JP2004255189A - 改良型過渡ノイズ検出のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴イメージングにおいてＭＲ信号と独立に過渡ノイズを検出するための改良型の方法を提供する。
【解決手段】過渡ノイズ検出システム（１）は磁場コイル（８）及び撮像ボア（１１）を有する撮像システム（２）を含む。撮像システム（２）は、信号ケーブルを通る撮像信号を発生させており、この撮像信号はノイズ事象によって破損を受け得る。ノイズ事象検出器（１２）は、撮像ボア（１１）の外部でかつ信号ケーブル（２２）の近傍に位置決めしている。この検出器（１２）は、信号ケーブルからノイズ事象を検出し、これからノイズ信号を発生させている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関し、さらに詳細には、改良型の過渡ノイズ検出のための方法及びシステムに関する。

磁気共鳴イメージング法（ＭＲＩ）は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）の手法を用いて患者の詳細画像、１次元画像、２次元画像及び３次元画像を取得するためのよく知られた医学手技である。ＭＲＩは軟部組織の描出によく適しており、また病変や内部損傷を診断するために主として使用されている。

典型的なＭＲシステムは、患者または患者の一部の周りに強力な均一磁場を発生させることができる超伝導マグネットと、同様に患者の一部を取り囲むか該一部上に当てられる送信コイル及び受信コイルを含んだ無線周波数（ＲＦ）送受信機システムと、同様に患者の一部を取り囲んでいる磁場勾配コイル・システムと、受信コイルから信号を受け取りこの信号を処理して視覚画像などの解析可能データにしているコンピュータ処理／撮像システムと、を含んでいる。

超伝導マグネットは、ＭＲシステムのデータ収集シーケンス中に主磁場内に制御式勾配のシーケンスを発生させるように時間パルス動作させる磁場勾配コイル・アセンブリと連携して使用されている。

ＭＲＩシステムは、患者からの希望する信号、並びに希望しないＲＦノイズ・エネルギーを含むようなＲＦ信号に対して感受性が高い。一般に、過渡（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）ノイズまたは「スパイク」ノイズと呼ばれるある種のＲＦノイズ・エネルギーの起源には摩擦電気現象がある。

摩擦電気は、２つの材料を互いに接触させ、続いて引き離したときに起こる。勾配コイル動作を通じてシステム内に導入される振動は通常、間欠的な接触及び摩擦電気事象に不可欠な機械的運動を与える。電荷移動（すなわち、静電気）の不均衡が蓄積して結果的に放電が起こる。この放電は一般に、極めて急速でありかつ（持続時間は短いが）かなりの電流を伴って起こり、広帯域のＲＦ放射を生じさせる。このＲＦノイズ・エネルギーは、ＭＲシステム入力に結合されると、画像アーチファクトの歪みを生じさせる傾向がある。

上述のアーチファクトの影響を軽減させるために過渡ノイズ・フィルタが設けられるのが典型的である。しかし現行の過渡ノイズ・フィルタは、ノイズ事象を検知するためにＭＲ信号を使用するなどの動作上の欠点を有している。

例えば、現行のＭＲシステムは着信信号線上で過渡ノイズ事象を検知しようとする。システム動作のこの時点では、システム・コイル、受信フィルタ及びプリアンプの各特性によって広帯域のＲＦノイズ・エネルギーがすでに実質的に形成されている。このため、現行のテクノロジを用いては、所望のＭＲ情報から残りのエネルギーを容易に分離することができない。

着信ＭＲ信号を用いてノイズ事象を検知するにはさらに、改善措置を起動させるためにこのＭＲ信号を遅延させることが必要である。この遅延機能は、ＭＲ信号パスのバンド幅を制限すると共に、ＭＲ信号の位相及び周波数性能を劣化させる。したがって、現行の実現形態の有効性が本質的に制限される。

現行のＭＲシステムに関連してこうした欠点があるため、過渡ノイズ検出に対する新規の技法が必要であることは明らかである。この新規技法では、ＭＲ信号と独立に過渡ノイズを検出すべきであり、スキャナの磁場強度やスキャナ・モードに依存させるべきではない。本発明はこれらの目的に向けたものである。

本発明の一態様では、過渡ノイズ検出システムは、磁場コイル及び撮像ボアを含む撮像システムを含んでいる。この撮像システムは、信号ケーブルを通る撮像信号を発生させるように適合させており、この撮像信号はノイズ事象によって破損を受け得る。ノイズ事象検出器は、撮像ボアの外側で信号ケーブルの近傍に位置決めされると共に、ノイズ事象を検出するように適合させている。このノイズ事象検出器はさらに、ノイズ検知信号を発生させるように適合させている。

