(57)【要約】【課題】ＭＲＩ環境で用いられる遮音性の高いヘッドホン内部でのノイズキャンセルを実現するノイズキャンセルシステムを提供する。【解決手段】ＭＲＩの被験者が装着する密閉型のヘッドホン１１と、ノイズキャンセル装置１３とを備える。ヘッドホン１１は、圧電体素子によって構成された、音を出力するスピーカ２１と、スピーカ２１が音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得する、光マイクである内蔵マイク２２とを備える。ノイズキャンセル装置１３は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、スピーカ２１に出力する。【選択図】図１
2010227500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＩの被験者が装着する密閉型のヘッドホンと、ノイズキャンセル装置とを備えたノイズキャンセルシステムであって、
前記ヘッドホンは、
圧電体素子によって構成された、音を出力するスピーカと、
前記スピーカが音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得する非磁性の内蔵マイクと、を備え、
前記ノイズキャンセル装置は、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、前記密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、前記スピーカに出力する、ノイズキャンセルシステム。
【請求項２】
前記スピーカは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものである、請求項１記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項３】
前記内蔵マイクは、光マイクである、請求項１または請求項２記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項４】
前記内蔵マイクは、圧電体素子によって構成されたものである、請求項１または請求項２記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項５】
前記内蔵マイクは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものである、請求項４記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項６】
前記ヘッドホンの外部のノイズを取得する非磁性のマイクであって、前記被験者の体長方向における前記内蔵マイクと同じ位置に配置されるマイクであるリファレンスマイクをさらに備え、
前記ノイズキャンセル装置は、前記リファレンスマイクによって取得されたノイズ信号と、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号とを用いて、フィードフォワード制御によって前記内蔵マイクの位置のノイズをキャンセルする、請求項１から請求項５のいずれか記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項７】
前記リファレンスマイクと、前記内蔵マイクとは、ガントリの円柱の中心軸から同じ半径に位置する、請求項６記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項８】
前記ノイズキャンセル装置は、
前記リファレンスマイクによって取得されたノイズ信号と、前記内蔵マイクが取得したノイズ信号とを用いて、フィルタパラメータを計算するフィルタパラメータ計算部と、
前記フィルタパラメータ計算部が計算したフィルタパラメータを用いて、前記内蔵マイクの位置のノイズをキャンセルする音信号を生成し、前記スピーカに出力するノイズキャンセル部と、
前記ノイズキャンセル部が音信号をスピーカに出力している際に前記内蔵マイクが取得したノイズ信号を用いて、当該ノイズ信号が小さくなるように、前記ノイズキャンセル部が出力する音信号の位相及びゲインの少なくとも一方を決定する決定部と、を備え、
前記ノイズキャンセル部は、前記決定部が決定した位相及びゲインの少なくとも一方に応じた音信号を前記スピーカに出力する、請求項６または請求項７記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項９】
前記スピーカは、外部から入力された音信号をも出力するものであり、
前記フィルタパラメータ計算部は、前記スピーカに外部から音信号が入力されていない際のノイズ信号を用いて前記フィルタパラメータを計算し、
前記ノイズキャンセル部は、前記スピーカに外部から音信号が入力されていない際のノイズ信号を用いて計算されたフィルタパラメータを、前記スピーカに外部から音信号が入力されている際にも用いる、請求項８記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１０】
前記リファレンスマイクは、光マイクである、請求項６から請求項９のいずれか記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１１】
前記リファレンスマイクは、圧電体素子によって構成されたマイクである、請求項６から請求項９のいずれか記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１２】
前記リファレンスマイクは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものである、請求項１１記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１３】
