JP6867926B2 - ノイズ発生源探索装置及びノイズ発生源探索方法 - Google Patents

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）に適用され、ＭＲＩ装置において生じるノイズの発生源を探索するノイズ発生源探索装置及びノイズ発生源探索方法に関するものである。

従来、均一な静磁場中に被検体（特に人体）を配置した状態で、被検体に高周波磁場（ＲＦ）パルスを印加することによって生じた核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を計測し、被検体の頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化するＭＲＩ装置が知られている。ＭＲＩ装置において、ＮＭＲ信号は、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて時系列データとして計測され、計測されたＮＭＲ信号が２次元又は３次元フーリエ変換されることにより画像として再構成される。

ところで、ＮＭＲ信号は空気中に伝搬している電磁波よりもその振幅が小さいため、ラジオ、テレビ、携帯電話、モータ、スイッチ等から発生する電磁波がノイズとなってしまう。このため、ＭＲＩ装置を銅箔等の導電性の高い材料で構成された電磁波シールドルーム内に設置することで外部のノイズ源とＭＲＩ装置とを隔離し、電磁波シールドルームの外部からＭＲＩ装置に到来する電磁波を遮蔽している。

一方、ＭＲＩ装置では、このような電磁気的なノイズの他に、撮影時に「ショットノイズ」又は「スパイクノイズ」と言われるノイズが発生する場合がある。これらのノイズは、ＭＲＩ装置ではｋ空間上のデータに点状にノイズが存在している場合をいう。図１７（Ａ）に、ショットノイズの一例を示す。例えば、撮影時に計測されたＮＭＲ信号は、位相エンコード傾斜磁場を変化させることで、横軸を時間、縦軸を位相エンコード方向とするｋ空間に充填されるが、このｋ空間データに、点状のショットノイズが被検体画像を構成するデータの他に存在する場合がある。このように図１７（Ａ）に示すショットノイズを含むデータをフーリエ変換して画像化すると、図１７（Ｂ）に示すように斜めの網状の模様が生じる。模様はショットノイズ信号の位置、数によって異なり、一概にノイズの性状を示すのは難しいが、本来信号の無い背景に幾何学的模様が見える場合が多い。

このようなノイズの発生原因は、幾種類かのパターンに分けられる。最も考えられるのは、金属間の接触によるものである。特に、異種金属間の接触は圧電効果により接触した瞬間に電位が発生し、部分的な放電を引き起こしてノイズ源になる。また、電位の異なる場所にある２つの金属部材の接触も同様にノイズを発生させる。この他、電気回路内の接触不良である。回路内で接触の緩いコネクタ、線路、デバイス等があると、傾斜磁場コイルの振動に伴って、接続状態が変化し、傾斜磁場コイル駆動と同期したノイズが発生し得る。
また、静電気もノイズ源となり得る。例えば、傾斜磁場コイルの駆動に依って異種樹脂部材が摺り合わせられたり、引き剥がされたりすると一方が帯電し、繰り返しの途中で放電し静電気が発生する場合がある。
このように、多くの場合は、傾斜磁場コイル若しくは冷凍機等の物理的振動が問題箇所に伝搬し、最終的にノイズが発生している。

この様なノイズが画像に影響を及ぼす場合には、ノイズ源を特定して修正を行い、ノイズを低減させた画像を取得する必要がある。そこで、ＭＲＩ装置におけるノイズ源を探索する技術として、例えば、特許文献１には、ＭＲＩ装置の電力系統、伝送系統を切り替えて駆動させることにより、ノイズ源となっているユニットを特定するノイズ発生箇所特定装置が開示されている。

特開２００２−２９１７１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１のノイズ発生箇所特定装置では、電力系、伝送系においてノイズ源となっているユニットを特定することができるに過ぎず、詳細なノイズ源についての情報を得ることができない。例えば、傾斜磁場コイルの振動が伝達したことに起因してノイズが生じている場合には、傾斜磁場コイルの駆動はノイズ発生原因でありながら、ノイズの発生箇所は傾斜磁場コイルでは無く、周囲の構造物の何れかからノイズが発生していることがある。この場合、構造物においてノイズが発生している箇所を具体的に特定する必要があるものの、特許文献１のノイズ発生箇所特定装置では、そのような詳細な情報を得ることができない。
ノイズ源及びノイズ発生箇所を正確に特定できない場合には、ノイズを適切に低減させることができず、ＭＲＩ装置において取得する画像の画質が低下してしまう。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、ＭＲＩ装置における発生箇所を正確に特定することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、静磁場中に配置された被検体に高周波コイルによるＲＦパルス及び傾斜磁場コイルよる傾斜磁場パルスを印加することにより、前記被検体から発生したＮＭＲ信号を得るＭＲＩ装置に適用され、前記ＭＲＩ装置において生じるノイズを測定する基準アンテナ及びプローブアンテナと、前記基準アンテナによって測定されたノイズのノイズ強度に基づいて、前記ＭＲＩ装置において生じるノイズ発生条件を特定するノイズ発生条件特定部と、前記ノイズ発生条件特定部によって特定されたノイズ発生条件の下で発生したノイズを前記基準アンテナ及び該基準アンテナと異なる位置に配置した前記プローブアンテナにより測定し、前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナが測定したノイズの測定時間差に基づいて前記ＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を特定するノイズ発生箇所特定部と、を備えたノイズ源探索装置を提供する。