本発明の別の態様では、マグネット・ボアを有するＭＲシステム向けに過渡ノイズを検出のための方法は、ノイズによって破損を受けるようなＭＲ画像信号を発生させること、マグネット・ボアの外部でＭＲ画像信号内のノイズを検出すること、ノイズ検出信号を発生させること、並びにノイズ検出信号に関してＭＲ信号を補正すること、を含む。

本発明の利点の１つは、ＭＲ信号と独立した過渡ノイズ検出によってＭＲ信号の完全な明瞭性を維持できることである。さらに、本方法はスキャナの磁場強度やスキャナ・モードに依存しない。

付随する利点も伴うような本発明は、添付の図面に関連して取り上げている以下の詳細な説明を参照することによって最良に理解されよう。

本発明のより完全な理解を得るには、ここで、添付の図面により詳細に図示すると共に本発明の一例として以下に記載している実施形態を参照すべきである。

本発明をＭＲシステムにおける過渡ノイズ検出を改善させるための方法に関して記載するが、本発明は、円筒状その他の様々な磁場幾何学形状並びに様々なＲＦコイルを含め、様々なシステム内での過渡ノイズ検出に適応させることができる。

以下の説明では、構成させた１つの実施形態に関する様々な動作パラメータ及び構成要素について記載している。これらの具体的なパラメータや構成要素は一例として含めたものであり、限定を意味するものではない。

図１を参照すると、磁気共鳴イメージング・システム２（ＭＲシステム）、または無線周波数システム（ＲＦ）に関する本発明の実施の一形態に従ったノイズ検出／補正システム１を表している。

システム１は、マグネット構造９内にあるＭＲコイル・アセンブリ８と、フィルタ・ケーブル１０と、シールド付ＭＲ信号ケーブル２２と、ノイズ信号ケーブル２４と、広帯域電流プローブ１２と、を含むスキャン区画環境４を含んでいる。システム１はさらに、ノイズ検出回路１４と、ＭＲ補正コントローラ１６と、ＭＲ撮像コントローラ１８と、を含む処理環境１３を含んでいる。この２つの区画の間にはスキャン区画接地貫通パネル２０を配置しており、これによりスキャン区画４を処理環境１３から実質的に遮蔽している。

具現化したＭＲマグネット構造９及びコイル・アセンブリ８は、医学分野で典型的に見られるものである。このマグネット構造９は、撮像のために被検体または患者を配置させる場所であるスキャン用ボア１１を含んでいる。コイル・アセンブリ８は、典型的にはスキャン用ボア１１の周りに装着しており、複数の超伝導磁場コイルを有する超伝導マグネットを含んでいる。これらの超伝導磁場コイルは、スキャン用ボア１１の長手方向のｚ軸に沿って時間的に一定の磁場を発生させている。ＭＲ信号はこの磁場から得られる。ＭＲ信号は、フィルタ／プリアンプ／ケーブル１０内でフィルタ処理されかつ増幅され、さらにシールド付ＭＲケーブル２２を通して伝送される。

ＭＲコイル・アセンブリ８及びフィルタ／プリアンプ／ケーブル１０はＲＦ群遅延要素であることは、当業者であれば理解するであろう。

摩擦電気放電は、広帯域ＲＦノイズ信号源の１つであり、２つの材料を互いに接触させ、続いて引き離したときに起こる。このタイプのノイズ源は、ＭＲコイル・アセンブリ８やフィルタ／プリアンプ／ケーブル１０などの導電性の機械構造内に充電電流を注入する。この結果として、これらの構造内にノイズ電位差が発生する。このノイズ電圧はすぐ近くの構造からの同相放射を駆動させており、システム１の導電性表面の本質的にすべてと電気的に結合している。この結合によって、スキャン区画環境４内にあるシステム相互接続ケーブル（シールド付ＭＲ信号ケーブル２２）のケーブル・シールドに同相ノイズ電流が駆動される。

本発明は、上述のノイズ電流を検出するための同相電流検知ループ（広帯域電流プローブ１２）を含む。このループは、シールド付ＭＲケーブル２２またはフィルタ／プリアンプ／ケーブル１０の近傍内に位置決めしている。別法では、ケーブル１０、２２をこのループによって囲繞させ、このループ内にノイズ電圧を誘導させている。この検知ループからの信号はバンド幅が制限されておらず、ＭＲ信号と識別することができない。検知ループ信号のダイナミックレンジによって過渡ノイズのエネルギー特性を単純化させている。この結果、ノイズ事象がその他のＲＦ信号から識別される。