前記ノイズキャンセル装置は、
１または２以上のスライスの撮像に対応する、前記内蔵マイクが取得したノイズ信号を蓄積する蓄積部と、
前記１または２以上のスライスの撮像とは異なるスライスの撮像において、前記蓄積部が蓄積したノイズ信号と逆位相の音信号を前記スピーカに出力するノイズキャンセル部と、を備えた、請求項１から請求項５のいずれか記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１４】
前記ノイズキャンセル装置は、
前記ノイズキャンセル部が音信号をスピーカに出力している際に前記内蔵マイクが取得したノイズ信号を用いて、当該ノイズ信号が小さくなるように、前記ノイズキャンセル部が出力する音信号の位相及びゲインの少なくとも一方を決定する決定部をさらに備え、
前記ノイズキャンセル部は、前記決定部が決定した位相及びゲインの少なくとも一方に応じた音信号を前記スピーカに出力する、請求項１３記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１５】
前記ノイズキャンセル装置は、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を用いて、フィードバック制御によって前記内蔵マイクの位置のノイズをキャンセルする、請求項１から請求項５のいずれか記載のノイズキャンセルシステム。
【請求項１６】
ＭＲＩの被験者が装着する密閉型のヘッドホンを用いたノイズキャンセル方法であって、
前記ヘッドホンは、圧電体素子によって構成された、音を出力するスピーカと、前記スピーカが音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得する非磁性の内蔵マイクと、を備え、
前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、前記密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、前記スピーカに出力するノイズキャンセル方法。
【請求項１７】
コンピュータを、
ＭＲＩの被験者が装着する密閉型のヘッドホンを用いたノイズキャンセル装置として機能させるためのプログラムであって、
前記ヘッドホンは、圧電体素子によって構成された、音を出力するスピーカと、前記スピーカが音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得する非磁性の内蔵マイクと、を備え、
前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、前記密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、前記スピーカに出力するノイズキャンセル装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＩの被験者が装着するヘッドホンにおけるノイズをキャンセルするノイズキャンセルシステム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は医用画像撮像装置の一つであり、有用性が高く、医療診断や脳研究によく使われている。しかしながら、強力なパルス状電流を磁場コイルなどに流して、磁場を急激に変化させて撮像するため、騒音ノイズや電磁誘導ノイズ、振動ノイズなどを発生する。高磁場のＭＲＩ装置が稼動しているときでは、１００ｄＢ（高架線のガード下の騒音レベル）を超えるような強烈な騒音が発生するため、被験者は遮音性の高いヘッドホンやイヤーマフ、耳栓などを装着した上で、撮像を行うことになる。なお、脳研究の分野では、被験者に刺激音を提示して、それに対する被験者の反応をＭＲＩ装置によって撮像したいという要求がある。その場合には、耳栓などによって騒音を遮音するのみではなく、刺激音を適切に聞くことができるようにＭＲＩ騒音を十分に低減させることが必要になる。
【０００３】
従来、そのＭＲＩ装置（核磁気共鳴撮像装置）で発生する騒音を能動的に消音するための技術（アクティブノイズキャンセル。以下、「ＡＮＣ」と呼ぶこともある）が開発されてきている。例えば、被験者の位置検出手段と、その位置に対応する騒音の特性と、ＭＲＩ装置の磁場印加手順（パルスシーケンス）とに基づき、付加音源を制御することによって、被験者の耳の位置付近のＭＲＩ騒音をキャンセルするＡＮＣ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。なお、その装置におけるスピーカの振動部材としては圧電素子が用いられている。
【０００４】
また、ＭＲＩ騒音をとらえるためのリファレンスマイク（参照用マイク）をＭＲＩ装置のガントリ開口部の前面の壁付近に配置し、被験者の左右の耳元にマイク（エラーマイク）を配置し、リファレンスマイクで検出したＭＲＩ騒音波形にフィルタを掛けて被験者の耳元のＭＲＩ騒音を推定し、さらに逆位相となるように被験者の耳元の圧電型スピーカから音を出力し、被験者の耳元のＭＲＩ騒音をキャンセルするＡＮＣ装置が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。その場合に、ＡＮＣの効果を被験者の耳元のエラーマイクでモニタしながら、ＡＮＣの効果が上がるように、適応的にフィルタパラメータを変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４６１９３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｆｒｅｄｅｒｉｃ  Ｇ．Ｐｌａ，Ｓｃｏｔｔ  Ｄ．Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄｔ，Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．Ｈｅｄｅｅｎ，「Ａｃｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｎｏｉｓｅ  ｉｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ」，Ａｃｔｉｖｅ  ９５，ｐ５７３−５８２，１９９５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＲＩ装置では、狭い空間内で強烈な音が出されるため、激しく変化する音場となっている。このため、上記特許文献１で開示されている位置の検出と、その検出された位置に対応する騒音の特性と、パルスシーケンスの情報とを用いたとしても、正確に特定位置の騒音を再現することは難しい。さらに、被験者が異なれば耳の位置は変わり、また同じ被験者でも検査ごとに位置が変わりうるため、被験者の耳の位置でのＭＲＩ騒音を精度よく再現することは困難である。その結果、有用性の高いＡＮＣを実現することが困難であるという問題があった。
【０００８】
また、上記非特許文献１で開示されている技術は、リファレンスマイクとエラーマイクの位置が離れているため、リファレンスマイクでとらえたＭＲＩ騒音波形と、ＭＲＩ装置内の激しく変化するエラーマイク位置での騒音波形の違いが大きくなり、リファレンスマイクの騒音波形からエラーマイクの騒音波形を精度よく推定することは困難となる。リファレンスマイクとエラーマイクとを用いたフィードフォワード制御のＡＮＣの場合には、リファレンスマイクでとらえた騒音波形から、エラーマイク近傍の消音ゾーンの騒音波形を推定できることが前提となっているからである。
【０００９】
また、近年、一般のオーディオの分野において、音響機器の各メーカーがＡＮＣ機能付きヘッドホンを開発し、販売している。これらのＡＮＣ機能付きヘッドホンの対象となる騒音はかなり低音であり、これらのＡＮＣ処理技術を用いてもＭＲＩ騒音のキャンセルはできない。また、これらヘッドホンには磁性体が使用されているため、そのままＭＲＩ装置に対するＡＮＣに適用することはできない。
【００１０】
なお、ノイズキャンセルなどの信号処理については種々の方法が用いられており、ノイズキャンセルにおいては、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタがよく用いられる。それらのノイズキャンセルの処理については、例えば、次の文献を参照されたい。ただし、必ずしもＭＲＩ特有の音場特性に適合した処理方法ではない。
文献：足立、佐野、「能動騒音制御におけるシステム同定の役割」、システム／制御／情報、Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．２，ｐ．６４−７２，１９９７年
【００１１】
また、特にＭＲＩ装置を用いた脳研究の分野では、遮音性の高いＭＲＩ用ヘッドホンを用いて刺激音を被験者に提示するため、その遮音性の高いヘッドホンの内部でのＡＮＣが必要となる。しかしながら、遮音性の高いヘッドホンの内部では、騒音は外部の１／１０程度に低減されることになるが、電磁誘導ノイズは低減されない。したがって、ヘッドホンの内部のノイズを取得する場合に、騒音よりも電磁誘導ノイズをとらえてしまうことになり、電磁誘導ノイズに対してＡＮＣを行うこととなり、騒音自体は低減されないことになるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ＭＲＩ環境で用いられる遮音性の高いヘッドホン内部での効果的なノイズキャンセルを実現することができるノイズキャンセル等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によるノイズキャンセルシステムは、ＭＲＩの被験者が装着する密閉型のヘッドホンと、ノイズキャンセル装置とを備えたノイズキャンセルシステムであって、前記ヘッドホンは、圧電体素子によって構成された、音を出力するスピーカと、前記スピーカが音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得する非磁性の内蔵マイクと、を備え、前記ノイズキャンセル装置は、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、前記密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、前記スピーカに出力する、ものである。
このような構成により、ヘッドホンの密閉空間の内部のノイズを取得して、ヘッドホン内部のノイズを適切にキャンセルすることができるようになりうる。
【００１４】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記スピーカは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものであってもよい。
このような構成により、用途に適した任意の大きさや形状のスピーカを実現することができるようになる。
【００１５】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記内蔵マイクは、光マイクであってもよい。
このような構成により、電磁誘導ノイズの影響を受けないで、ヘッドホンの密閉空間のノイズを効果的に取得することができ、その結果、適切なノイズキャンセルを実現できる。
【００１６】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記内蔵マイクは、圧電体素子によって構成されたものであってもよい。
