JP5823850B2 - 通信連絡システムおよび磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の声を磁気共鳴装置の操作者に伝える通信連絡方法および通信連絡システム（system）並びに磁気共鳴装置に関する。

従来、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置に代表される磁気共鳴装置において、勾配パルス（pulse）制御信号に応じて疑似背景音信号を生成する手段と、マイク（microphone）などの入力手段により入力された音響信号から上記疑似背景音信号を減算する手段と、この演算結果に基づいて音声を出力する手段とを備えた通信連絡システムが提案されている（例えば、特許文献１、図１，図４等参照）。なお、この通信連絡システムは、インターコムシステム（inter-com. system）とも呼ばれる。

この通信連絡システムによれば、勾配パルス制御信号により勾配コイル（coil）を駆動する際に生じる勾配コイル駆動音を含む背景音を抑制した音声を出力することができ、被検体の声を操作者が明瞭に聞き取ることを可能にする。

特許第４１６２３２９号公報

ところで、上記の通信連絡の手法におけるさらに具体的な構成としては、種々考えることができるが、背景音抑制効果は、疑似背景音信号の生成の仕方によって大きく異なることになる。また、検査室内の環境は時間の経過に伴って変化し得るので、疑似背景音信号を生成するときの最適な条件も常に一定であるとは限らない。

しかしながら、上記の通信連絡の手法において、高い背景音抑制効果を期待できる、より具体的な構成については、これまでのところ提案がなされていない。

このような事情により、勾配パルス制御信号に応じて疑似背景音信号を生成し、これを入力された音響信号から減算することで、音声信号を取り出す通信連絡の手法において、高い背景音抑制効果を期待できる構成についての提案が望まれている。

第１の観点の発明は、
被検体の声を入力するための入力手段により得られた、音声信号と勾配コイル駆動音信号を含む背景音信号とを有する音響信号から、勾配パルス制御信号に基づいて生成された疑似背景音信号を減算する演算を行い、この演算の結果に基づいて音声を出力する通信連絡方法であって、
前記減算による残差が小さくなるように前記疑似背景音信号の生成パラメータ（parameter）を制御する通信連絡方法を提供する。

第２の観点の発明は、
被検体の声を入力するための入力手段と、
勾配パルス制御信号に基づいて疑似背景音信号を生成する生成手段と、
前記入力手段により得られた、音声信号と勾配コイル駆動音信号を含む背景音信号とを有する音響信号から前記疑似背景音信号を減算する演算を行う演算手段と、
前記減算による残差が小さくなるように前記生成手段における疑似背景音信号の生成パラメータを制御する制御手段と、
前記演算の結果に基づいて音声を出力する出力手段とを備えた通信連絡システムを提供する。

第３の観点の発明は、
前記生成手段が、適応デジタルフィルタ（digital filter）を含み、
前記制御が、適応アルゴリズム（algorithm）を用いて行われる上記第２の観点の通信連絡システムを提供する。

第４の観点の発明は、
前記適応デジタルフィルタが、ＦＩＲ（Finite impulse response）フィルタまたはＩＩＲ（Infinite impulse
response）フィルタである請求項３に記載の通信連絡システム。

第５の観点の発明は、
前記適応アルゴリズムが、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムまたはＲＬＳ（Recursive
Least Square）アルゴリズムである上記第３の観点または第４の観点の通信連絡システムを提供する。

第６の観点の発明は、
前記勾配パルス制御信号が、勾配コイルに供給する電流波形を表す信号である上記第３の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の通信連絡システムを提供する。

第７の観点の発明は、
前記適応デジタルフィルタが、前記電流波形を入力とする上記第６の観点の通信連絡システムを提供する。

第８の観点の発明が、
前記適応デジタルフィルタが、前記電流波形の微分波形を入力とする上記第６の観点の通信連絡システムを提供する。

第９の観点の発明は、
前記入力手段が、検査室内に配置されたマイクロフォンであり、
前記出力手段が、前記検査室の外に配置されたスピーカ（speaker unit）である上記第２の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の通信連絡システムを提供する。

第１０の観点の発明は、
被検体の声を入力するための入力手段と、
勾配パルス制御信号に基づいて疑似背景音信号を生成する生成手段と、
前記入力手段により得られた、音声信号と勾配コイル駆動音信号を含む背景音信号とを有する音響信号から前記疑似背景音信号を減算する演算を行う演算手段と、
前記減算による残差が小さくなるように前記生成手段における疑似背景音信号の生成パラメータを制御する制御手段と、
前記演算の結果に基づいて音声を出力する出力手段とを備えた通信連絡システムを有する磁気共鳴装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
前記生成手段が、適応デジタルフィルタを含み、
前記制御が、適応アルゴリズムを用いて行われる上記第１０の観点の磁気共鳴装置を提供する。

