JP2005152420A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】付加音源から音場を発生させることにより効果的に消音が達成できる消音機能付きＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】傾斜磁場発生手段が発生した音が被検体の耳に到達するまでの伝達特性を被検体の耳の位置座標との関係で表した第１の伝達関数と、付加音源が発生した音場が前記被検体の耳に到達するまでの伝達特性を表した伝達関数の逆関数である第２の伝達関数とを用いる。これにより、耳位置に到達した時点で騒音と逆位相で同振幅となる音場を演算により求め、付加音源に発生させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関し、特に、アクティブに騒音を低減する手段を備えたＭＲＩ装置に関する。

ＭＲＩ装置は、磁場中に置かれた被検体の核磁気共鳴（以下、「ＮＭＲ」という）現象から得られる信号を取得して、被検体中の核スピンの密度分布や緩和時間分布等を断層像として画像表示する装置であり、一般的に、静磁場発生装置と、高周波磁場を照射する高周波コイルと、３方向に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルとを含む。高周波コイルおよび静磁場コイルは、パルスシーケンスと呼ばれる所定のシーケンスで駆動される。このパルスシーケンスでは、傾斜磁場コイルの少なくとも１つ（例えば、位相エンコード方向傾斜磁場コイル）は、繰り返し時間ごとに磁場強度を変えながら、パルス状の磁場を発生するように制御される。これにより、傾斜磁場コイルには静磁場中でパルス状に電流が流れ、フレミングの左手の法則により電磁力が生じてコイルが振動し、騒音を連続的に発生するという問題が生じていた。

この騒音を低減するために、第１の手法として、傾斜磁場コイルで発生した騒音が被検体の耳に到達するまでの間の空間を板状の物体等で遮り「遮音（防音）」する方法が提案されている。また、第２の手法として、傾斜磁場コイルの固有振動に対する周波数成分を、電流シーケンスから除くという方法も提案されている。第３の手法として、外部から力を与えることにより、アクティブに振動そのものを抑制する方法がある。例えば、特許文献１には、傾斜磁場コイルに圧電素子を貼り付け、力を発生させることにより、傾斜磁場コイルの振動を抑制する手法が例えば、記載されている。

ＭＲＩ装置ではないが、騒音をアクティブに消音する手法として、騒音と逆位相で同一振幅の音波を付加音源から発生することにより、消音する方法が知られている。例えば、いずれもＭＲＩ装置ではないが、回転する振動源の騒音を、振動源の高周波成分と同じ周波数の音波を付加音源から発生させることにより消音する装置が、特許文献２に記載されている。ダクト内の騒音を、騒音源が無限遠にある平面波に近似して消音する装置が、特許文献３に記載されている。また、ＭＲＩ装置にスピーカを搭載し、パルスシーケンス情報にしたがって、音を発生させることによりアクティブに騒音を打ち消す装置が特許文献４に提案されている。
特開平７−２７５２２０号公報 特表平１−５０１３４４号公報 特開平２−７０１９５号公報 特開平７−２４６１９３号公報

ＭＲＩ装置の騒音は、パルスシーケンスによって生じるため、一定の周期及び大きさではなく、しかも、撮影部位の変更により騒音源（傾斜磁場コイル）に対する被検体の耳の位置が相対的に変化するという特有な問題がある。しかしながら、上述した特許文献２，３の技術は、それぞれ周期的な騒音ならびに平面波に近似される騒音を消音する技術であるため、この技術をＭＲＩ装置にそのまま適用することはできない。また、特許文献４の技術は、ＭＲＩ装置において、被検体を搭載したベッドの移動量を検出し、そのベッドの位置で予め測定した騒音の特性情報と、パルスシーケンスとに従って、付加音源から音波を発生させる手法を開示しているが、付加音源と耳との距離によって生じる音の減衰や反射が考慮されていないため、この構成のみでは効果的な消音は難しいと推測される。なお、付加音源としてヘッドフォンを用いれば、付加音源と耳との距離はなくなるが、頭部撮影の際にヘッドフォンをつけたままＲＦコイルを装着することは困難である。しかも、騒音は耳殻だけではなく、頭部から骨を伝わって認識されるものもあるため、ヘッドフォンだけで低減することができない。

