Page 41 - 《中国医疗器械杂志》2026年第1期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第1期

研 究 与 论 著

少，从而减小整体体积，结构更加灵活，制造成本 码受到的影响越小，而线圈产生的磁场与干扰磁
也明显降低。然而，如何在这种紧凑设计中实现良好 场的抵消精度也与该响应时间密切相关。图2a所
的主磁场均匀性，依然是一个亟待解决的技术难题。 示为本研究团队构思的一种用于低场MRI设备低
高场MRI系统通常可以将主磁场的不均匀性控 频干扰磁场抵消的方案。其结合前端干扰信号处
−6
制在10×10 以内。然而，对于低场MRI设备而言， 理电路与数字控制的反馈通道，精准地控制抵消
[13]
其虽然在颅脑、四肢以及体内植入物 等应用场景 磁场的变化。由于电路处理的均为低频信号，其
中对B 均匀性的要求相对宽松，但仍须使成像区域 在完善电磁兼容性设计的前提下，对MRI系统几
0
内的磁场均匀度落在射频激励带宽范围内。主磁场 乎无影响。该系统采用高精度磁传感器实时监测
的不均匀性超出带宽限制，可能会引起图像失真， 外部干扰磁场，并将其转化为模拟电压信号。然
降低成像质量。 后该系统通过信号处理与控制电路提取目标干扰
此外，虽然仿真表明通过优化设计可以实现极 频率分量，并对其相位与幅值进行动态调节，经
高的磁场均匀性，但在低成本下将理想化的模拟结 增益放大后驱动补偿线圈生成相应抵消磁场，从
果转化为实际产品却面临重重挑战。实际应用中， 而实现对干扰磁场的实时主动抑制。主动控制方
由于材料的缺陷，磁化矢量角度可能出现高达0.9° 法对电路设计、信号响应速度与精度均有较高要
的偏差。磁性材料的剩磁对温度变化极为敏感，再 求，难度更高，但相较于被动屏蔽更加灵活，能
加上在装配时，磁体间相互作用造成的微小定位和 够集成于设备自身，是低场MRI设备抗干扰领域
[14]
方向偏差 ，都将影响磁场的稳定性和均匀性。 的重点研究方向之一。图2b所示为样机进行临床
2.2 高低频环境噪声 颅脑成像时的设备示意。在低频干扰噪声作用下
研究高低频环境噪声干扰对低场MRI系统的影 图像出现明显的伪影和畸变，如图2c所示，图像
响机制以及解决方法，是优化成像质量，提升其临 质量严重下降；而经过本文设计的干扰消除方案
床应用价值的重要课题之一。低场MRI系统的场强 处理后，大部分图像伪影得到去除，如图2d所示。
相较于传统MRI系统降至mT级别，工作频率在

MHz级别，更易受到系统中电子设备、线路等产生 C3 Op-Amp
R3
R1
的高频电磁波干扰。此外，工频干扰、地铁、高铁 C1 R2
磁通门传感器 R4 驱动放大模块 磁场发生线圈
以及其他大型运输系统会产生低频干扰磁场。低频 数据对比
干扰磁场具体指频率在0 Hz（直流）至数百赫兹， 调整 噪声干扰信号选择模块
对高精度设备或生物体产生有害影响的非期望环境
磁场。其通常以磁场形式通过空间或导体耦合，不 数据显示 微控制器 反馈通道 ADC转换模块 电流采样
易被物理材料屏蔽。对于超低场磁共振成像设备而 (a) 主动抑制流程示意
(a) Schematic diagram of the active suppression process
言，此类变化不确定的磁场会影响设备磁体系统产
生的主磁场的均匀性，进一步影响磁共振信号在频
率编码与相位编码过程中的变化，造成磁共振成像
过程中质子空间定位不准确，产生图像伪影等问题。
上述干扰噪声控制方法通常有被动控制与主动
控制两种方式。被动控制方法采用高磁导率金属合
金材料制造屏蔽室，创造内部干扰磁场强度极低的
(b) 低频干扰成像实验平台
“ 近零磁空间”，使得设备能够最大程度保持其原 (b) Experimental platform for imaging with low-frequency interference
有的主磁场强度，屏蔽外界电器电磁干扰，保证成
像质量。但此类方法存在设计复杂、占用空间大、
金属屏蔽材料会产生剩磁等问题，限制了设备的应 絮状伪影
用场景。
主动控制方法通过产生补偿磁场来抵消外界
低频段磁场干扰，通常采用Helmholtz线圈作为磁
场发生装置 。对于主动控制方法而言，系统响
[15]
应时间与传感器的响应时间以及前端控制电路的
设计方式有关，需要将其控制在ms级。响应越 (c) 低频干扰污染图像
快，磁共振成像扫描过程中信号的频率与相位编 (c) Image contaminated by low-frequency interference

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干扰消除后图像