また、本発明の他の態様は、静磁場中に配置された被検体に高周波コイルによるＲＦパルス及び傾斜磁場コイルよる傾斜磁場パルスを印加することにより、前記被検体から発生したＮＭＲ信号を得るＭＲＩ装置に適用され、前記ＭＲＩ装置から生じるノイズを測定し、測定されたノイズのノイズ強度に基づいてノイズ発生条件として前記傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数を特定するノイズ発生条件特定ステップと、前記ＭＲＩ装置から生じるノイズを互いに異なる複数個所において測定するステップと、前記ノイズ発生条件に従って前記傾斜磁場コイルを駆動させ、異なる複数個所で測定したノイズの測定時間差に基づいて前記ＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を特定するノイズ発生箇所特定ステップと、を備えたノイズ源探索方法を提供する。

本発明によれば、ＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を正確に特定することができる。

本発明の第１の実施形態に係るノイズ発生源探索装置によってノイズ源を探索するＭＲＩ装置の一例に係る概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置によってノイズを探索するＭＲＩ装置において、（Ａ）は傾斜磁場コイルの駆動周波数の掃引の様子を示すグラフであり、（Ｂ）は駆動周波数を変えながら傾斜磁場コイルを駆動した場合に、基準アンテナにより測定したノイズレベルの測定結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置において、空気中を電磁波として伝搬したノイズを基準アンテナ及びプローブアンテナが測定する様子を示す参考図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置において、基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ１１０によるノイズ測定結果を示すグラフの例である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置において、基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ１１０によるノイズ測定結果から算出した複数の時間差をプロットしたグラフの例である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置によってノイズ源を探索する場合に、３次元的な場所に対する測定例の模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置によってノイズ源を探索する場合に、３次元的な場所に対する測定例の模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置によってノイズ源を探索する場合に、３次元的な場所に対する測定例の模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置によるノイズ源探索処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置におけるノイズ発生条件特定処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置におけるノイズ発生箇所特定処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置の変形例に係り、位相差に基づいてノイズ発生箇所を探索する場合の参考図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置の変形例に係り、空気中を電磁波として伝搬したノイズを基準アンテナ及び２つのプローブアンテナが測定する様子を示す参考図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズ源探索装置の変形例に係り、基準アンテナ及び２つのプローブアンテナにおるノイズ測定結果を示すグラフの例である。 本発明の第２の実施形態に係るノイズ源探索装置において、既知の場所４点にアンテナを配置し、各点のノイズ到達時間差を測定する例に係る説明図である。 （Ａ）はＫ空間データにおけるショットノイズ信号の例を示す参考図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＫ空間データを日空間画像に変更した場合のショットノイズ信号の例を示す参考図である。

本発明の実施形態に係るノイズ発生源探索装置は、静磁場中に配置された被検体に高周波コイルによるＲＦパルス及び傾斜磁場コイルよる傾斜磁場パルスを印加することにより、被検体から発生したＮＭＲ信号を得るＭＲＩ装置に適用され、ＭＲＩ装置において生じるノイズを測定する基準アンテナ及びプローブアンテナと、基準アンテナによって測定されたノイズのノイズ強度に基づいて、ＭＲＩ装置において生じるノイズ発生条件を特定するノイズ発生条件特定部と、ノイズ発生条件特定部によって特定されたノイズ発生条件の下で発生したノイズを基準アンテナ及び基準アンテナと異なる位置に配置したプローブアンテナにより測定し、基準アンテナ及びプローブアンテナが測定したノイズの測定時間差に基づいてＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を特定するノイズ発生箇所特定部と、を備えている。

本実施形態によれば、ＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を正確に特定することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
ノイズ発生源探索装置は、ＭＲＩ装置において発生するノイズに対して、ノイズ源及びノイズ発生箇所を特定するものであり、ＭＲＩ装置に内蔵することができる他、別個独立の装置として構成することができる。
以下に説明する各実施形態に係るノイズ発生源探索装置は、例えば、図１に示すＭＲＩ装置において生じるノイズのノイズ源、すなわちノイズの発生条件及びノイズの発生箇所を探索するものであり、ＭＲＩ装置とは別個独立の装置として構成される。

（ＭＲＩ装置の構成）
図１に示すＭＲＩ装置は、静磁場発生部２、傾斜磁場発生部３、シーケンサ４、送信部５、受信部６、信号処理部７、及び中央処理装置（ＣＰＵ）８を備えている。

