多個近端參考線圈的核磁共振信號實時噪聲抵消裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多個近端參考線圈的核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，是由主接收線圈與一個以上參考收線圈分別經(jīng)地面核磁共振儀器的多通道信號調(diào)理電路后與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進入數(shù)字信號處理芯片中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器與主自適應(yīng)濾波器相連，參考信號通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別與自適應(yīng)濾波器連接構(gòu)成。多個參考線圈能夠抵消多個噪聲源產(chǎn)生的環(huán)境噪聲，近端參考能夠減少線圈鋪設(shè)所占用的空間限制，增大參考線圈的應(yīng)用范圍，多組自適應(yīng)濾波器能夠避免損失主接收線圈中采集的核磁共振信號，改善信噪比，數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)實時自適應(yīng)濾波算法，提高了數(shù)據(jù)采集和處理效率。
【專利說明】多個近端參考線圈的核磁共振信號實時噪聲抵消裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理方法，尤其是適用于地面核磁共振地下水探測(Magnetic Resonance Sounding,MRS)信號的米集并進行實時自適應(yīng)噪聲抵消的系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]地面核磁共振的信號非常微弱，一般為納伏級，且環(huán)境噪聲很強，核磁共振信號通常都淹沒在環(huán)境噪聲中。常規(guī)的信號處理方法不能有效地從環(huán)境噪聲中提取有用的核磁共振信號，有時還會使核磁共振信號發(fā)生畸變。[0003]CN201010537465.2公開了一種帶參考線圈的核磁共振地下水探測系統(tǒng)及探測方法，通過多路AD采集單元同步采集核磁共振信號及參考線圈中噪聲信號的全波形數(shù)據(jù)，采用變步長自適應(yīng)算法對消核磁共振信號中的噪聲，提高了儀器抗干擾性能。但是，參考線圈的布設(shè)必須遠離主探測線圈，需要占用較大的空間，限制了參考線圈的適用環(huán)境。如果距離較近，參考線圈內(nèi)引入核磁共振信號分量，通過自適應(yīng)算法，不但環(huán)境噪聲相抵消，還將損失主探測線圈內(nèi)的核磁共振信號。而且，只能在采集所有的接收線圈后再進行數(shù)據(jù)自適應(yīng)消噪，不能做到實時處理。CN1183832A公開了一種在反饋環(huán)路中利用自適應(yīng)噪聲濾波器和自適應(yīng)串話濾波器以便在主信號輸入段和參考輸入端抵消相關(guān)噪聲的交叉耦合自適應(yīng)噪聲抵消裝置。該裝置的預(yù)濾波器部分從噪聲抵消裝置的輸入信號中估計所有的信號，在自適應(yīng)濾波器部分具從噪聲抵消裝置的輸入信號中抵消噪聲。這種自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)主要用于麥克風接收到的音頻信號和串話干擾，但是不能工作于核磁共振頻段的信號。
[0004]因此，需要發(fā)明一種能夠在近端進行多參考線圈接收，并且能夠?qū)崟r進行自適應(yīng)噪聲抵消的裝置和方法，最大限度地從環(huán)境噪聲中提取有用的核磁共振信號，且不發(fā)生畸變和衰減。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于核磁共振地下水信號的數(shù)據(jù)采集并進行實時自適應(yīng)噪聲抵消的系統(tǒng)及其方法。采用兩個或多個線圈同時接收核磁共振信號，其中一個線圈作為主信號通道，其他線圈作為參考信號通道。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，是由主接收線圈10與一個以上參考收線圈線圈20、30、…、M分別經(jīng)地面核磁共振儀器I的多通道信號調(diào)理電路11、21、31、…、M+1后與數(shù)模轉(zhuǎn)換器12、22、32、…、M+2連接，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進入數(shù)字信號處理芯片5中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器12與主自適應(yīng)濾波器13相連，參考信號通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器22、32...Μ+2分別與自適應(yīng)濾波器23、33、…、Μ+3連接構(gòu)成。
[0008]參考通道自適應(yīng)濾波器23、33、…、Μ+3和13之間進行參數(shù)交換，主自適應(yīng)濾波器13的輸出為噪聲抵消后的核磁共振信號14，參考通道自適應(yīng)濾波器自適應(yīng)濾波器23、33、…、M+3的輸出為環(huán)境噪聲信號分量24、34、...、M+4。