本発明の目的は、付加音源から音場を発生させることにより効果的に消音が達成できる消音機能付きＭＲＩ装置を提供することにある。

本発明では、傾斜磁場発生手段が生じる騒音を消音するための消音手段の構成として、付加音源と、被検体の耳の位置座標を検出する手段と、音の伝達特性を記憶する手段と、伝達特性を用いて付加音源に発生させるべき音場を求め、付加音源を駆動する制御手段とを含む。記憶手段には、傾斜磁場発生手段が発生した音が被検体の耳に到達するまでの伝達特性と被検体の耳の位置座標との関係を表した第１の伝達関数と、付加音源が発生した音場が前記被検体の耳に到達するまでの伝達特性を表した伝達関数の逆関数である第２の伝達関数とを格納する。制御手段は、第１および第２の伝達関数を用いて、耳位置に到達した時点で騒音と逆位相で同振幅となる音場を演算により求め、付加音源に発生させる。

例えば、第１の伝達関数とシーケンサが傾斜磁場発生手段を駆動するパルスシーケンス情報と耳の位置座標とを用いて、被検体の耳位置での騒音の音場を求め、これと第２の伝達関数とを用いて耳位置に到達した時点で該騒音と逆位相で同振幅となる音場を付加音源位置について求めることができる。

また、付加音源は、被検体を搭載する手段に搭載される構成にすることが可能である。

また、付加音源を、傾斜磁場発生手段側に備えることも可能であり、この場合、第２の伝達関数は、被検体の耳の位置座標についての関数を用いることが可能である。

本発明の一実施の形態の騒音低減装置を備えたＭＲＩ装置について、図面を用いて説明する。

本実施の形態のＭＲＩ装置は、図１に示したように、静磁場発生装置１０と、傾斜磁場発生装置１４と、被検体１を搭載する寝台３０と、被検体１に高周波磁場を印加するための送信部１３と、被検体１が発生するＭＲ信号を受信する受信部１５と、シーケンサ１２と、信号処理部１６とを有している。

静磁場発生装置１０は、被検体１を配置する撮像領域に、被検体１の体軸方向または体軸と直交する方向に均一な磁束を発生するものである。例えば、永久磁石方式、常電導方式および超電導方式のうちのいずれかの磁場発生装置を用いることができる。傾斜磁場コイル４０３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向に傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚをそれぞれ発生する傾斜磁場コイル２１およびそれらを駆動する傾斜磁場電源２２を含み、シーケンサ１２のパルスシーケンス制御に応じた所定の方向の傾斜磁場を発生する。送信部１３は、高周波発振器１７と変調器１８と高周波増幅器１９と高周波送信コイル２０ａとを含み、シーケンサ１２が変調器１８を制御することにより、所定の高周波磁場を発生する。

寝台３０は、図２に示したように、被検体１を搭載する天板３０ａと、寝台基部３０ｂとを含む。寝台基部３０ｂは、天板３０ａを支持するとともに、被検体１の体軸方向に天板３０ａを移動させることにより、被検体１の所望の撮像部位を傾斜磁場コイル２１上の撮像空間に配置する。

傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚは、被検体１に対するスライス面を決定し、またＭＲ信号に位置情報を付与するために、シーケンサ１２の制御により所定の強度およびタイミングで印加される。位置情報を付与する傾斜磁場のうち、位相エンコード用傾斜磁場は、通常は磁場強度を変えながら所定の周期でパルス状に繰り返し印加される。このため、位相エンコードのための傾斜磁場コイル２１には静磁場中でパルス状に電流が流れ、電磁力が生じてコイルが振動し、騒音を連続的に発生する。

本実施の形態では、傾斜磁場コイル２１の騒音を被検体１の耳の位置において消音するため、消音手段を備えている。消音手段は、騒音の音場と同振幅で逆位相の音場を発生するための付加音源としての複数のスピーカ４０と、スピーカ４０を駆動制御する音源制御装置５０と、水平位置検出器６０とを有する。

水平位置検出器６０は、図２に示したように、寝台３０を構成する天板３０ａの寝台基部３０ｂに対する変位量を検出するものであり、これにより被検体１の耳の床に対する位置座標ｘを検出する。すなわち、天板３０ａに搭載される被検体１の耳の位置は、天板３０ａに対してほぼ一定の位置にあるので、寝台基部３０ｂと天板３０ａとの相対的な位置関係を検出することにより、床に対する消音位置（耳位置）の位置座標ｘを検出する。具体的な水平位置検出器６０としては、天板の移動量をラックアンドピニオンで回転量に変換してロータリーエンコーダによって検出する構成や、移動量をリニアエンコーダで直接検出する構成のものを用いることができる。また、光学的手法により、被検体１の耳の位置を直接検出する構成を水平位置検出器６０として用いることも可能である。