検知ループ信号経路はＭＲ信号パスの群遅延要素と遭遇することがない。ノイズ信号ケーブル２４はシールド付ＭＲ信号ケーブル２２上で検知した同相ノイズ電流信号を導いている。これによって、ＭＲ信号が壊される数百ナノ秒前にノイズ信号を検知することが可能となる。このように検出期間が早期であるため有効な改善が容易になる。

シールド付ＭＲケーブル２２とノイズ信号ケーブル２４の両者は、スキャン区画接地貫通パネル２０を巡らせるか通過させるかのいずれかにより処理環境１３内に受け入れている。

ノイズ検出回路１４はこのノイズ信号を受け取って、ノイズ検出信号を発生させている。このノイズ検出信号は、シールドされたＭＲ信号と共に、ＭＲ信号補正コントローラ１６内に受け入れられる。ＭＲ信号補正コントローラ１６は、補正済みのＭＲ信号を発生させる。この補正済みＭＲ信号は、撮像コントローラ１８内に受け入れられ、ここで信号データに変換される。この変換処理は当技術分野でよく知られている。この時点で、この信号データは、解析及びデータ収集をさせるようにビデオ・モニタ上に表示させるための形式にある。

過渡（摩擦電気）ノイズ事象からの広帯域ＲＦ放出の検出に関するこの着想は、貫通パネル２０の位置でＨ場トランスジューサ（広帯域電流プローブ１２）を使用することに限定されない。別の実現形態には、広帯域過渡ＲＦ放出の有用な表現が得られるような、マグネット構造９の環境内にあるループ・アンテナなどのＨ場トランスジューサが含まれる。過渡事象からの放出はさらに、単極子、双極子または多重素子アレイが典型的であるようなＥ場トランスジューサを用いて検出される。何らかの既存の導体と直接接続させた電流または電圧プローブ（ちなみに、これらはＲＥトランスジューサ／プローブとして機能している）によって、過渡信号を検出するためのさらに別のシステムが提供される。

本発明の主要な新規構成要素の１つは、マグネットのボア外部の位置でノイズ信号を観測するための同相検知ループを使用していることである。ノイズ信号に関してより適当な表現が肝心なＭＲ信号と独立に生成されるかどうかは明白ではない。具現化した方式は、ＭＲ情報を伝える導体とは別の過渡用入力導体を含んでいる。

図２を参照すると、本発明の別の実施形態に従って過渡ノイズ検出を改善させるための方法の論理流れ図１００を表している。

この論理は、当業者であれば理解するように、ＭＲＩシステムが撮像を開始し、フィルタ処理及び増幅を受けるような撮像信号を発生させる操作ブロック１０２で開始となる。

操作ブロック１０４では、ＭＲＩシステム及びシールド付ケーブルが、例えば広帯域摩擦電気事象による影響を受ける。

操作ブロック１０６では、広帯域電流プローブがＭＲケーブル・シールドからノイズ信号を検出する。この広帯域電流プローブは、ノイズが容易に検出可能となるようにＭＲ信号ケーブルのごく近傍内またはＭＲ信号ケーブルの周りに位置決めする。

操作ブロック１０８では、ノイズ検出回路によって、広帯域電流プローブから信号を受け取り、この信号をＭＲ信号補正コントローラで使用可能な形式に変換している。

操作ブロック１１０では、処理区画内のＭＲ信号補正コントローラが、スキャン区画からノイズ信号とＭＲ原信号の両方を受け取り、ノイズ信号に起因するＭＲ信号内の歪みを排除する。

操作ブロック１１２では、撮像コントローラが補正済みＭＲ信号を受け取りこの信号から画像を再構成させる。

動作にあたり、マグネット・ボアを有するＭＲシステム向けの過渡ノイズの検出方法は、ＭＲ画像信号を発生させることであって、このＭＲ画像信号がノイズによって破損を受けているような信号の発生を含む。ＭＲ画像信号内のノイズは、マグネット・ボアの外部で検出している。ノイズ検出信号を発生させ、ＭＲ信号をこのノイズ検出信号に関して補正させている。

上述のステップは例証のための一例であり、すなわち、これらのステップはその用途に応じて同期させたり、あるいは別の順序として実行することができる。

当業者であれば、上述の装置は、様々な目的に適応させることができ、ＭＲシステム、磁気共鳴分光システム、及びシステム構成要素の設計において磁場の不安定性が問題点となるようなその他の用途などのシステムに限定されない。上述した発明はさらに、添付の特許請求の範囲によって企図されるような本発明の範囲及び精神を逸脱することなく変更することができる。