第１２の観点の発明は、
前記適応デジタルフィルタが、ＦＩＲ（Finite impulse response）フィルタまたはＩＩＲ（Infinite impulse
response）フィルタである上記第１１の観点の磁気共鳴装置を提供する。

第１３の観点の発明は、
前記適応アルゴリズムが、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムまたはＲＬＳ（Recursive
Least Square）アルゴリズムである上記第１１の観点または第１２の観点の磁気共鳴装置を提供する。

第１４の観点の発明は、
前記勾配パルス制御信号が、勾配コイルに供給する電流波形を表す信号である上記第１１の観点から第１３の観点のいずれか一つの観点の磁気共鳴装置を提供する。

第１５の観点の発明は、
前記適応デジタルフィルタが、前記電流波形を入力とする上記第１４の観点の磁気共鳴装置を提供する。

第１６の観点の発明は、
前記適応デジタルフィルタが、前記電流波形の微分波形を入力とする上記第１４の観点の磁気共鳴装置を提供する。

上記観点の発明によれば、入力された、音声信号と背景音信号とを有する音響信号から、勾配パルス制御信号に基づいて生成された疑似背景音信号を減算したときの残差が小さくなるように、上記疑似背景音信号の生成パラメータを制御するので、常に生成パラメータの最適化を図って、入力された信号における背景音成分を精度よく抑制することができ、高い背景音抑制効果を期待することができる。

第１の実施形態に係るインターコムシステムおよびＭＲＩ装置を示す図である。 第１の実施形態における騒音抑制処理のブロック図を示す図である。 第２の実施形態における騒音抑制処理のブロック図を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより、発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１に、第１の実施形態に係るインターコムシステム（通信連絡システム）およびＭＲＩ装置を示す。

このインターコムシステム１０は、被検体８１の音声Ｓ（ω）を入力するためのマイク（入力手段）１と、そのマイク１の出力信号を増幅し音響信号Ｐ(ω)を出力する入力アンプ（amplifier）２と、その入力アンプ２のアナログ（analog）出力をデジタルデータ（digital data）に変換するアナログ／デジタル変換器３と、勾配磁場を発生させるための勾配パルス制御信号Ｃ(ω)に基づいて疑似騒音信号（疑似背景音信号）Ｑ(ω)のデジタルデータを生成する疑似騒音信号生成部（生成手段）４と、アナログ／デジタル変換器３が出力する音響信号Ｐ(ω)のデジタルデータから疑似騒音信号Ｑ(ω)のデジタルデータを減算する演算を行うデジタル演算器（演算手段）５と、その減算による残差Ｐ(ω)−Ｑ(ω)が小さくなるように疑似騒音信号生成部４における疑似騒音信号の生成パラメータを制御する生成パラメータ制御部（制御手段）６と、そのデジタル演算器５が出力するデジタルデータＰ(ω)−Ｑ(ω)をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器７と、そのデジタル／アナログ変換器７の出力信号を増幅する出力アンプ８と、その出力アンプ８の出力信号により音声を出力するスピーカ（出力手段）９とを備えている。

なお、実装においては、疑似騒音信号生成部４、デジタル演算器５、および生成パラメータ制御部６は、例えば、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）によって実現される。

ＭＲＩ装置１００は、勾配コイルを内蔵したマグネット（magnet）２１と、勾配パルス制御信号Ｃ(ω)を出力するパルスシーケンス（pulse
sequence）制御部２２と、勾配パルス制御信号Ｃ(ω)により勾配コイルを駆動して勾配磁場を発生させる勾配磁場アンプ２３と、インターコムシステム１０とを備えている。騒音Ｎ(ω)は、勾配コイルが駆動されるときに生じる振動により発生する。

マイク１は、マグネット２１のボア（bore）内に設置されている。また、入力アンプ２〜スピーカ９は、マグネット２１が置かれているスキャンルーム（scan room）（検査室）とは別室のオペレータルーム（operator room）に置かれているコンソール（console）内に設置されている。