スピーカ４０は、図２および図３に示したように被検体１の体軸に沿って寝台３の天板３０ａ上に備えられている。付加音源４０の配置は、消音したい空間の中心から見て、立体的に均等になるように配置するのが望ましい。本実施の形態では、両耳の位置を重点的に消音するのが好ましいので、耳の位置を中心にこれを取り囲むように、天板３０ａの両脇にそれぞれ直線状に並べられている。ここでは、図３に示したように片側４個ずつの音源を、耳から見たとき各スピーカ４０間の角度αが等角度になるような位置に配置した。また、スピーカ４０の指向方向が消音位置（耳位置）を向くように、天板３０ａの上面は、被検体の両側部分が被検体１に向かって傾斜するように構成している。なお、傾斜磁場コイル２１の騒音の音場を忠実にスピーカ４０によって再現するには、Helmholtz方程式の一般解として与えられる音場を、その多重極展開により近似することにより複数個の音源の足し合わせとして表現し、それぞれの音源の位置にスピーカ４０を配置することにより実現できるが、厳密に再現しようとすると無限数個の付加音源（スピーカ４０）が必要となるので、許容される再現精度の音場を表現するのに最低限必要な個数（ここでは８個）のスピーカ４０を配置している。

スピーカ４０は、振動部材として圧電素子を含むものを用いることができる。また、寝台３０の天板３０ａから離れた位置（例えば寝台３０の基部３０ｂ）にスピーカを配置し、導波管により天板３０ａの図３のスピーカ４０の位置まで音を導く構成にすることもできる。

音源制御装置５０は、記憶部５０ａとＣＰＵ５０ｂを内蔵している。記憶部５０ａには、傾斜磁場コイル２１が発する騒音が消音位置（被検体１の耳位置）に到達するまでの複素伝達関数ｆ(ｘ)と、付加音源（スピーカ４０）から発せられた音が消音位置へ到達するまでの複素伝達関数ｇの逆数ｇ^−１が格納されている（図４参照）。なお、ｘは、傾斜磁場コイル２０に対する耳の位置座標である。複素伝達関数ｆは、傾斜磁場コイルに対する耳の位置が変化するためｘの関数であるが、ｇおよびｇ^−１は、スピーカ４０が寝台３０に搭載されているため、スピーカ４０に対する耳の位置が一定であるのでｘの関数ではない。

ＭＲＩ装置において撮影が行われる場合には、撮影シーケンスに応じて、シーケンサ１２によってＸ，Ｙ，Ｚの３方向の傾斜磁場コイル２１を駆動するために、Ｘ，Ｙ，Ｚの３chの傾斜磁場コイル駆動用の電流シーケンスに変換される。この電流シーケンスにより傾斜磁場コイルは振動し、発生した騒音が図３のように消音位置（耳位置）まで伝達し、被検者１に騒音として認識される。複素伝達関数ｆ(ｘ)は、ある位置座標ｘにおいて、シーケンサ１２から１つの傾斜磁場コイル２１にある電流スペクトルｈ（周波数ω1、振幅Ａ1）を与え、それによって生じた騒音を消音位置（耳位置）でマイク等により電気信号化してスペクトル（周波数ω1’、振幅特性Ａ1’）を取得し、両スペクトルの比をとることにより予め求めたものである。この複素伝達関数ｆ(ｘ)は、音の伝達による振幅の減衰のみならずＭＲＩ装置による騒音の反射特性や共鳴特性を含んでいる。よって、撮影時に傾斜磁場コイル２１に与えた電流シーケンスがスペクトルｈである場合には、スペクトルｈと複素伝達関数ｆ(ｘ)とを掛け合わせたｆ(ｘ)×ｈがその位置ｘにおける騒音の音場として予測することができる。そこで、これを打ち消すような音場を、付加音源（スピーカ４０）によって発生させることにより消音できる。この際、付加音源と消音位置（耳位置）とが離れているため、これを考慮した音場を求める。すなわち、図４に示したようにこの距離についての複素伝達関数ｇの逆数ｇ^−１を消音位置の騒音（ｆ(ｘ)×ｈ）に掛け合わせた音場（ｇ^−１×ｆ(ｘ)×ｈ）を求め、それを逆位相にした音場（−ｇ^−１×ｆ(ｘ)×ｈ）を付加音源（スピーカ４０）から発生させる。これにより、消音位置に騒音を打ち消す音場（−ｆ(ｘ)×ｈ）を発生させることができる。