本発明の実施の一形態に従った過渡ノイズ検出システムのブロック図である。 過渡ノイズ検出を改善するための方法の論理流れ図である。

符号の説明

１ ノイズ検出／補正システム
２ 磁気共鳴イメージング・システム
４ スキャン区画環境
８ ＭＲコイル・アセンブリ
９ マグネット構造
１０ フィルタ／プリアンプ／ケーブル
１１ スキャン用ボア
１２ 広帯域電流プローブ
１３ 処理環境
１４ ノイズ検出回路
１６ ＭＲ信号補正コントローラ
１８ ＭＲ撮像コントローラ
２０ スキャン区画接地貫通パネル
２２ シールド付ＭＲ信号ケーブル
２４ ノイズ信号ケーブル

Claims (10)

1. 磁場コイル（８）及び撮像ボア（１１）を備えており、信号ケーブル（２２）を通過する撮像信号を発生させるように適合させた撮像システム（２）であって、前記撮像信号はノイズ事象によって破損を受け得るような撮像システム（２）と、
   前記撮像ボア（１１）の外側でかつ前記信号ケーブル（２２）の近傍に位置決めされると共に、前記信号ケーブル（２２）から前記ノイズ事象を検出するように適合されているノイズ事象検出器（１２）であって、該ノイズ事象からノイズ検知信号を発生させるように適合されているノイズ事象検出器（１２）と、
   を備える過渡ノイズ検出システム（１）。
2. さらに、前記ノイズ信号を受け取りノイズ検出信号を発生させるように適合させたノイズ検出回路（１４）を備える請求項１に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
3. さらに、前記ノイズ検出信号及び前記撮像信号を受け取り、該信号から補正済み撮像信号を発生させるように適合させた撮像信号補正コントローラ（１６）を備える請求項２に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
4. さらに、前記補正済み撮像信号を受け取るように適合させた撮像コントローラ（１８）を備える請求項３に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
5. 前記ノイズ事象検出器（１２）が、広帯域電流検知ループ、広帯域電圧検知ループ、Ｅ場トランスジューサ、Ｈ場トランスジューサ、あるいは前記ＭＲシステム（２）内でトランスジューサまたはループアンテナの役割をする導体と結合させた電圧プローブまたは電流プローブのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
6. さらに、前記撮像信号を受け取り該信号からフィルタ処理済みかつ増幅済みの撮像信号を発生させるように適合させたフィルタ／プリアンプ／ケーブル（１０）を備えると共に、前記ノイズ事象検出器（１２）が前記フィルタ処理済みかつ増幅済み撮像信号内で前記ノイズ事象を検出し、該事象から前記ノイズ信号を発生させるように適合されている、請求項１に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
7. さらに、前記ＭＲシステム（２）と、前記ノイズ検出回路（１４）、前記ＭＲ信号補正（１６）及び前記撮像コントローラ（１８）との間でこれらを実質的に絶縁させるように位置決めしたスキャン区画接地貫通パネル（１０）を備える請求項１に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
8. 前記ノイズ事象検出器（１２）が前記信号ケーブル（２２）及び前記スキャン区画接地貫通パネル（２０）のごく近傍に位置決めされている、請求項７に記載の過渡ノイズ検出システム（１）。
9. マグネット・ボア（１１）を有するＭＲシステム（２）のための過渡ノイズ検出の方法であって、
   ＭＲ画像信号を発生させる工程であって、該ＭＲ画像信号はノイズによって破損を受けるような信号発生工程と、
   前記マグネット・ボア（１１）の外部で前記ＭＲ画像信号内の前記ノイズを検出する工程と、
   ノイズ検出信号を発生させる工程と、
   前記ノイズ検出信号に関して前記ＭＲ信号を補正する工程と、
   を含む方法。
10. 磁場コイル（８）及び撮像ボア（１１）を備えており、信号ケーブル（２２）を通過する撮像信号を発生させるように適合させたＭＲシステム（２）であって、前記撮像信号はノイズ事象によって破損を受け得るようなＭＲシステム（２）と、
    前記撮像ボア（１１）の外側でかつ前記信号ケーブル（２２）の近傍に位置決めされると共に、前記信号ケーブル（２２）から前記ノイズ事象を検出するように適合されているノイズ事象検出器（１２）であって、該ノイズ事象からノイズ信号を発生させるように適合されているノイズ事象検出器（１２）と、
    前記ノイズ信号を受け取り該信号からノイズ検出信号を発生させるように適合させたノイズ検出回路（１４）と、
    前記ノイズ検出信号及び前記撮像信号を受け取りこれらの信号から補正済み撮像信号を発生させるように適合させたＭＲ信号補正コントローラ（１６）と、
    前記補正済み撮像信号を受け取るように適合させ、前記ＭＲシステム（２）を制御するように適合させた撮像コントローラ（１８）と、
    を備える過渡ノイズ検出システム（１）

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