このような構成により、感度の高い内蔵マイクを用いることによって、電磁誘導ノイズに比べて、音波のノイズを効果的にとらえることができ、適切なノイズキャンセルを実現できうる。
【００１７】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記内蔵マイクは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものであってもよい。
このような構成により、用途に適した任意の大きさや形状のマイクを実現することができるようになる。
【００１８】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記ヘッドホンの外部のノイズを取得する非磁性のマイクであって、前記被験者の体長方向における前記内蔵マイクと同じ位置に配置されるマイクであるリファレンスマイクをさらに備え、前記ノイズキャンセル装置は、前記リファレンスマイクによって取得されたノイズ信号と、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号とを用いて、フィードフォワード制御によって前記内蔵マイクの位置のノイズをキャンセルしてもよい。
【００１９】
このような構成により、フィードフォワード制御により、ノイズをキャンセルすることができるようになる。特に、リファレンスマイクを被験者の体長方向における内蔵マイクと同じ位置に配置することによって、より効果的にノイズをとらえることができるようになると考えられる。
【００２０】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記リファレンスマイクと、前記内蔵マイクとは、ガントリの円柱の中心軸から同じ半径に位置してもよい。
このような構成により、リファレンスマイクによって、さらに効果的にノイズをとらえることができるようになると考えられる。
【００２１】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記ノイズキャンセル装置は、前記リファレンスマイクによって取得されたノイズ信号と、前記内蔵マイクが取得したノイズ信号とを用いて、フィルタパラメータを計算するフィルタパラメータ計算部と、前記フィルタパラメータ計算部が計算したフィルタパラメータを用いて、前記内蔵マイクの位置のノイズをキャンセルする音信号を生成し、前記スピーカに出力するノイズキャンセル部と、前記ノイズキャンセル部が音信号をスピーカに出力している際に前記内蔵マイクが取得したノイズ信号を用いて、当該ノイズ信号が小さくなるように、前記ノイズキャンセル部が出力する音信号の位相及びゲインの少なくとも一方を決定する決定部と、を備え、前記ノイズキャンセル部は、前記決定部が決定した位相及びゲインの少なくとも一方に応じた音信号を前記スピーカに出力してもよい。
【００２２】
このような構成により、計算されたフィルタパラメータを用いてフィルタを構成すると共に、ノイズ信号が小さくなるように位相及びゲインの少なくとも一方を調整することによって、適切なフィードフォワード制御によるノイズキャンセルを実現することができるようになる。
【００２３】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記スピーカは、外部から入力された音信号をも出力するものであり、前記フィルタパラメータ計算部は、前記スピーカに外部から音信号が入力されていない際のノイズ信号を用いて前記フィルタパラメータを計算し、前記ノイズキャンセル部は、前記スピーカに外部から音信号が入力されていない際のノイズ信号を用いて計算されたフィルタパラメータを、前記スピーカに外部から音信号が入力されている際にも用いてもよい。
【００２４】
このような構成により、外部から音信号が入力されていない状況でフィルタパラメータを計算し、そのフィルタパラメータを、外部から音信号が入力されている際にも用いることによって、外部から音信号が入力されている際にフィルタパラメータの計算を行う必要がなく、リアルタイム性を向上させることができる。また、ＭＲＩ環境は、被験者や台、ヘッドコイルなど、ガントリ内の物体は全て固定されており、また温度や湿度も安定している変化の少ない環境であるため、そのようにして算出したフィルタパラメータを用いたとしても、効果的なノイズキャンセルを実現することができると考えられる。
【００２５】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記リファレンスマイクは、光マイクであってもよい。
このような構成により、電磁誘導ノイズの影響を受けないで、リファレンスマイクによって効果的に騒音をとらえることができる。
【００２６】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記リファレンスマイクは、圧電体素子によって構成されたマイクであってもよい。
このような構成により、密閉空間の外部では、電磁誘導ノイズに対して騒音が十分大きいため、圧電体素子を用いたリファレンスマイクであっても、十分騒音をとらえることができる。
【００２７】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記リファレンスマイクは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものであってもよい。
このような構成により、用途に適した任意の大きさや形状のリファレンスマイクを実現することができるようになる。