静磁場発生部２は、被検体１の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されて構成されている。静磁場発生部２は、垂直磁場方式であれば、被検体１の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させる。

傾斜磁場発生部３は、ＭＲＩ装置の座標系（静止座標系）であるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル９と、各傾斜磁場コイル９を駆動する傾斜磁場電源１０とを備えている。後述するシ−ケンサ４からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを印加する。

撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Ｇｓ）を印加して被検体１に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｐ）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｆ）を印加して、ＮＭＲ信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ４は、ＲＦパルスと傾斜磁場パルスを所定のパルスシーケンスで繰り返し印加するように制御する。シーケンサ４は、後述するＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系５、傾斜磁場発生系３、及び受信系６に送信する。

送信部５は、被検体１の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体１にＲＦパルスを照射するものであり、高周波発振器１１、変調器１２、高周波増幅器１３、及び送信側の高周波コイル（送信コイル）１４ａを備えている。高周波発振器１１から出力されたＲＦパルスをシーケンサ４からの指令によるタイミングで変調器１２により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ａに供給することにより、ＲＦパルスが被検体１に照射される。

受信部６は、被検体１の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるＮＭＲ信号（核磁気共鳴信号）を検出するものであり、受信側の高周波コイル（受信コイル）１４ｂ、信号増幅器１５、直交位相検波器１６、及びＡ／Ｄ変換器１７を備えている。送信側の高周波コイル１４ａから照射されたＲＦパルスによって誘起された被検体１の応答のＮＭＲ信号が、被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出され、信号増幅器１５で増幅された後、シーケンサ４からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがＡ／Ｄ変換器１７でデジタル量に変換されて、計測データとして信号処理部７に送られる。

送信側の高周波コイル１４ａから照射されたＲＦパルスによって誘起された被検体１の応答のＮＭＲ信号が、被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出され、信号増幅器１５で増幅された後、シーケンサ４からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがＡ／Ｄ変換器１７でデジタル量に変換されて、計測データとして信号処理部７に送られる。

なお、図１において、送信側の高周波コイル１４ａと傾斜磁場コイル９は、被検体１が挿入される静磁場発生部２の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体１に対向して、水平磁場方式であれば被検体１を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル１４ｂは、被検体１に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

信号処理部７は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うものであり、ＣＰＵ８と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置１８と、磁気ディスク、光ディスク等の外部記憶装置１９と、ＣＲＴ等のディスプレイ２０とを備えている。

ＣＰＵ８は、ＭＲＩ装置全体を制御する。すなわち、ＣＰＵ８は、入力された撮像条件に基づく撮像シーケンスに従って、被検体１に傾斜磁場パルスを印加すると共に高周波磁場パルスを照射し、複数のＮＭＲ信号を取得して被検体１の断層画像を撮像するようにシーケンサ４を制御する。ＣＰＵ８に受信系６からのデータが入力されると、ＣＰＵ８において信号処理、画像再構成等の処理を実行する。ＣＰＵ８は、得られた被検体１の断層画像をディスプレイ２０に表示させると共に記憶装置１８や外部記憶装置１９に記録する。

操作部２５は、ＭＲＩ装置の各種制御情報や上記信号処理部７で行う処理の制御情報を入力するものであり、入力部２３を備えている。入力部２３としては、マウス、キーボード又はトラックボール等の入力デバイスを１つ又は複数組み合わせて適用することができる。また、入力部２３は撮像条件の入力をユーザから受け付け、入力された撮像条件をＣＰＵ８に送信する。
操作部２５を、ディスプレイ２０に近接して配置することで、操作者がディスプレイ２０を見ながら操作部２５を介してインタラクティブにＭＲＩ装置の各種処理を制御することができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係るノイズ発生源探索装置２００は、図２に示すように、基準アンテナ２１０、プローブアンテナ２２０、増幅器２１１，２２１、ＡＤ変換器２３０、表示部２３１、及び中央処理装置（ＣＰＵ）２４０を備えている。

基準アンテナ２１０は、ノイズを測定するものであり、ノイズ源探索、特に、ノイズの発生箇所を特定する際には、ＭＲＩ装置の近傍における特定の測定位置に固定してノイズを測定する。基準アンテナ２２０による受信信号は、後述するノイズ測定の時間差乃至はノイズ強度の基準として用いる。
プローブアンテナ２２０は、基準アンテナ２１０と同様にノイズを測定するものであり、ノイズ源探索の際には、測定位置を変化させながら基準アンテナ２１０との関係において、相対的なノイズがアンテナまで到達する時間差若しくはノイズ強度の差を検出する。