図２は、第１の実施形態における騒音抑制処理のブロック（block）図である。

図２において、マイク１は、被検体８１の音声Ｓ(ω)を検出するとともに、勾配コイルの振動によって発生する騒音（背景音）Ｎ(ω)も検出し、伝達関数Ｈ(ω)でスピーカ９側に伝達される。このとき、騒音Ｎ(ω)は、勾配パルス制御信号Ｃ(ω)によって決められる。この勾配パルス制御信号Ｃ(ω)は、ここでは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各勾配コイルに印加される電流波形Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))である。電流波形Ｃ(ω)は、これら３軸の電流波形を合成した波形である。このときの電流波形Ｃ(ω)から騒音Ｎ(ω)への伝達関数をＧ(ω)とする。この伝達関数Ｇ(ω)は、各時点において一定ではなく、環境や他のファクタ（factor）によって揺らぐ。

これにより、スピーカ８側に伝達される音響信号Ｐ（ω）は、次の数式（１）で表すことができる。

Ｐ(ω)=｛Ｓ(ω)+Ｎ(ω)｝・Ｈ(ω)
＝｛Ｓ(ω)＋Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))・Ｇ(ω)｝・Ｈ(ω)
＝Ｓ(ω)・Ｈ(ω)＋Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))・Ｇ(ω)・Ｈ(ω)
…（１）
ここで、数式（１）の右辺の第一項は音声信号に相当し、第二項は騒音信号に相当する。

疑似騒音信号生成部４は、関数Ｆ(ω)を持つ適応デジタルフィルタ４１を含んでいる。勾配コイルに印加される電流波形Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))は、この適応デジタルフィルタ４１に入力される。すると、適応デジタルフィルタ４１において、疑似騒音信号Ｑ(ω)＝Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))・Ｆ(ω)が生成される。デジタル演算器５は、音響信号Ｐ(ω)から疑似騒音信号Ｑ(ω)を減算する処理を行う。生成パラメータ制御部６は、デジタル演算器５の出力、すなわち、音響信号Ｐ(ω)から疑似騒音信号Ｑ(ω)を減算したときの残差Ｐ(ω)−Ｑ(ω)が小さくなるように、疑似騒音信号生成部４における疑似騒音信号の生成パラメータをフィードバック（feedback）制御する。

適応デジタルフィルタ４１は、電流波形に由来の疑似騒音信号を生成しているため、疑似騒音信号Ｑ(ω)は音声信号Ｓ(ω)・Ｈ(ω)を含まない。そのため、上記のフィードバック制御を行うと、疑似騒音信号Ｑ(ω)は、数式（１）の右辺の第二項である騒音信号に近似的に収束し、適応デジタルフィルタは、Ｆ(ω)＝Ｇ(ω)・Ｈ(ω)なるフィルタに最適化される。その結果、デジタル演算器５は、音声信号Ｓ(ω)・Ｈ(ω)のみを抽出して出力することができる。

デジタル演算器５の出力は、デジタル／アナログ変換器７、出力アンプ８を介して、スピーカ９に伝達される。これにより、スピーカ９からは音声Ｓ(ω)のみが出力されることになる。

なお、適応デジタルフィルタ４１は、例えば、ＦＩＲフィルタであり、生成パラメータ制御部６で用いる適応アルゴリズムは、例えば、最小２乗法によるＬＭＳアルゴリズムである。すなわち、勾配コイルに印加する電流波形Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))を入力とするＦＩＲフィルタの各係数ｂｉは、ＬＭＳアルゴリズムにより、残差Ｐ(ω)−Ｑ(ω)の２乗が最小になるように更新され続ける。

このように、本実施形態によれば、入力された音声＋騒音の音響信号から、勾配パルス制御信号に基づいて生成された疑似騒音信号を減算したときの残差が小さくなるように、上記疑似騒音信号の生成パラメータを制御するので、常に生成パラメータの最適化を図って、入力された信号における騒音成分を精度よく抑制することができ、高い騒音抑制効果を期待することができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態における騒音抑制処理のブロック図である。

第２の実施形態においては、図３に示すように、疑似騒音信号生成部４は、微分回路４２と関数Ｆ(ω)を持つ適応デジタルフィルタ４１とを含んでいる。勾配コイルに印加される電流波形Ｃ(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))は、まず、この微分回路４２に入力され、電流波形の微分波形Ｃ′(ω)が出力される。そして、電流波形の微分波形Ｃ′(ω)は、適応デジタルフィルタ４１に入力される。それ以外の構成は、第１の実施形態と同じである。

電流波形の微分波形Ｃ′(ω)は、電流波形の変化の大きさを表す波形と言える。一方、勾配コイルを駆動する際に生じる騒音は、電流波形の変化が大きいときほど大きな音として発生する傾向がある。そのため、電流波形の微分波形Ｃ′(ω)を適応デジタルフィルタ４１に入力すると、実際の騒音に近い疑似騒音信号の生成が期待できる。