複素伝達関数ｇ^−１は、まず複素伝達関数ｇを求め、これの逆数を計算することにより求めることができる。ｇは、付加音源（スピーカ４０）を所定のスペクトル（周波数ω2、振幅Ａ2）で駆動して音を発生させ、消音位置でマイク等により電気信号化してスペクトル（周波数ω2’、振幅特性Ａ2’）を取得し、両スペクトルの比をとることにより予め求めたものである。また、消音位置に小さな音源を置いて所定のスペクトルで音を発したときに、付加音源（スピーカ４０）位置の音をマイク等で取得し、両スペクトルの比をとることによりｇ^−１を算出し、これを用いることもできる。

音源制御装置５０の記憶部５０ａには、図５にそのフローチャートを示したような消音用プログラムが格納されている。音源制御装置５０のＣＰＵ５０ｂは、シーケンサ３０２がパルスシーケンスを開始した場合、この消音用プログラムを読み込んで実行することにより、撮影時の消音動作を行う。

図４ならびに図５に示されるように、音源制御装置５０のＣＰＵ５０ｂは、水平位置検出器６０から被検者１の耳の位置座標ｘを取り込み（ステップ１０１）、ｘが予め定めた撮影範囲内である場合には、被検者１が撮影位置に配置されたか判定し（ステップ１０２）、シーケンサ１２から磁場発生コイルを磁場発生コイルを駆動するパルスシーケンス情報を受け取り、この情報に含まれる傾斜磁場コイル２１への電流供給タイミング、電流強度、繰り返し時間（周期）から電流スペクトル（周波数、振幅）を求める（ステップ１０３）。つぎに、ＣＰＵ５０ｂは、記憶部５０ａよりその位置座標ｘ（またはそれに近接する位置）について記憶部５１に格納された複素伝達関数ｆ(ｘ)、ならびに、ｇ^−１を読み出す（ステップ１０４）。水平位置検出器６０の検出した位置座標ｘについての複素伝達関数ｆ(ｘ)が記憶部５０ａに格納されていない場合には、その位置に最も近い両側の位置についてのｆ(ｘ)を読み出し、これらのｆ(ｘ)から検出された位置座標ｘについてのｆ(ｘ)を補間して求める。このように読み出された或いは演算されたｆ(ｘ)およびシーケンス情報にもとづき、耳位置の騒音を消音するためにスピーカ４０に発生させるべき音場（−ｇ^−１×ｆ(ｘ)×ｈ）を算出し（ステップ１０５）、この音場をスピーカ４０に発生させる駆動信号を生成し（ステップ１０６）、スピーカ４０へ出力する。これにより、スピーカ４０は、音場（−ｇ^−１×ｆ(ｘ)×ｈ）を発生し、この音場が消音位置（耳位置）に複素伝達関数ｇで伝達されることにより、消音位置には、音場（−ｆ(ｘ)×ｈ）すなわち、傾斜磁場コイル２１から本来発生していた騒音（ｆ(ｘ)×ｈ）と逆位相で同振幅の音場を形成することができる。これにより、両音場の重ね合わせにより、耳位置における消音が達成される。

また、本実施の形態では、寝台３０の天板３０ａ上に付加音源（スピーカ４０）が搭載されているため、脚部を撮影する場合のように、消音位置（耳位置）が傾斜磁場コイル２１等を収容するガントリの外側に位置する場合であっても、良好に消音することができる。

また、付加音源（スピーカ４０）を、天板３０ａとともに水平移動するものに設置することも可能である。例えば、頭部撮影用の高周波受信コイル２０ｂに付加音源を配置することが可能である。この場合、本実施の形態の構成によれば、付加音源と耳位置とに距離があっても、それを考慮して消音できるため、ヘッドフォンとは異なり、付加音源が受信コイル２０ｂ上の耳から離れた部位に取り付けられていても良好に消音できる。また、天板３０ａ上に、被検体１の頭部を覆うようなドーム状の囲いを天板上に搭載し、その内側に付加音源を配置することも可能である。

