JP4519331B2 - ノイズ干渉制御装置およびこれを用いたmri装置ならびにノイズ干渉制御方法 - Google Patents
ノイズ干渉制御装置およびこれを用いたmri装置ならびにノイズ干渉制御方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、MRI装置などの装置に電源を供給するスイッチングレギュレータ(スイッチング電源)によって発生するノイズが、MRI装置などの装置内部で用いられる共鳴周波数帯域などの信号周波数帯域に影響を与えないように制御するノイズ干渉制御装置およびこれを用いたMRI装置ならびにノイズ干渉制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、MRI装置は、原理上、マグネットの主磁場強度で決定される共鳴周波数の信号を受信する高感度の受信コイルを備えるため、電磁波ノイズに極めて弱い特性を有する。また、MRI装置は、病院などにおける使用が一般的であり、このMRI装置に人体を乗せるテーブル等の周辺機器には操作性がよいことが要求される。この周辺機器には、操作性をよくする機器が組み込まれており、この周辺機器の電源として、スイッチング電源が用いられつつある。このスイッチング電源は、そのスイッチング周波数として数百kHzを用いているが、その原理上、スイッチング周波数およびその高調波でノイズが、高い電力で放射される。
【0003】
したがって、MRI装置のマグネットを電磁的なシールドルーム内に配置して、このシールドルームの外から内へ電源を供給する場合、このシールドルーム壁において、フィルタを電源ケーブル内に配置し、さらにはこの電源ケーブルをフェライトコアに巻くなどのノイズ防止策が施されている。
【0004】
しかし、スイッチング周波数およびその高調波のノイズを完全に除去することは困難である。この結果、シールドルームに入り込んだノイズは、MRI装置の受信コイルによって受信されてしまう場合があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スイッチング周波数およびその高調波のノイズを完全に除去することは困難である。この結果、シールドルームに入り込んだノイズは、MRI装置の受信コイルによって受信されてしまう場合があった。
【0006】
この場合、この受信コイルによって受信される信号は、共鳴中心周波数を中心とした共鳴周波数帯域であり、この共鳴周波数帯域に、スイッチング周波数の高調波成分が存在する場合、MRI画像の劣化を引き起こしてしまうという問題点があった。
【0007】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング電源におけるスイッチング周波数の高調波成分がMRI画像に与える影響を簡易な構成によって排除することができるノイズ干渉制御装置およびこれを用いたMRI装置ならびにノイズ干渉制御方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第1の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置は、電源供給先の所定装置が用いる装置用周波数帯域に発生したスイッチング電源のノイズ周波数による干渉を制御するノイズ干渉制御装置であって、装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出する検出手段と、前記スイッチング電源の温度を制御する温度制御手段と、前記検出手段により検出されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在する場合、前記温度制御手段によって前記スイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
この第1の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、検出手段が装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出し、温度制御手段が、ノイズ周波数が装置用周波数帯域から排除するようにスイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせ、ノイズ周波数が装置用周波数帯域に干渉しないようにしている。
【0010】
また、第2の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置は、上記の発明において、前記温度制御手段が、可変風量ファンを用いて前記スイッチング電源の温度を変化させることを特徴とする。
【0011】
この第2の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、温度制御手段として、可変風量ファンを用い、制御手段が可変風量ファンの回転数を変化させることによって、スイッチング電源に対する風量を変化させ、これによってスイッチング電源の温度を制御し、ノイズ周波数を装置用周波数帯域から排除する。
【0012】
また、第3の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置は、上記の発明において、前記温度制御手段が、水冷式の熱交換手段を用いて前記スイッチング電源の温度を変化させることを特徴とする。
【0013】
この第3の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、温度制御手段として、水冷式の熱交換手段を用い、制御手段が熱交換手段の冷却水の流量を変化させることによってスイッチング電源に対する風量を制御し、これによってスイッチング電源の温度を制御し、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせるようにしている。