特に、プローブアンテナ２２０は、ＭＲＩ装置におけるガントリーのボア近傍で、静磁場や傾斜磁場に晒されるので、電界を測定するアンテナであることが望ましい。又は、プローブアンテナ２２０として、磁界を測定するアンテナに加えて、ハイパス型のフィルターを付加したものを適用することができる。図２では、プローブアンテナ２２０が１つである例を示しているが、プローブアンテナ２２０を複数備えることもできる。この場合、複数のプローブアンテナ間の特性（特にケーブル長）を同一にしておく必要があるが、測定時間を短縮することができるという利点がある。

増幅器２１１は、基準アンテナ２１０によって測定したノイズを増幅させてＡＤ変換器２３０に出力する。同様に、増幅器２２１は、プローブアンテナ２２０によって測定したノイズ増幅させてＡＤ変換器２３０に出力する。基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ２２０が測定するノイズは、ごく弱い信号なのでこのままではＡＤ変換器で捉えることが難しい。そこで、増幅器２１１，２２１を設けて、増幅したノイズ信号をＡＤ変換器に出力している。

ＭＲＩ装置におけるショットノイズは、極短いインパルス形状であると考えられており、その到達時刻を正しく測定するには、広い周波数帯が必要である。このため、増幅器２１１，２２１の周波数特性は、広範囲で感度、増幅度を持つことが望ましい。

ＡＤ変換器２３０は、増幅器２１１，２２１から入力されたノイズをデジタルのノイズ信号に変換して、表示部２３１に出力する。表示部２３１は、ＡＤ変換機２３０から入力されたデジタルのノイズ信号を所定の表示方式で表示する。ＡＤ変換器２３０及び表示部２３１として、例えば、オシロスコープを適用することができる。
ＡＤ変換器２３０は、ＭＲＩ装置近傍の電磁波の伝搬遅延を測定するので、時間方向の分解能が強く要求される。電磁波が１０ｃｍ進む間の遅延は０．３ｎｓであることから、ＡＤ変換器２３０には、この程度の時間分解能が必要となる。

ＣＰＵ２３０は、基準アンテナ２１０、プローブアンテナ２２０により測定し、ＡＤ変換器２３０でデジタル信号に変換されたノイズ信号に対して解析等の各種処理を行う。図示しないが、必要に応じて、処理の際の作業領域となるメモリ、予め必要なプログラムや処理に用いるデータ、処理中に生成されるデータ、処理の結果得られるデータ等を記憶した記憶部を備える。ＣＰＵ２３０による解析結果は、表示部２３１に出力される。

本実施形態において、ＣＰＵ２３０は、図２に示すように、ノイズ発生条件特定部３１０と、ノイズ発生箇所特定部３２０とを含み、ＣＰＵ２３０に含まれる各部によって、ＭＲＩ装置から発生するノイズの発生条件及びノイズ源（ノイズ発生箇所）を特定する。

なお、ＣＰＵ２３０に含まれる各部の機能は、ＣＰＵ２３０が予め所定の記憶装置に格納されたプログラムを読み込んで実行することによりソフトウエアとして実現することができる。また、ＣＰＵ２３０に含まれる各部が実行する動作の一部又は全部を、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等のハードウェアにより実現することもできる。

ノイズ発生条件特定部３１０は、基準アンテナ２１０によって測定されたノイズのノイズ強度に基づいてＭＲＩ装置において生じるノイズの発生条件を特定する。ノイズの大きさを評価する為に基準アンテナ２１０によって、ＭＲＩ装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸についての各傾斜磁場コイルを、駆動周波数を変化させながら所定時間駆動させてノイズ強度を測定する。そして、ノイズ発生条件特定部３１０が、測定した結果から、所定の閾値を超えるノイズ強度を示すノイズを生じた際の傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数をノイズ発生条件として特定する。

傾斜磁場コイルの駆動周波数を変化させさせると、傾斜磁場コイルだけでなく、ＭＲＩ装置を構成する照射コイル、各構成に含まれる小さな個々の金具、電気部品等が振動を受ける。この時、ノイズを発生させる部材付近の固有振動数と駆動周波数が一致すると、振動が大きくなった結果としてノイズが発生する。これを検出するために、上述のようにＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルを所定時間駆動させ、基準アンテナ２１０により測定を継続する。そして、ノイズ発生条件特定部３１０により、基準アンテナ２１０が継続して測定したノイズの中で、所定の閾値を超えるノイズ強度を示した際の傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数をノイズ発生条件として特定している。

なお、繰り返しの傾斜磁場コイルの駆動が必要なノイズは、単発のインパルスではノイズを生じさせないので、インパルスによる広帯域の励起ではなく、駆動周波数を変化させた周波数方向の掃引が必要である。波形はサイン波でも台形波でもよいが、掃引時間はある程度確保する必要がある。

なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸毎のみならず、各軸の組み合わせによるノイズ発生も考えられるが、線形的な足し合わせを考えればよく、組み合わせてノイズを測定する必要はない。
強度方向については、一般的な力学系では線形であるが、摩擦、接触−非接触という問題では非線形となっている。許容範囲内の最大強度で試験をする事が望ましい。
複数の箇所からノイズが生じている場合は、複数のノイズ発生条件すなわち、複数の軸及び駆動周波数が考えられる。