【００２８】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記ノイズキャンセル装置は、１または２以上のスライスの撮像に対応する、前記内蔵マイクが取得したノイズ信号を蓄積する蓄積部と、前記１または２以上のスライスの撮像とは異なるスライスの撮像において、前記蓄積部が蓄積したノイズ信号と逆位相の音信号を前記スピーカに出力するノイズキャンセル部と、を備えてもよい。
このような構成により、あらかじめ蓄積していたノイズ信号を用いてノイズキャンセルを実現することができるようになる。
【００２９】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記ノイズキャンセル装置は、前記ノイズキャンセル部が音信号をスピーカに出力している際に前記内蔵マイクが取得したノイズ信号を用いて、当該ノイズ信号が小さくなるように、前記ノイズキャンセル部が出力する音信号の位相及びゲインの少なくとも一方を決定する決定部をさらに備え、前記ノイズキャンセル部は、前記決定部が決定した位相及びゲインの少なくとも一方に応じた音信号を前記スピーカに出力してもよい。
このような構成により、位相及びゲインの少なくとも一方を調整することによって、より効果的にノイズをキャンセルすることができるようになる。
【００３０】
また、本発明によるノイズキャンセルシステムでは、前記ノイズキャンセル装置は、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を用いて、フィードバック制御によって前記内蔵マイクの位置のノイズをキャンセルしてもよい。
このような構成により、フィードバック制御により、ノイズをキャンセルすることができるようになる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によるノイズキャンセルシステム等によれば、ＭＲＩ環境で用いられる遮音性の高いヘッドホン内部でのノイズキャンセルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１によるノイズキャンセルシステムの構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態におけるヘッドホンの概略断面図
【図３】同実施の形態におけるヘッドホンについて説明するための図
【図４】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の構造の一例を示すブロック図
【図５】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図６】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図７】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図８】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図９】同実施の形態におけるノイズ信号の一例を示す波形図
【図１０】同実施の形態におけるノイズ信号の一例を示す波形図
【図１１】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の構造の一例を示すブロック図
【図１２】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図１３】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図１４】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図１５】同実施の形態によるノイズキャンセル装置の動作を示すフローチャート
【図１６】同実施の形態におけるノイズ信号の一例を示す波形図
【図１７】同実施の形態におけるシステム全体の構成の一例を示す図
【図１８】同実施の形態におけるノイズキャンセルシステムの構成の一例を示すブロック図
【図１９】同実施の形態におけるノイズキャンセルの効果について説明するための波形図
【図２０】上記実施の形態におけるコンピュータシステムの外観一例を示す模式図
【図２１】上記実施の形態におけるコンピュータシステムの構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明によるノイズキャンセルシステムについて、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素及びステップは同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１によるノイズキャンセルシステムについて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態によるノイズキャンセルシステム１は、ＭＲＩ環境において使用されるものである。
【００３５】
図１は、本実施の形態によるノイズキャンセルシステム１の構成を示すブロック図である。本実施の形態によるノイズキャンセルシステム１は、ヘッドホン１１と、リファレンスマイク１２と、ノイズキャンセル装置１３とを備える。
【００３６】
ヘッドホン１１は、ＭＲＩの被験者が装着するものである。そのヘッドホン１１は、遮音性の高い、密閉型のものである。図１で示されるように、ヘッドホン１１は、スピーカ２１と、内蔵マイク２２とを備える。スピーカ２１、及び内蔵マイク２２は、一方の耳用のものである。なお、本実施の形態では、説明の便宜上、ヘッドホン１１が、スピーカ２１と、内蔵マイク２２とを１個ずつ備える場合について説明するが、通常のヘッドホンと同様に、ヘッドホン１１は、スピーカ２１と内蔵マイク２２とのセットを両耳分、備えていてもよい。
【００３７】