【0014】
また、第4の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置は、上記の発明において、前記スイッチング電源の発振器を冷却することを特徴とする。
【0015】
この第4の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、ノイズ周波数の発生源であるスイッチング電源の発振器を、特に冷却することによって、迅速かつ確実にノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせるようにしている。
【0016】
また、第5の観点の発明にかかるMRI装置は、第1〜第4の観点の発明のいずれか一つに記載のノイズ干渉制御装置を用いて、共鳴周波数帯域に存在するノイズ周波数を該共鳴周波数帯域外にシフトさせることを特徴とする。
【0017】
この第5の観点の発明にかかるMRI装置は、上述した第1〜第4の観点の発明のいずれか一つのノイズ干渉制御装置を用い、MRI装置の共鳴周波数帯域に存在するノイズ周波数を該共鳴周波数帯域外にシフトさせるようにしている。
【0018】
また、第6の観点の発明にかかるノイズ干渉制御方法は、電源供給先の所定装置が用いる装置用周波数帯域に発生したスイッチング電源のノイズ周波数による干渉を制御するノイズ干渉制御方法であって、装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出し、前記検出したノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在するか否かを判断し、前記判断されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在すると判断した場合、前記スイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせることを特徴とする。
【0019】
この第6の観点の発明にかかるノイズ干渉制御方法によれば、まず、装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出し、この検出されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在するか否かを判断し、この判断によって、ノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在すると判断した場合、スイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる。これによって、ノイズ周波数が装置用周波数帯域に干渉しないようにする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかるノイズ干渉制御装置およびこれを用いたMRI装置ならびにノイズ干渉制御方法の好適な実施の形態について説明する。
【0021】
(実施の形態1)
まず、この発明にかかる実施の形態1について説明する。図1は、MRI装置の全体構成を示す図である。図1において、このMRI装置は、シールドルーム300内部に、マグネット部100およびテーブル部200を有し、シールドルーム300の外部に、キャビネット部4およびオペレータコンソール部5を有する。シールドルーム300は、内部のマグネット部100およびテーブル部200と、外部のキャビネット部4およびオペレータコンソール部5とを電磁的に遮蔽している。
【0022】
このMRI装置のマグネット部100およびテーブル部200は、シールドルーム300の内部に設けられ、外部からのRF電磁波ノイズが内部に入り込まないように構成されている。
【0023】
キャビネット部4は、マグネット部100およびテーブル部200を制御する制御系が内蔵され、シールドルーム300外部のケーブル3aと内部のケーブル2aとを介してマグネット部100およびテーブル部200との間で、信号および電力の送受信を行う。ここで、ケーブル3aとケーブル2aとは、シールドルーム300のペネトレーションパネル(penetration panel)6を介して接続され、電磁的遮蔽効果を維持するように構成される。なお、オペレータコンソール部5は、シールドルーム300の外部においてケーブル3bを介してキャビネット部4に接続される。
【0024】
図2は、図1に示したMRI装置に適用され、この発明の実施の形態1であるスイッチング電源の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図2では、シールドルーム300内部に電力を供給する電源部4aを有する。また、図2において、オペレータコンソール部5の計算機14は、操作部16からの指示入力をもとに、MRI装置の制御ソフトウェアであるパルスシーケンスをキャビネット部4のスキャンコントローラ部17にダウンロードさせる。スキャンコントローラ部17は、同様に、キャビネット部4の中にある駆動制御部18を介してマグネット部100およびテーブル部200の駆動を各種制御する。この場合、駆動制御部18と、マグネット部100およびテーブル部200との間の信号授受は、ペネトレーションパネル6のフィルタ21を介して実行される。
【0025】