適応デジタルフィルタ４１に電流波形の微分波形Ｃ′(ω)を入力すると、疑似騒音信号Ｑ(ω)＝Ｃ′(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))・Ｆ(ω)が生成される。デジタル演算器５は、音響信号Ｐ(ω)から疑似騒音信号Ｑ(ω)を減算する処理を行う。生成パラメータ制御部６は、デジタル演算器５の出力、すなわち、音響信号Ｐ(ω)から疑似騒音信号Ｑ(ω)を減算したときの残差Ｐ(ω)−Ｑ(ω)が小さくなるように、疑似騒音信号生成部４における疑似騒音信号の生成パラメータをフィードバック制御する。

適応デジタルフィルタ４１は、電流波形の微分波形に由来の疑似騒音信号を生成しているため、この疑似騒音信号Ｑ(ω)は音声信号Ｓ(ω)・Ｈ(ω)を含まないだけでなく、実際の騒音により近い可能性がある。そのため、上記のフィードバック制御を行うと、疑似騒音信号Ｑ(ω)は、数式（１）の右辺の第二項である騒音信号により高い精度で近似的に収束し、適応デジタルフィルタは、Ｆ(ω)＝Ｇ(ω)・Ｈ(ω)なるフィルタに最適化され得る。その結果、デジタル演算器５は、音声信号Ｓ(ω)・Ｈ(ω)のみを高い精度で抽出して出力することができるものと期待される。

このように、第２の実施形態によれば、勾配コイルに供給する電流波形の微分波形を適応デジタルフィルタに入力して、疑似騒音信号を生成しているので、実際の騒音に近い疑似騒音信号の生成が期待でき、音声信号のみをより高い精度で抽出して出力することが期待できる。

なお、上記の適応デジタルフィルタ４１は、ＩＩＲフィルタなどの他のフィルタであってもよい。また、上記の適応アルゴリズムは、再帰最小２乗法によるＲＬＳアルゴリズムなど、他のアルゴリズムであってもよい。

１ マイク
２ 入力アンプ
３ アナログ／デジタル変換器
４ 疑似騒音信号生成部
５ デジタル演算器
６ 生成パラメータ制御部
７ デジタル／アナログ変換器
８ 出力アンプ
９ スピーカ
１０ インターコムシステム
２１ マグネット
２２ パルスシーケンス制御部
２３ 勾配磁場アンプ
４１ 適応デジタルフィルタ
４２ 微分回路
８１ 被検体
８２ オペレータ
１００ ＭＲＩ装置

Claims (8)

1. 被検体の声を入力するための入力手段と、
   勾配コイルに供給する電流波形の微分波形に基づいて疑似背景音信号を生成する生成手段と、
   前記入力手段により得られた、音声信号と勾配コイル駆動音信号を含む背景音信号とを有する音響信号から前記疑似背景音信号を減算する演算を行う演算手段と、
   前記減算による残差が小さくなるように前記生成手段における疑似背景音信号の生成パラメータを制御する制御手段と、
   前記演算の結果に基づいて音声を出力する出力手段とを備えた通信連絡システム。
2. 前記生成手段は、前記電流波形における電流の変化の大きさが信号の大きさに反映されるよう前記疑似背景音信号を生成する、請求項１に記載の通信連絡システム。
3. 前記生成手段は、適応デジタルフィルタを含み、
   前記制御は、適応アルゴリズムを用いて行われる、請求項２に記載の通信連絡システム。
4. 前記生成手段は、前記疑似背景音信号を次式に従って生成する、請求項３に記載の通信連絡システム。
   Ｑ(ω)＝Ｃ′(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))・Ｆ(ω)
   ここで、Ｑ(ω)は前記疑似背景音信号を、Ｃ′(Ｘ(ω)，Ｙ(ω)，Ｚ(ω))は前記勾配コイルに供給する電流波形の微分波形を、Ｆ(ω)は前記適応デジタルフィルタをそれぞれ表している。
5. 前記適応デジタルフィルタは、ＦＩＲ（Finite impulse response）フィルタまたはＩＩＲ（Infinite impulse response）フィルタである請求項３または請求項４に記載の通信連絡システム。
6. 前記適応アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムまたはＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズムによる制御である請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の通信連絡システム。
7. 前記入力手段は、検査室内に配置されたマイクロフォンであり、
   前記出力手段は、前記検査室の外に配置されたスピーカである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の通信連絡システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の通信連絡システムを有する磁気共鳴装置。

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