[0009]主信號通道數(shù)據(jù)d[n]經(jīng)加法器15分別與噪聲逼近器16和噪聲逼近器17連接構(gòu)成。
[0010]參考通道自適應(yīng)濾波器23、33…….M+3，由參考信號通道數(shù)據(jù)X1 [η]與加法器25相連，加法器25的輸出與核磁共振逼近器26連接構(gòu)成。
[0011]主信號通道與自適應(yīng)濾波器13相連，用于抵消與參考信號相關(guān)的環(huán)境噪聲，多個參考通道分別與自適應(yīng)濾波器23和43相連，用于抵消其中引入的核磁共振信號成分。在自適應(yīng)濾波器13中，主信號通道數(shù)據(jù)d[n]與加法器15相連，加法器15的輸出與噪聲逼近器16和17相連，用于計算濾波器系數(shù)，參考通道數(shù)據(jù)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器23和43處理后的結(jié)果gl[n]和gM[n]進入噪聲逼近器16和17，用于估計環(huán)境噪聲中的相關(guān)分量，其輸出Y1 [η]和yM[n]均與加法器15相連，在主信號通道數(shù)據(jù)d[n]減去環(huán)境噪聲相關(guān)分量yjn]和yM[n]，經(jīng)過反復迭代，得到最終的核磁共振信號S [η]，其輸出結(jié)果e [η]還用于自適應(yīng)濾波器23和43的輸入。在自適應(yīng)濾波器23中(43與此相同)，參考信號通道數(shù)據(jù)X1 [η]與加法器25相連，加法器25的輸出與信號逼近器26相連，用于計算濾波器系數(shù)，主信號通道數(shù)據(jù)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器13處理后的結(jié)果e[n]進入信號逼近器26，用于估計核磁共振信號的相關(guān)分量，其輸出Z1 [η]與加法器25相連，在參考通道數(shù)據(jù)X1 [η]中減去核磁共振信號分量Z1 [η]，經(jīng)過反復迭代，最終輸出只含有環(huán)境噪聲分量Ii1 [η]。
[0012]有益效果:
[0013]多個參考線圈能夠抵消多個噪聲源產(chǎn)生的環(huán)境噪聲，近端參考能夠減少線圈鋪設(shè)所占用的空間限制，增大參考線圈的應(yīng)用范圍，多組自適應(yīng)濾波器能夠避免損失主接收線圈中采集的核磁共振信號，改善信噪比，數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)實時自適應(yīng)濾波算法，提高了數(shù)據(jù)采集和處理效率。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1為主信號接收線圈和多個近端參考線圈鋪設(shè)圖
[0015]圖2為多近端參考通道實時噪聲抵消系統(tǒng)的示意圖
[0016]圖3主信號通道自適應(yīng)濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
[0017]圖4參考信號通道自適應(yīng)濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖5為帶信號比估計的實時噪聲抵消系統(tǒng)的示意圖
[0019]I地面核磁共振儀器，5數(shù)字信號處理芯片，6信噪比逼近器，10主信號接收線圈，20、30、40、Μ參考接收線圈，11、21、41、Μ+1信號調(diào)理電路，12、22、32、Μ+2數(shù)模轉(zhuǎn)換器，13主信號通道自適應(yīng)濾波器，23、43、Μ+3參考通道自適應(yīng)濾波器，14核磁共振信號，24、44、Μ+4環(huán)境噪聲分量，15、25加法器，16、17噪聲逼近器,26核磁共振逼近器。
【具體實施方式】 [0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明:
[0021]核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，是由主接收線圈10與一個以上參考收線圈線圈20、30、…、M分別經(jīng)地面核磁共振儀器I的多通道信號調(diào)理電路11、21、31、…、Μ+1后與數(shù)模轉(zhuǎn)換器12、22、32、…、Μ+2連接，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進入數(shù)字信號處理芯片5中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器12與主自適應(yīng)濾波器13相連，參考信號通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器22、32...Μ+2分別與自適應(yīng)濾波器23、33、…、Μ+3連接構(gòu)成。
[0022]參考通道自適應(yīng)濾波器23、33、…、Μ+3和13之間進行參數(shù)交換，主自適應(yīng)濾波器13的輸出為噪聲抵消后的核磁共振信號14,參考通道自適應(yīng)濾波器23、33、…、Μ+3的輸出為環(huán)境噪聲信號分量24、34、…、Μ+4。