一方、電源部4aのスイッチング電源13は、ケーブル3c、ペネトレーションパネル6のフィルタ20、およびケーブル2bを介して、テーブル部200およびマグネット部100の負荷301に接続される。この電源部4aは,スイッチング電源13、このスイッチング電源13を冷却する可変風量ファン12、この可変風量ファン12に可変の電源を供給するファン用電源11、スイッチング電源13から発生するスイッチング周波数の高調波成分であって、共鳴周波数帯域の周波数成分、すなわちノイズ周波数成分を検出する検出コイル30、この検出コイル30が検出するノイズ周波数成分をモニタするノイズモニタ回路31、および、このノイズモニタ回路31により検出されたノイズ周波数成分情報と、計算機14から取得したMRI装置の共鳴周波数帯域情報とに基づきファン用電源11を可変に制御する制御装置32を有する。なお、フィルタ20は、電源ノイズの高周波成分を除去するが、このフィルタ20による除去では十分でない場合には、図2に示すように、ケーブル2b上にフェライトコア19を接続する。
【0026】
スイッチング電源13は、温度変化に対して、ノイズ周波数が敏感に反応して変化する構成要素を有する。図3は、シリーズスイッチング電源によって実現されるスイッチング電源13の詳細構成を示す図である。図3において、このスイッチング電源13は、トランス部13aが交流電源の電圧を所望の交流電圧に変換し、整流平滑部13bが、この交流電圧を直流電圧に整流し、平滑化してスイッチ部13cに出力する。スイッチ部13cは、制御部13dのスイッチングによって所望の直流電流を通電させ、フィルタ部13eは、スイッチ部13cから出力された直流電流をフィルタリングして負荷301に直流電力を供給する。ここで、フィルタ部13eの出力は、制御部13dを介してスイッチ部13cにフィードバックされ、負荷301に対して安定した電力を出力する。
【0027】
制御部13dは、発振器などを内蔵し、スイッチ部13cに対するスイッチング周波数を決定する能動素子を含む。この発振器は、温度の影響を受けやすく、温度の変化に伴って発振周波数も変化し、さらにスイッチング周波数も変化する。すなわち、上述したノイズ周波数が敏感に反応して変化する構成要素は、このスイッチング電源13の場合、発振器を有する制御部13dである。したがって、スイッチング周波数すなわちノイズ周波数を温度制御する場合、制御部13d、特に発振器の温度を制御すればよい。
【0028】
ここで、図4に示すフローチャートを参照して、制御装置32によるノイズ制御処理手順について説明する。図4において、まず、制御装置32は、計算機14から、MRI装置の共鳴周波数帯域の情報を読み込む(ステップS101)。その後、制御装置32は、ノイズモニタ回路31がモニタしたノイズ周波数成分の情報を読み込む(ステップS102)。なお、上述したように、ノイズモニタ回路31がモニタする周波数帯域は、共鳴周波数帯域を含む周波数帯域である。
【0029】
その後、制御装置32は、モニタしたノイズ周波数成分が、共鳴周波数帯域内にあるか否かを判断する(ステップS103)。ノイズ周波数成分が、共鳴周波数帯域内にある場合(ステップS103/Yes)は、ファン用電源11の電源電圧を変化させ、可変風量ファン12の回転数を制御する。その結果、可変風量ファン12による風量が変化し、スイッチング電源13の冷却量が制御される(ステップS104)。これによって、スイッチング電源13が発するスイッチング周波数の高調波成分であるノイズ周波数成分の周波数を共鳴周波数帯域外にシフトさせる。その後、ステップS102に移行し、上述した処理を繰り返す。一方、ノイズ周波数成分が、共鳴周波数帯域内にない場合(ステップS103/No)には、そのままステップS102に移行し、上述した処理を繰り返すことになる。
【0030】
ここで、図5を参照して、共鳴周波数帯域とノイズ周波数との関係について説明する。図5(a)は、ノイズ周波数50が共鳴周波数帯域40内に存在する状態を示している。この状態では、ノイズ周波数50は、マグネット部100の受信コイル1(図1参照)が受信する共鳴周波数とともにノイズ周波数50が受信され、MRI装置に影響を与え、MRI画像を劣化させることになる。
【0031】
このような電磁干渉状態は、制御装置32が、ノイズモニタ回路31によりモニタするノイズ周波数成分と、計算機14から読み取った共鳴周波数帯域40とを比較することによって容易に判断することができる。その後、制御装置32は、たとえば、ファン用電源11の電源電圧を高くし、可変風量ファン12の回転数を高くすることによって風量を増大し、スイッチング電源13を冷却する。これにより、スイッチング電源13の発振器が冷却され、ノイズ周波数50が周波数軸上をシフトする。
【0032】
ノイズ周波数50の周波数軸上でのシフト量および向きは、スイッチング電源13の発振器が有する発振周波数(ノイズ周波数)の温度特性に依存する。たとえば、発振器の周波数特性が温度に比例する場合は、ノイズ周波数50が全体的に低い側にシフトすることになる。また、発振器の周波数特性が温度に反比例する場合は、ノイズ周波数50が全体的に高い側にシフトすることになる。
【0033】
このように、スイッチング電源13の発振器を冷却することによって、ノイズ周波数50は共鳴周波数帯域40からシフトし、図5(b)に示すように、共鳴周波数帯域40上には存在しなくなる。この結果、ノイズ周波数50は、MRI画像に何らの影響を与えなくなる。このような処理は、常時繰り返され、常に、ノイズ周波数50が、共鳴周波数帯域40上に存在しないように制御される。
【0034】
なお、スイッチング電源13の発振器を加熱することによっても、ノイズ周波数50を共鳴周波数帯域40からシフトさせることができるが、熱源であるスイッチング電源13自体を加熱することは、発振器のみならず、スイッチング電源13を構成する他の要素が熱破壊する可能性もあるため、一般に冷却することが好ましい。