スピーカ２１は、音を出力するものであり、圧電体素子によって構成されたものである。なお、スピーカ２１は、圧電体素子そのものであってもよく、あるいは、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものであってもよい。本実施の形態では、後者の場合について説明する。なお、複合圧電体については、特開昭６３−４７９９号公報を参照されたい。ＭＲＩ騒音の周波数特性は、９００Ｈｚ付近に基本周波数があり、その高調波成分も存在する。効果的なノイズキャンセルを実現するには、対象とする騒音波形に対して、少なくともその１／２０波長程度の精度でコントロールする必要があると言われている。複合圧電体を用いたスピーカ２１は、再生帯域が２０〜４００００Ｈｚで応答性にも優れ、温度や湿度などに対する安定性にも優れているため、ＭＲＩ環境におけるノイズキャンセル用に好適である。また、スピーカ２１が出力する音は、ノイズをキャンセルするための音であってもよい。また、スピーカ２１は、外部から入力された音信号（例えば、脳研究のために被験者に提示される刺激音など）をも出力してもよい。
【００３８】
なお、ここで、スピーカ２１として圧電体素子によって構成されたものを用いる理由について簡単に説明する。通常、ＭＲＩに起因する電磁誘導ノイズは１０ｍＶ程度であり、スピーカ２１に入力される音信号は数Ｖ程度である。したがって、音信号に対して電磁誘導ノイズは、十分小さいと考えられるため、スピーカ２１として圧電体素子によって構成されたものを用いることができるのである。
【００３９】
内蔵マイク２２は、スピーカ２１が音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得するものである。その内蔵マイク２２は、光マイクであってもよく、圧電体素子によって構成されたものであってもよい。光マイクは、振動板の音圧による振動を、その振動板に光ビームを照射し、その反射光を受光することによって検知するものである。光マイクの詳細については、特開２００１−１１９７８４号公報を参照されたい。また、光マイクは、例えば、コバテル株式会社製のものを用いてもよい。光マイクを用いることによって、電磁誘導ノイズの影響を受けないで、ヘッドホン１１の密閉空間の内部のＭＲＩ騒音を高音質で取得することができる。内蔵マイク２２が圧電体素子によって構成されたものである場合に、その内蔵マイク２２は、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものであってもよい。なお、内蔵マイク２２が圧電体素子によって構成されたものである場合には、内蔵マイク２２によって電磁誘導ノイズをとらえてしまうことになる。したがって、よりよいノイズキャンセルを実現するために、その圧電体素子によって構成された内蔵マイク２２は、音波のノイズを効果的にとらえることができる高感度のものであることが好適である。そのようにすることで、内蔵マイク２２によってとらえる音波のノイズと、電磁誘導ノイズとにおいて、音波のノイズの割合を高くすることができるからである。例えば、圧電体素子から構成される薄膜の振動板を用いることによって、内蔵マイク２２の感度を上げることができうる。また、その振動板の面積の広い方が、より高感度となりうる。
【００４０】
内蔵マイク２２は、スピーカ２１から音が出力されていない場合や、スピーカ２１からノイズキャンセル用の音のみが出力されている場合には、密閉空間の内部のノイズのみを取得することになる。一方、スピーカ２１から、外部入力された音信号に応じた音（例えば、脳研究用の刺激音など）が出力されているときには、内蔵マイク２２は、密閉空間の内部のノイズと、外部入力された音信号に応じた音とを取得することになる。この内蔵マイク２２は、いわゆるエラーマイクとして用いられるものである。
【００４１】
なお、本実施の形態では、ヘッドホン１１に、後述するリファレンスマイク１２や、被験者用の通話マイク１０９が接続される場合について説明する。したがって、ヘッドホン１１の振動（この振動は、ヘッドホン１１のスピーカ２１から出力される音ではない）がこれらのマイクに伝わることで、ノイズキャンセルの性能を劣化させる場合がある。振動は、発音体であるスピーカ２１からヘッドホン１１のハウジングに伝わり、さらにこれがマイクに伝わる。そこで、スピーカ２１とヘッドホン１１のハウジングとの振動伝達をなくす構造とすることが望ましい。
【００４２】
図２は、ヘッドホン１１の概略断面図である。複合圧電体６１の端部は、固定用の枠６２に固着されている。詳細については、前述の特開昭６３−４７９９号公報を参照されたい。固定用の枠６２の裏面は、密閉されたプレートで閉じられていて、その前面は音波が出るように多数の孔が開いている。この固定用の枠６２が、ヘッドホン１１のハウジング６３と機械的に弱く接続されるようにするため、シート状の防振材６４を介する構造とする。イヤーパッド６５は、被験者がヘッドホン１１を装着したときの装着感を高めるための部材であり、スポンジ等の弾性部材をベースとしたものである。防振材６４としては、ゲル状に柔らかく、ＭＲＩ撮像に影響しない振動防止材が好適である。例えば、ソルボセイン（登録商標）や、スーパーゲルなどの商品名のものが知られている。
【００４３】
なお、リファレンスマイク１２や、通話マイク１０９をヘッドホン１１に固定する際にも、振動吸収材を使用して、それらのマイクとヘッドホン１１のハウジング６３との振動伝達を下げる構成として、それらのマイクにヘッドホン１１の振動ができるだけ入らない構造とすることが望ましい。この振動吸収材は、防振材６４と同様の材質のものが好適である。このように、リファレンスマイク１２や通話マイク１０９にヘッドホン１１などからの振動ができるだけ入らない構造とすることによって、それらのマイクによるより適切なノイズ信号や、被験者の音声信号等の取得が可能となる。
