其具有：

-一个第一麦克风(110，310)，其是这样设置的：可接收由躺在磁共振装置中被检查的患者(100，300)发出的声音信号；

-至少一个第二麦克风(120，321，322，323)，其是这样设置的：使其尽可能接收不到该声音信号；以及

-一个处理单元(130，330)，所述麦克风(110，120，310，321，322，323)的信号输入到该处理单元(130，330)中，并通过该处理单元(130，330)析取声音信号，将与声音信号一起接收的磁共振装置的噪声消除。

2.根据权利要求1所述的磁共振装置，其中，将所述第一麦克风(110，310)设置在磁共振装置的患者拍摄空间(109，309)中。

3.根据权利要求1或2所述的磁共振装置，其中，所述第二麦克风(120，321，322)设置在所述磁共振装置的空心圆柱体形的基本单元(101，301)的外圆柱形外壳上。

4.根据权利要求1或2所述的磁共振装置，其中，第二麦克风(323)设置在所述磁共振装置的患者卧榻装置(303)的下边。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁共振装置，其中，所述第二麦克风(323)被设计成定向传声器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁共振装置，其中，所述麦克风(110，120，310，321，322，323)的连接电缆(115，125，315)通过所述磁共振装置屏蔽舱(105，305)的滤板(106，306)引入。

7.根据权利要求6所述的磁共振装置，其中，所述处理单元(130，330)设置在屏蔽舱(105，305)的外面。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的磁共振装置，其中，所述处理单元(130，330)包含一个能发出声音信号的扬声器(139，339)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的磁共振装置，其中，所述处理单元(130，330)包含一个自适应滤波器(140，340)。

10.根据权利要求9所述的磁共振装置，其中，所述滤波器(140，340)设计成，利用最小均方差方法迭代地调节该滤波器(140，340)的系数(c₁(k)至c_n(k))。

11.根据权利要求9或10所述的磁共振装置，其中，将所述第二麦克风(120，321，322，323)的信号(u(k))输入到所述滤波器(140，340)。

12.根据权利要求11所述的磁共振装置，其中，所述处理单元(130，330)包含一个减法器(134，334)，用以构成作为第一麦克风(110，310)的信号(d(k))和滤波后的第二麦克风(120，321，322，323)的信号(y(k))之差的输出信号(e(k))。

13.根据权利要求12所述的磁共振装置，其中，将所述减法器(134，334)的输出信号(e(k))输入到扬声器(139，339)。

14.根据权利要求12或13所述的磁共振装置，其中，所述处理单元(130，330)包含一个乘法器(136，336)，用于构成所述滤波器(140，340)的输入信号，通过该乘法器(136，336)可将所述减法器(134，334)的输出信号(e(k))与一个适配系数(μ)相乘。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的磁共振装置，其中，所述自适应滤波器(140，340)、减法器(134，334，)和/或乘法器(136，336)是用数字技术构成的。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的磁共振装置，其中，所述处理单元(130，330)至少包含一个模拟-数字转换器(131，132，331)，利用该模拟-数字转换器(131，132，331)至少可将麦克风(110，120，310，321，322，324)的一个信号数字化。