【0035】
また、ノイズ周波数を温度制御する場合、上述したように、ノイズ周波数が敏感に反応して変化する構成要素である発振器の温度を制御すればよいので、発振器に対する温度制御を集中的に行うようにしてもよい。要は、ノイズ周波数の発信要素を特定し、この特定した要素に対して温度制御を行うようにすればよい。
【0036】
(実施の形態2)
つぎに、この発明にかかる実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1では、スイッチング電源13の温度を変化させるために、可変風量ファン12を用いたが、この実施の形態2では、水冷方式の熱交換手段によってスイッチング電源13の温度を制御し、これによってノイズ周波数をシフトさせるように構成している。
【0037】
図6は、この発明にかかる実施の形態2であるスイッチング電源の制御装置を含むMRI装置の概略構成を示すブロック図である。図6において、電源部4bは、図2に示した実施の形態1の電源部4aに対応し、スイッチング電源13、このスイッチング電源13を冷却する熱交換器60、この熱交換器60を介してスイッチング電源13を冷却するための冷却水が循環するパイプ61、パイプ61内に冷却水を循環させるポンプ62、このポンプ62を可変駆動させるポンプ用電源63、スイッチング電源13から発生するスイッチング周波数の高調波成分であって、共鳴周波数帯域の周波数成分、すなわち、ノイズ周波数成分を検出する検出コイル30、この検出コイル30が検出するノイズ周波数成分をモニタするノイズモニタ回路31、および、このノイズモニタ回路31が検出したノイズ周波数成分情報と計算機14から取得した共鳴周波数帯域情報とに基づいてポンプ用電源63を可変制御する制御装置64を有する。その他の構成は、図2に示した構成と同じであり、同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0038】
ここで、図7に示すフローチャートを参照して、制御装置64によるノイズ制御処理手順について説明する。図7において、まず、制御装置64は、計算機14から、共鳴周波数帯域の情報を読み込む(ステップS201)。その後、制御装置64は、ノイズモニタ回路31がモニタしたノイズ周波数成分の情報を読み込む(ステップS202)。なお、上述したように、ノイズモニタ回路31がモニタする周波数帯域は、共鳴周波数帯域を含む周波数帯域である。
【0039】
その後、制御装置64は、モニタしたノイズ周波数成分が、共鳴周波数帯域内にあるか否かを判断する(ステップS203)。ノイズ周波数成分が、共鳴周波数帯域内にある場合(ステップS203/Yes)は、ポンプ用電源63の電源電圧を変化させ、ポンプ62が循環させる冷却水の流量を制御し、スイッチング電源13に対する冷却量を変化させる(ステップS204)。これによって、スイッチング電源13が発するスイッチング周波数の高調波成分であるノイズ周波数成分の周波数を、MRI装置の共鳴周波数帯域内よりシフトさせる。その後、ステップS202に移行し、上述した処理を繰り返す。一方、ノイズ周波数成分が、共鳴周波数帯域内にない場合(ステップS203/No)には、そのままステップS202に移行し、上述した処理を繰り返すことになる。
【0040】
これによって、図5に示したように、ノイズ周波数50は、共鳴周波数帯域40からシフトし、共鳴周波数帯域40上に存在しなくなる。この結果、ノイズ周波数50は、MRI画像に影響を与えなくなる。このような処理は、常時繰り返され、常に、ノイズ周波数50が、共鳴周波数帯域40上に存在しないように制御される。
【0041】
なお、実施の形態1で述べたように、ノイズ周波数50の発信源、たとえば発振器を特定することができれば、この発信源のみを集中的に冷却することが効率的である。特に、この実施の形態2で示した水冷方式では、パイプ61の配管が伴うため、このパイプ61の配管を発信源に可能な限り近づけて設置することが好ましい。また、実施の形態1と同様に、加熱して発信源を温度制御するようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、第1の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、検出手段により検出されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在する場合、温度制御手段によってスイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる。これによって、ノイズ周波数が装置用周波数帯域に干渉しないようになるので、所定装置は、装置用周波数帯域を用いて品質の高い信号を常に得ることができるという効果を奏する。
【0043】
また、第2の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、温度制御手段として、可変風量ファンを用い、制御手段によって可変風量ファンの回転数を変化させ、スイッチング電源に対する風量を変化させる。これによってスイッチング電源の温度を制御し、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる。その結果、簡易な構成によって、装置用周波数帯域を用いて品質の高い信号を常に得ることができるという効果を奏する。
【0044】