より具体的には、例えば、傾斜磁場コイルを、駆動周波数をＦ０［Ｈｚ］からＦ１［Ｈｚ］まで変化させながら掃引する（図３（Ａ））。ノイズ発生条件特定部３１０は、このときの基準アンテナ２１０の測定結果を処理して、図３（Ｂ）に示すようなグラフを生成する。図３（Ｂ）に示す例では、Ｘ軸のＦ２［Ｈｚ］、Ｚ軸のＦ３［Ｈｚ］に、２つのノイズが大きい周波数があったことがわかる。この場合、Ｆ２，Ｆ３のそれぞれは同一もしくは別個のノイズ源、すなわち、ノイズ発生箇所が異なる可能性があるため、個々にノイズ発生箇所特定部３２０によってノイズ発生箇所を特定する。

なお、Ｆ０が低すぎると傾斜磁場電流の評価窓時間あたりの電流出力が過大となり、また掃引時間の延長を招くので適切な周波数で切り捨てることが好ましい。また、Ｆ１が高過ぎると、パルスの上げ下げによって発生した渦電流が消失する前に次の渦電流が発生し、渦電流発熱が過大になるおそれがあるので、これも適切な周波数以上にならない様にする必要がある。いずれも、ＭＲＩ装置を構成する傾斜磁場電源の仕様、もしくは、傾斜磁場コイルの冷却の仕様等により機種毎に適切な周波数を選択する必要がある。

ノイズ発生箇所特定部３２０は、ノイズ発生条件特定部３１０によって特定されたノイズ発生条件に基づいて、基準アンテナ２１０及び基準アンテナ２１０と異なる位置に配置したプローブアンテナ２２０が同時に受信したノイズの到達時間差に基づいてＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を特定する。

図４に示すように、ノイズ源でノイズが発生すると、空気中を電磁波として伝搬して基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ２２０に捉えられる。２つのアンテナで捉えられたノイズは、夫々増幅器２１１，２２１によって増幅され、ケーブルを介してＡＤ変換器２３０に入力され、デジタル信号に変換されてからノイズ発生箇所特定部３２０に入力される。そして、ノイズ発生箇所特定部３２０は、基準アンテナ２１０の測定結果とプローブアンテナ２２０の測定結果とから、両者にノイズが到達した時間差（Δｔ）を取得する（図５参照）。プローブアンテナ２２０を移動させながら測定を繰り返すことで、時間差（Δｔ）を繰り返し取得し、これをプロットすると、例えば、図６に示すグラフを得ることができる。

基準アンテナ２１０がプローブアンテナ２２０から離れた位置にあり、かつ、プローブアンテナ２２０をノイズ源に近づける程、時間差Δｔは大きくなり、プローブアンテナ２２０がノイズ源から離れるとΔｔは再び小さくなるので、最も時間差が大きい場所がノイズ源に最も近いということができる。すなわち、図６のグラフにおいて、時間差Δｔが極大値を示す場所が、ノイズ源近傍と考えられる。従って、ノイズ発生箇所特定部３２０は、基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ２２０による測定結果に基づいて測定時間差を算出し、プローブアンテナ２２０の位置を変えながら測定し複数の測定時間差又はノイズ強度差からノイズ源を特定する。

実際には、３次元的な場所に対して測定を行う必要がある。図７〜図９に、測定例の模式図を示す。図７に示すＮがノイズ源であるとして、このノイズ源を特定する手法について説明する。
まず、図７のｚ軸及び図７中の直線Ｌ１−Ｌ２に沿って、基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ２２０によりノイズを測定し、ノイズ発生箇所特定部により時間差Δｔを算出する。時間差Δｔは図８に示すように、任意の箇所に極大値（もしくは極小値）を有するカーブを描く。この結果から、ガントリの前方（寝台側）又は患者ボアの中よりも、寝台の反対側に近い方にノイズ源があると推定される。次に、例えばＬ３−Ｌ４を含む平面で時間差Δｔを２次元的にプロットする。すると図９に示すように、ＭＲＩ装置の背後から見て右側、ボアの内縁に沿った辺り、と場所を特定する等高線を描くことが出来る。

上述のように順を追って場所を特定してもよく、３次元的にデータを取得してもよい。もしくは、ラフに特定した後に詳細を絞り込むような測定をしてもよい。また、ノイズ源は一箇所とは限らないので、上述の周波数掃引で特定した傾斜磁場コイル軸、周波数について、網羅的に特定することが好ましい。