なお、上述の実施の形態では、寝台３０の天板３０ａに付加音源（スピーカ４０）を搭載したため、消音位置（耳位置）と付加音源との距離が一定であったため、伝達関数ｇはｘの関数ではないものとして扱ったが、本発明ではこれに限らず傾斜磁場コイル２１等を保持するガントリ側に付加音源（スピーカ４０）を取り付けることも可能である。この場合、複素伝達関数ｆ(ｘ)のみならず、複素伝達関数ｇも位置座標ｘの関数ｇ(ｘ)となるため、予め位置座標ｘごとにｇを測定することによりｇ(ｘ)を求め、音制御装置５０の記憶部５０ａに格納しておく。この伝達関数ｇ(ｘ）を用いて、上記と同様に付加音源から音場を発生させることにより、ガントリ側に付加音源を配置した場合であっても、付加音源（スピーカ４０）と消音位置との距離の変化による伝達関数の変化を考慮して、良好に消音を行うことができる。

上述してきたように、本発明によれば、ＭＲＩ装置において、撮影中の被検体１の耳位置の変化、ならびに、付加音源（スピーカ４０）と耳位置との間の音の伝達を考慮しているため、被検体１が耳位置が広範囲に移動しても消音することができ、これにより、撮影時の被検体１に騒音が与える不快感等を除去することができる。

ここまでの実施の形態では、被検体が感じる騒音の低減について説明してきたが、ＭＲＩ装置の周辺に付加音源を配置することにより、ＭＲＩ装置周辺にいる人が感じる騒音を低減することも可能である。

本発明の一実施の形態のＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態のＭＲＩ装置において、寝台３０に搭載された付加音源（スピーカ４０）の配置を示す斜視図である。 本実施の形態のＭＲＩ装置において、寝台３０に搭載された付加音源（スピーカ４０）の配置を示す上面図である。 本実施の形態のＭＲＩ装置において、音制御装置５０により消音される原理を説明する説明図である。 本実施の形態の音制御装置５０の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…被検体、１１…ＣＰＵ、１２…シーケンサ、１３…送信部、１４…傾斜磁場発生装置、１５…受信部、１６…信号処理部、１７…高周波発振器、１８…変調器、１９…高周波増幅器、２０ａ…高周波送信コイル、２０ｂ…高周波受信コイル、２１…傾斜磁場コイル、２２…傾斜磁場電源、２３…増幅器、２４…直交位相検波器、２５…Ａ／Ｄ変換器、２６…磁気ディスク、２７…磁気テープ、２８…ディスプレイ、３０…寝台、３０ａ…天板、３０ｂ…寝台基部、４０…スピーカ（付加音源）、５０…音制御装置、５０ａ…記憶部、５０ｂ…ＣＰＵ、６０…水平位置検出器。

Claims (4)

1. 撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記撮像空間に所定のパルスシーケンスに応じた傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、被検体を搭載する搭載手段と、前記搭載手段を前記撮像空間に対して相対的に移動させる移動手段と、前記傾斜磁場発生手段が生じる騒音を消音するための消音手段とを有し、
   該消音手段は、付加音源と、前記被検体の耳の位置座標を検出する位置検出手段と、音の伝達特性を記憶する記憶手段と、前記伝達特性を用いて前記付加音源に発生させるべき音場を求め、該付加音源を駆動する制御手段とを含み、
   前記記憶手段は、前記傾斜磁場発生手段が発生した音が前記被検体の耳に到達するまでの伝達特性と前記被検体の耳の位置座標との関係を表した第１の伝達関数と、前記付加音源が発生した音場が前記被検体の耳に到達するまでの伝達特性を表した伝達関数の逆関数である第２の伝達関数とを記憶し、
   前記制御手段は、前記第１および第２の伝達関数、ならびに前記位置検出手段が検出した耳の位置座標とを用いて、前記耳位置において該騒音と逆位相で同振幅となる音場を演算により求め、前記付加音源に発生させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御手段は、前記第１の伝達関数と前記パルスシーケンス情報と前記耳の位置座標とを用いて、前記被検体の耳位置での騒音の音場を求め、求めた騒音の音場と前記第２の伝達関数とを用いて前記耳位置において該騒音の音場と逆位相で同振幅となる音場を前記付加音源位置について求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記付加音源は複数であり、前記被検体の耳を取り囲むように前記搭載手段に備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記付加音源は、前記傾斜磁場発生手段側に備えられ、
   前記第２の伝達関数は、前記付加音源が発生した音場が前記被検体の耳に到達するまでの伝達特性と前記耳の位置座標との関係を表した関数の逆関数であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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