また、第3の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、温度制御手段として、水冷式の熱交換手段を用い、制御手段によって熱交換手段の流量を変化させ、スイッチング電源に対する熱交換率を変化させる。これによってスイッチング電源の温度を制御し、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる。その結果、簡易な構成によって、装置用周波数帯域を用いて品質の高い信号を常に得ることができるという効果を奏する。
【0045】
また、第4の観点の発明にかかるノイズ干渉制御装置によれば、ノイズ周波数の発生源であるスイッチング電源の発振器を、特に冷却することによって、迅速かつ確実にノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせるようにしているので、効率的に、装置用周波数帯域における品質の高い信号を常に得ることができるという効果を奏する。
【0046】
また、第5の観点の発明にかかるMRI装置によれば、上述した第1〜第4の観点の発明のいずれか一つのノイズ干渉制御装置を用い、MRI装置の共鳴周波数帯域に存在するノイズ周波数を該共鳴周波数帯域外にシフトするようにしているので、常に品質の高いMRI画像を得ることができるという効果を奏する。
【0047】
また、第6の観点の発明にかかるノイズ干渉制御方法によれば、まず、装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出し、この検出されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在するか否かを判断し、この判断によって、ノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在すると判断した場合、スイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる。これによって、ノイズ周波数が装置用周波数帯域に干渉しないようにしているので、所定装置は、装置用周波数帯域を用いて品質の高い信号を常に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】MRI装置の全体構成を示す図である。
【図2】図1に示したMRI装置に適用され、この発明の実施の形態1であるスイッチング電源の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図3】図2に示したスイッチング電源の構成を示すブロック図である。
【図4】図2に示したスイッチング電源の制御装置による温度制御処理手順を示すフローチャートである。
【図5】ノイズ周波数と共鳴周波数帯域との関係を示す図である。
【図6】この発明の実施の形態2であるスイッチング電源の制御装置を含むMRI装置の概略構成を示すブロック図である。
【図7】図6に示したスイッチング電源の制御装置による温度制御処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
2a,2b,3a,3b,3c ケーブル
4 キャビネット部
5 オペレータコンソール部
4a,4b 電源部
6 ペネトレーションパネル
11 ファン用電源
12 可変風量ファン
13 スイッチング電源
14 計算機
19 フェライトコア
20,21 フィルタ
30 検出コイル
31 ノイズモニタ回路
32,64 制御装置
40 共鳴周波数帯域
50 ノイズ周波数
60 熱交換器
61 パイプ
62 ポンプ
63 ポンプ用電源
100 マグネット部
200 テーブル部
300 シールドルーム
301 負荷
Claims (6)
- 電源供給先の所定装置が用いる装置用周波数帯域に発生したスイッチング電源のノイズ周波数による干渉を制御するノイズ干渉制御装置であって、
装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出する検出手段と、
前記スイッチング電源の温度を制御する温度制御手段と、
前記検出手段により検出されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在する場合、前記温度制御手段によって前記スイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせる制御手段と、
を備えたことを特徴とするノイズ干渉制御装置。 - 前記温度制御手段は、可変風量ファンを用いて前記スイッチング電源の温度を変化させることを特徴とする請求項1に記載のノイズ干渉制御装置。
- 前記温度制御手段は、水冷式の熱交換手段を用いて前記スイッチング電源の温度を変化させることを特徴とする請求項1に記載のノイズ干渉制御装置。
- 前記スイッチング電源の発振器を冷却することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のノイズ干渉制御装置。
- 請求項1〜4のいずれか一つに記載のノイズ干渉制御装置を用いて、共鳴周波数帯域に存在するノイズ周波数を該共鳴周波数帯域外にシフトさせることを特徴とするMRI装置。
- 電源供給先の所定装置が用いる装置用周波数帯域に発生したスイッチング電源のノイズ周波数による干渉を制御するノイズ干渉制御方法であって、
装置用周波数帯域に発生したノイズ周波数を検出し、
前記検出したノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在するか否かを判断し、
前記判断されたノイズ周波数が装置用周波数帯域に存在すると判断した場合、前記スイッチング電源の温度を変化させ、ノイズ周波数を装置用周波数帯域外にシフトさせることを特徴とするノイズ干渉制御方法。
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