このように構成されたノイズ源探索装置２００におけるノイズ源探索処理の流れについて図１０〜図１２のフローチャートに従って説明する。
図１０に示すように、ステップＳ１１において、ノイズ発生条件特定部３１０によりノイズ発生条件として、ＭＲＩ装置における傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数を特定する。続いて、次のステップＳ１２において、ステップＳ１１で特定された軸及び駆動周波数で傾斜磁場コイルを駆動させて、ノイズ発生箇所を特定する。ノイズ発生条件特定処理の流れ及びノイズ発生箇所特定処理の流れについては後述する。

ステップＳ１３において、ノイズ源探索装置２００は、ユーザにＭＲＩ装置のノイズ発生箇所を修正する機会を提供し、ステップＳ１４により、ノイズが消失したか確認する。解決していない場合は、改めて、ノイズ発生条件の特定から繰り返す。
なお、ノイズの発生条件の特定は、ノイズの発生頻度が高い時や、複数箇所からノイズが発生している様な時には必須である一方、ノイズの発生頻度が低い場合には省略することもできる。ここで、ノイズの発生頻度が低い場合とは、数１０枚のスライスに一つの大きなノイズが発生する様な場合などである。

（ノイズ発生条件特定処理）
次に、ノイズ発生条件特定処理について説明する。
図１１に示すように、ノイズの大きさを評価する為に基準アンテナ２１０をＭＲＩ装置のボア内に設置し（ステップＳ１０１）、ＭＲＩ装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸についての各傾斜磁場コイルを、駆動周波数を変化させながら所定時間駆動させ、基準アンテナ２１０によりノイズ強度を測定する（ステップＳ１０２）。そして、測定した結果から、所定の閾値を超えるノイズ強度を示すノイズを生じた際の傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数をノイズ発生条件として特定する（ステップＳ１０３）。

（ノイズ発生箇所特定処理）
続いて、ノイズ発生箇所特定処理について説明する。
上述したノイズ発生条件特定部により特定された、ノイズ発生条件に係る軸及び駆動周波数により傾斜磁場コイルを駆動させ、図１２に示すように、基準アンテナ２１０をＭＲＩ装置のボア内の所定の位置に固定し、併せてプローブアンテナ２２０を所定の位置に配置する（ステップＳ２０１）。基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ２２０によりノイズを測定し、ノイズ発生箇所特定部３２０により、基準アンテナ２１０とプローブアンテナ２２０による測定結果に基づいて、基準アンテナ２１０とプローブアンテナ２２０とが同時に受信したノイズの時間差を算出する（ステップＳ２０２）。

次のステップＳ２０３では、予め定めた、或いは、十分にノイズの測定及び時間差の算出が行われたか否かを判定し、算出されていないと判定された場合には、ステップＳ２０４に進み、プローブアンテナ２２０を移動させて、ステップＳ２０２に戻り、基準アンテナ２１０及びプローブアンテナ２２０によるノイズの測定及びノイズ発生箇所特定部３２０による時間差の算出を継続する。

ステップＳ２０３の判定において、十分にノイズ測定が終了したと判定された場合には、ステップＳ２０５に進み、ノイズ発生箇所特定部３２０により算出された時間差のマッピングを行う。ここでは、例えば図６に示すように、アンテナの位置と時間差との関係を示すグラフ生成する。続いて、ステップＳ２０６に進み、マッピングした結果を参照してノイズ源が特定されたか否かを判定する。ステップＳ２０６の判定において、ノイズ発生箇所が特定されていないと判定された場合には、ステップＳ２０７に進み、マッピングした結果を参照し、ノイズ測定を行う軸、面を変更、すなわち、プローブアンテナ２２０を移動させる直線（軸）又は面を変更し、ステップＳ２０２に戻り、変更した直線又は面に沿って再びプローブアンテナ２２０の位置を変えながら測定し、時間差を算出する。ステップＳ２０６の判定において、ノイズ発生箇所が特定されていたと判定された場合には、本処理を終了する。

このように本実施形態によれば、ＭＲＩ装置においてノイズが発生する傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数を特定したうえで、当該ノイズが発生した箇所を探索するので、ノイズの発生箇所を正確かつ詳細に特定することができる。

なお、上述した時間差はノイズ源とアンテナとの距離に比例するが、ノイズ強度は距離の２乗に比例して減衰する。これを利用することにより、時間差に基づいてある程度ノイズ発生箇所を探索した後に、ノイズ強度の分布を取得することで、さらに詳細かつ確実にノイズ発生箇所を特定する事ができる。
また、ノイズ源探索のために傾斜磁場コイルを駆動させる際には、ＭＲＩ装置自体を駆動させることで実現してもよく、また、ノイズ源探索装置に更にパルスジェネレータ等の駆動装置を設け、パルスジェネレータを用いて所定の軸及び駆動周波数で駆動させることとしてもよい。

（変形例）
上述した第１の実施形態では、ノイズ到達時間差に基づいてノイズの発生箇所を特定する例について説明した。しかしながら、実際のノイズのパルスはごく短いインパルスであるため、正確に検出するためには、高価なアンテナ、増幅器、ＡＤ変換器が必要となる。従って、より低コストにノイズ発生源探索装置を実現するために、位相差に基づいてノイズ発生箇所を特定することができる（図１３参照）。この場合には、基準アンテナ及びプローブアンテナに狭帯域アンテナを適用すればよい。