また、非磁性のヘッドホンとしては、エアーチューブタイプのものもあるが、音質がよくないため、ノイズキャンセルシステム１において用いることは困難であると考えられる。
また、本実施の形態では、リファレンスマイク１２や、通話マイク１０９がヘッドホン１１に固定される場合について説明するが、そうでなくてもよい。リファレンスマイク１２や、通話マイク１０９は、その他のもの、例えば、ＭＲＩ装置本体や、後述するＲＦコイル１０５などに固定されてもよい。その固定の際には、防振材６４と同様な材質の振動吸収材を用いることによって、振動が伝わらないようにすることが望ましい。
【００４４】
図３（ａ）は、ヘッドホン１１のハウジング６３を上から見た図であり、ハウジング６３にはマイクを取り付けるためのプレート７２が接合されている。そのプレート７２には、マイクの軸を固定するための孔７３が設けられている。孔７３には、プラスチックネジなどで、リファレンスマイク１２や通話マイク１０９を固定できるが、防振材を入れて固定することが好適である。通話マイク１０９は、被験者の口元側に向けられ、リファレンスマイク１２は被験者の発声した音声が入ることがないように、被験者の口とは反対に向けられることが望ましい。
【００４５】
図３（ｂ）は、複合圧電体を用いた内蔵マイク２２の密閉された面に防振材７５を配置し、ヘッドホン１１の密閉空間内に設置した状態を示している。防振材７５は、固定用の枠６２の穴のあいたプラスチック面と接触するが、ヘッドホン１１の振動は、内蔵マイク２２には伝わらない。
【００４６】
図３（ｃ）は、円筒形状の光マイクである内蔵マイク２２を防振材７６で包み、ヘッドホン１１の密閉空間内に設置した状態を示している。防振材７６は、固定用の枠６２の穴のあいたプラスチック面に貼着されるが、ヘッドホン１１の振動は、内蔵マイク２２には伝わらない。なお、図２，図３において、説明の便宜上、ケーブルはすべて省略した。
【００４７】
このように、ヘッドホン１１の振動が内蔵マイク２２に伝わらない構造とすることによって、内蔵マイク２２によるより適切なノイズ信号の取得が可能となる。
【００４８】
リファレンスマイク１２は、ヘッドホン１１の外部のノイズを取得する非磁性のマイクである。このリファレンスマイク１２は、被験者の体長方向における内蔵マイク２２と同じ位置に配置されることが好適である。また、リファレンスマイク１２と、内蔵マイク２２とは、ガントリの円柱の中心軸から同じ半径に位置することがさらに好適である。これらの理由については後述する。なお、「同じ位置」や、「同じ半径」は、実質的に同じ位置や同じ半径であれば、厳密な意味において同じでなくてもよい。実質的に同じであるとは、リファレンスマイク１２で取得したノイズから、内蔵マイク２２の位置でのノイズを精度よく推定できる程度に同じである、という意味である。そうでなければ、適切なノイズキャンセルを行うことができないからである。
【００４９】
リファレンスマイク１２は、光マイクであってもよく、圧電体素子によって構成されたマイクであってもよい。後者の場合に、リファレンスマイク１２は、圧電体素子が有機物中に配置された複合圧電体により構成されたものであってもよい。
【００５０】
ノイズキャンセル装置１３は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、スピーカ２１に出力する。また、ノイズキャンセル装置１３は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号をも用いて、ノイズキャンセルを行ってもよい。
【００５１】
本実施の形態では、ノイズキャンセル装置１３のノイズキャンセルの方法として、（１）フィードフォワード制御のノイズキャンセル方法、（２）メモリ方式のノイズキャンセル方法、（３）フィードバック制御のノイズキャンセル方法について説明するが，それ以外のノイズキャンセル方法を用いてもよいことは言うまでもない。
【００５２】
（１）フィードフォワード制御のノイズキャンセル方法
フィードフォワード制御のノイズキャンセルを行う場合には、ノイズキャンセル装置１３は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号をも用いてノイズキャンセルを行う。図４は、フィードフォワード制御のノイズキャンセルを行うノイズキャンセル装置１３の構成を示すブロック図である。図４において、ノイズキャンセル装置１３は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号と、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号とを用いて、フィードフォワード制御によって内蔵マイク２２の位置のノイズをキャンセルするものであり、フィルタパラメータ計算部３１と、ノイズキャンセル部３２と、決定部３３とを備える。
【００５３】
フィルタパラメータ計算部３１は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号と、内蔵マイク２２が取得したノイズ信号とを用いて、フィルタパラメータを計算する。フィルタパラメータ計算部３１は、例えば、非特許文献１にも記載されているフィルタードＸＬＳＭ法や、その他の方法を用いて、フィルタパラメータを計算することができる。
【００５４】
ノイズキャンセル部３２は、フィルタパラメータ計算部３１が計算したフィルタパラメータを用いてフィルタを構成し、内蔵マイク２２の位置のノイズをキャンセルする音信号を生成してスピーカ２１に出力する。また、後述する決定部３３によって位相及びゲインの少なくとも一方が決定された場合には、ノイズキャンセル部３２は、スピーカ２１に出力する音信号が、その決定された位相及びゲインの少なくとも一方に応じた音信号となるようにする。