[0023]主信號通道數(shù)據(jù)d[n]經(jīng)加法器15分別與噪聲逼近器16和噪聲逼近器17連接構(gòu)成。
[0024]參考通道自適應(yīng)濾波器23、33…….M+3，由參考信號通道數(shù)據(jù)X1 [η]與加法器25相連，加法器25的輸出與核磁共振逼近器26連接構(gòu)成。
[0025]地面核磁共振儀器I包含一個主信號通道10主要用于采集核磁共振信號，I個以上參考信號通道20、30、…、M用于接收環(huán)境噪聲，參考線圈依次放置在主接收線圈邊框上，其中引入的核磁共振分量通過自適應(yīng)濾波器23、33、…、Μ+3抵消，其輸出24、34、…、Μ+4只含有環(huán)境噪聲分量，再經(jīng)過自適應(yīng)濾波器13，主信號通道中的環(huán)境噪聲被抵消，最終輸出14為純凈的核磁共振信號。
[0026]采用數(shù)據(jù)信號處理芯片5實現(xiàn)實時自適應(yīng)噪聲抵消算法，其中自適應(yīng)濾波器13、23、33、…、Μ+3利用最小均方(LMS)、非線性最小均方(NLMS)和最小二乘算法(RLS)等算法實時計算濾波系數(shù)，其輸出不斷逼近核磁共振信號或環(huán)境噪聲分量，自適應(yīng)濾波器13的輸出逐漸接近純凈的核磁共振信號。在實施例2中，利用信噪比估計器6實時計算信噪比，以此確定自適應(yīng)濾波13和23的步長，從而加速自適應(yīng)的學習過程。
[0027]實施例1:
[0028]圖1和圖2表示本發(fā)明的近端參考自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)的第一個實施例的框圖。當測量環(huán)境中存在多個噪聲源時，需要采用多個近端參考的接收線圈。即主信號接收線圈10和一個以上20、30乃至40近端參考接收線圈。主接收線圈的信號表示為核磁共振信號和環(huán)境噪聲的疊加S(t)+N(t)，近端參考線圈接收的信號表示為核磁共振信號分量和環(huán)境噪聲的疊加sm(t)+nm(t) (m = I, 2…Μ)。接收信號經(jīng)過地面核磁共振儀器I的多通道信號調(diào)理電路11、21、31和41的前置放大和濾波后，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器12、22、32和42，分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入數(shù)字信號處理芯片5。數(shù)字信號處理芯片5內(nèi)包含一個主信號通道自適應(yīng)濾波器13和一個以上參考通道自適應(yīng)濾波器23、33和Μ+3。主信號通道自適應(yīng)濾波器13的輸入表不為d[n],近端參考信號通道自適應(yīng)濾波器23、33和M+3的輸入表不為xm[n] (m=I, 2…Μ)。
[0029]在圖4中，主信號通道自適應(yīng)濾波器13的輸出e[n]延時k個點后分別進入多個參考通道自適應(yīng)濾波器23中的核磁共振逼近器26，核磁共振逼近器26的輸出為
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，其特征在于，是由主接收線圈10與一個以上參考收線圈線圈20、30、…、M分別經(jīng)地面核磁共振儀器I的多通道信號調(diào)理電路11、21、31、…、M+1后與數(shù)模轉(zhuǎn)換器12、22、32、…、M+2連接，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進入數(shù)字信號處理芯片5中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器12與主自適應(yīng)濾波器13相連，參考信號通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器22、32…M+2分別與自適應(yīng)濾波器23、33、…、M+3連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，其特征在于，參考通道自適應(yīng)濾波器23、33、…、M+3和13之間進行參數(shù)交換，主自適應(yīng)濾波器13的輸出為噪聲抵消后的核磁共振信號14,參考通道自適應(yīng)濾波器23、33、…、M+3的輸出為環(huán)境噪聲信號分量 24、34、...、M+4。
3.按照權(quán)利要求1所述的核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，其特征在于，主信號通道數(shù)據(jù)d[n]經(jīng)加法器15分別與噪聲逼近器16和噪聲逼近器17連接構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1所述的核磁共振信號實時噪聲抵消裝置，其特征在于，參考通道自適應(yīng)濾波器23、33…….M+3,由參考信號通道數(shù)據(jù)X1 [η]與加法器25相連，加法器25的輸出與核磁共振逼近器26連接構(gòu)成。
【文檔編號】G01V3/38GK103913778SQ201410142630
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】蔣川東, 林君, 段清明, 林婷婷, 曲永星, 齊鑫, 陳武強 申請人:吉林大學