ノイズ発生箇所を捜索する範囲は、３ｍから１０ｍ程度であり、この範囲における電磁波の到達時間差は１０ｎｓから３０ｎｓ程度である。したがって、１０ｎｓから３０ｎｓが３６０度の位相差になる波長は、１００ＭＨｚから３３ＭＨｚであり、これより高い周波数だと位相が回りすぎて位相アンラップ処理をしないと正しい位相差が得られず、解析上の手間が多く発生する。反対に、周波数が低いと位相差として小さくなってしまうので、検出分解能が劣ってしまう。故に上記３０ＭＨｚから１００ＭＨｚ程度の範囲の中で適切な周波数を探索することが好ましい。

（プローブアンテナ数について）
上述した第１の実施形態及び変形例では、基準アンテナとプローブアンテナの２つアンテナを用いる例について説明した。基準アンテナとプローブアンテナとの２つのアンテナを用いる場合は、両者の相対的な時間差の極大（極小）を探すことによりノイズ発生箇所を特定するので、基準アンテナとプローブアンテナとが同一の物である必要は必ずしもない。

ところで、測定の効率を向上させるには、プローブアンテナの数を増加させることが好ましい（図１４及び図１５参照）。この場合、複数のプローブアンテナ間で特性が異なっていると正しく時間差をプロットする事ができない。このため、ノイズ測定に先立って、同じ場所にプローブアンテナを配置し、意図的に発生させたノイズに対するΔｔを測定し、プローブ間の差異を校正することが好ましい。校正は、時間差を測定した後に差し引いたり、ケーブルの電気長を機械的に調整したりすることで実現することができる。

（プローブアンテナの移動方法）
自動的にプローブアンテナを移動させ、各場所のΔｔを測定することもできる。簡単には、ｚ軸に沿って移動する天板にプローブアンテナを配置し、ｚ軸に沿って移動させてΔｔを測定することができる。もしくは、ｚ軸、ｒ、θの円筒座標系上を任意に測定する治具の先端にプローブアンテナを配置し、自動測定を行ってもよい。もしくは、ガントリーから離れた壁面から棒状の物を操作して、プローブアンテナを任意の場所に配置する様な仕組みがあっても良い。このようにすることで、ノイズの測定効率を向上させることができ、延いては、ノイズ源探索処理の効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
上述の例では、２つのアンテナを用いて測定したノイズの到達時間差又は強度差に基づいてノイズ発生箇所を特定する例について説明した。本実施形態では、既知の場所４点にアンテナを配置し、各点のノイズ到達時間差を測定する。
図１６に示すように、既知の４箇所のアンテナ位置を（ベクトルＡ），（ベクトルＢ），（ベクトルＣ）、（ベクトルＤ）、ノイズ源を（ベクトルＸ）、各点で計測される時刻差をΔＡ，ΔＢ，ΔＣ，ΔＤと表現すると、各ベクトルの関係は、下記のように表すことができる。

｜（ベクトルＡ）−（ベクトルＸ）｜＝（ΔＡ＋Δｔ）＊ｃ
｜（ベクトルＢ）−（ベクトルＸ）｜＝（ΔＢ＋Δｔ）＊ｃ
｜（ベクトルＣ）−（ベクトルＸ）｜＝（ΔＣ＋Δｔ）＊ｃ
｜（ベクトルＤ）−（ベクトルＸ）｜＝（ΔＤ＋Δｔ）＊ｃ

ΔＡからΔＤは、実際にはノイズ源からの到達時間を計測している訳ではなく、基準とするアンテナに対しての差分を測っているだけなので、実際の到達に要する時間は、各測定点に依らず一定のΔｔのずれがある。ｃはノイズが空気中を伝搬する速度である。この４つの式に対して未知数は、ベクトルＸを構成する３座標とΔｔの４つなので、数値的に解くことが可能である。
なお、４つのデータセットは同時に取得する必要は無く、２つのアンテナにて測定を行い、一方のアンテナを移動して３つの時刻差を測定すれば、４箇所での測定をした事になり、そのデータを元にノイズ源を特定することができる。

２・・・静磁場発生部、３・・・傾斜磁場発生部、４・・・シーケンサ、５・・・送信部、６・・・受信部、７・・・信号処理部、８・・・中央処理装置（ＣＰＵ）、９・・・傾斜磁場コイル、１０・・・傾斜磁場電源、１１・・・高周波発振器、１２・・・変調器、１３・・・高周波増幅器、１４ａ，１４ｂ・・・高周波コイル、１５・・・信号増幅器、１６・・・直交位相検波器、１７・・・Ａ／Ｄ変換器、１８・・・記憶装置、１９・・・外部記憶装置、２０・・・ディスプレイ、２３・・・入力部、２５・・・操作部、２１０・・・基準アンテナ、２２０・・・プローブアンテナ、２１１・・・増幅器、２２１・・・増幅器、２３０・・・ＡＤ変換器、２３１・・・表示部、２４０・・・中央処理装置（ＣＰＵ）、３１０・・・ノイズ発生条件特定部、３２０・・・ノイズ発生箇所特定部

Claims (13)

1. 静磁場中に配置された被検体に高周波コイルによるＲＦパルス及び傾斜磁場コイルよる傾斜磁場パルスを印加することにより、前記被検体から発生したＮＭＲ信号を得るＭＲＩ装置に適用され、
   前記ＭＲＩ装置において生じるノイズを測定する基準アンテナ及びプローブアンテナと、
   前記基準アンテナによって測定されたノイズのノイズ強度に基づいて、前記ＭＲＩ装置において生じるノイズ発生条件を特定するノイズ発生条件特定部と、
   前記ノイズ発生条件特定部によって特定されたノイズ発生条件の下で発生したノイズを前記基準アンテナ及び該基準アンテナと異なる位置に配置した前記プローブアンテナにより測定し、前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナが測定したノイズの測定時間差に基づいて前記ＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を特定するノイズ発生箇所特定部と、
   を備えたノイズ源探索装置。
2. 前記ノイズ発生条件が、前記傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数である請求項１記載のノイズ源探索装置。
3. 前記ノイズ発生条件特定部が、
   前記傾斜磁場コイルを、強度及び駆動周波数を変化させながらＸ，Ｙ，Ｚ軸毎に所定時間駆動させ、前記基準アンテナによって測定されるノイズのノイズ強度が所定の閾値を超えた場合に、当該ノイズ強度を示すノイズを生じた際の前記傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数をノイズ発生条件として特定する、
   請求項２記載のノイズ源探索装置。
4. 前記ノイズ発生条件特定部により特定された前記ノイズ発生条件となる前記軸及び前記駆動周波数に従って前記傾斜磁場コイルを駆動させ、
   前記基準アンテナの測定位置を固定して、前記プローブアンテナの測定位置を変化させながら、前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナによってノイズを測定し、
   前記ノイズ発生箇所特定部が、前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナの測定結果から測定時間差又はノイズ強度差を算出し、前記測定時間差又は前記ノイズ強度差に基づいてノイズ発生箇所を特定する請求項２又は請求項３記載のノイズ源探索装置。
5. 前記測定時間差は、同一のノイズが、前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナに到達した時刻の差から算出される請求項１乃至請求項４の何れか１項記載のノイズ源探索装置。
6. 前記測定時間差が、前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナによって測定されたノイズ波形の位相差によって算出される請求項１乃至請求項４の何れか１項記載のノイズ源探索装置。
7. 前記基準アンテナ及び前記プローブアンテナによる測定結果の入力を受け付け、当該測定結果をＡＤ変換するＡＤ変換器をさらに備え、
   該ＡＤ変換器が０．３ｎｓ以下の時間分解能を有する請求項１乃至請求項６の何れか１項記載のノイズ源探索装置。
8. 前記プローブアンテナが、電界を検知するアンテナである請求項１乃至請求項７の何れか１項記載のノイズ源探索装置。
9. 前記プローブアンテナが特定の周波数を選択的に検知する請求項１乃至請求項８の何れか１項記載のノイズ源探索装置。
10. 前記周波数が、前記ＭＲＩ装置の共鳴周波数の２倍以上である請求項９記載のノイズ源探索装置。
11. 前記周波数が、３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである請求項９記載のノイズ源探索装置。
12. 前記傾斜磁場コイルを駆動させるパルスジェネレータを備え、
    該パルスジェネレータにより前記ノイズ発生条件として特定された前記軸及び前記駆動周波数に従って前記傾斜磁場コイルを駆動させる請求項２乃至請求項１１の何れか１項記載のノイズ源探索装置。
13. 静磁場中に配置された被検体に高周波コイルによるＲＦパルス及び傾斜磁場コイルよる傾斜磁場パルスを印加することにより、前記被検体から発生したＮＭＲ信号を得るＭＲＩ装置に適用され、
    前記ＭＲＩ装置から生じるノイズを測定し、測定されたノイズのノイズ強度に基づいてノイズ発生条件として前記傾斜磁場コイルの軸及び駆動周波数を特定するノイズ発生条件特定ステップと、
    前記ＭＲＩ装置から生じるノイズを互いに異なる複数個所において測定するステップと、
    前記ノイズ発生条件に従って前記傾斜磁場コイルを駆動させ、異なる複数個所で測定したノイズの測定時間差に基づいて前記ＭＲＩ装置におけるノイズ発生箇所を特定するノイズ発生箇所特定ステップと、を備えたノイズ源探索方法。

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