【００５５】
決定部３３は、ノイズキャンセル部３２が音信号をスピーカ２１に出力している際に内蔵マイク２２が取得したノイズ信号を用いて、そのノイズ信号が小さくなるように、ノイズキャンセル部３２が出力する音信号の位相及びゲイン（出力波形の強度）の少なくとも一方を決定する。したがって、決定部３３は、音信号の位相のみを決定してもよく、音信号のゲインのみを決定してもよく、あるいは、音信号の位相とゲインの両方を決定してもよい。電気的な信号である音信号においてノイズキャンセルをキャンセルする場合には、このような位相やゲインの調整は必要ないが、本実施の形態によるノイズキャンセルシステム１のように、スピーカ２１からノイズの逆位相の音を出力することによってノイズをキャンセルする場合には、スピーカ２１や内蔵マイク２２等の特性に応じて、スピーカ２１に出力する音信号の位相やゲインを調整した方が、より効果的なノイズキャンセルを実現できることになる。したがって、この決定部３３によって、位相とゲインの少なくとも一方を調整することになる。具体的には、位相やゲインを少しずつ変化させてノイズのキャンセルを行い、その結果、内蔵マイク２２によって得られたノイズ信号が最も小さくなるように位相とゲインの少なくとも一方を調整することになる。
【００５６】
なお、スピーカ２１に外部から音信号が入力されうる場合には、フィルタパラメータ計算部３１は、スピーカ２１に外部から音信号が入力されていない際のノイズ信号（このノイズ信号は、内蔵マイク２２と、リファレンスマイク１２とによって取得されたノイズ信号である）を用いてフィルタパラメータを計算する。そして、ノイズキャンセル部３２は、スピーカ２１に外部から音信号が入力されていない際のノイズ信号を用いて計算されたフィルタパラメータを、スピーカ２１に外部から音信号が入力されている際にも用いて、ノイズキャンセルを行う。もちろん、ノイズキャンセル部３２は、そのフィルタパラメータを用いて、スピーカ２１に外部から音信号が入力されていない際にノイズキャンセルを行ってもよいことは言うまでもない。また、決定部３３も、スピーカ２１に外部から音信号が入力されていない際に、位相とゲインの少なくとも一方を決定するものとする。
【００５７】
また、フィルタパラメータ計算部３１がフィルタパラメータを計算する際や、決定部３３が位相とゲインの少なくとも一方を決定する際には、ノイズが発生しているものとする。したがって、ＭＲＩ装置が稼働して騒音の発生している環境下で、それらの処理が実行されるものとする。
【００５８】
次に、フィードフォワード制御のノイズキャンセルを行う場合のノイズキャンセル装置１３の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１はオフライン処理であり、ステップＳ１０２，Ｓ１０３はオンライン処理である。
【００５９】
（ステップＳ１０１）フィルタパラメータ計算部３１は、フィルタパラメータの計算を行うことによって、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号から、ヘッドホン１１の密閉空間内のノイズ信号を精度よく予測するフィルタを構成する。スピーカ２１から出力された音波が内蔵マイク２２に到達するには時間がかかるため、この時間だけ未来のＭＲＩ騒音波形を推定することが必要となる。ノイズキャンセルシステム１では、平均化処理（例えば、後述する図１８の平均化処理部２１１において行われる）や、ローパスフィルタの処理（例えば、後述する図１８のＬＰＦ２１４，２１５において行われる）が行われるのであれば、さらに時間遅れが生じることがある。ここでは、最良のノイズキャンセルを実現するために、位相を変えた何種類かの騒音波形の予測フィルタを構成することになる。この処理の詳細については、図６のフローチャートを用いて後述する。
【００６０】
（ステップＳ１０２）決定部３３は、そのようにして構成されたフィルタの評価を行う。すなわち、位相とゲインの少なくとも一方を決定する。この処理の詳細については、図７のフローチャートを用いて後述する。
【００６１】
（ステップＳ１０３）ノイズキャンセル部３２は、フィルタパラメータ計算部３１によって計算されたフィルタパラメータと、決定部３３によって決定された位相とゲインの少なくとも一方とを用いて、ヘッドホン１１の密閉空間内のノイズの予測信号を生成し、逆位相となるようにスピーカ２１に出力することによって、ノイズのキャンセル処理を行う。そして、ノイズをキャンセルする一連の処理は終了となる。この処理の詳細については、図８のフローチャートを用いて後述する。
【００６２】
図６は、図５のフローチャートにおけるフィルタの構成の処理（ステップＳ１０１）の詳細を示すフローチャートである。
（ステップＳ２０１）フィルタパラメータ計算部３１は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号と、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号とを取り込む。
【００６３】
（ステップＳ２０２）フィルタパラメータ計算部３１は、それらのノイズ信号を用いて、リファレンスマイク１２のノイズ信号から、内蔵マイク２２のノイズ信号を予測推定するフィルタパラメータを計算することによって、何種類か位相を変えた予測フィルタを構成する。なお、位相に関する評価を行わない場合には、１種類の位相に応じた予測フィルタを構成するのみであってもよい。
【００６４】
（ステップＳ２０３）フィルタパラメータ計算部３１は、フィルタの構成が完了したかどうか判断する。そして、完了した場合には、図５のフローチャートに戻り、まだ構成されていないフィルタが存在する場合には、ステップＳ２０１に戻ってフィルタを構成する処理を継続する。例えば、ヘッドホン１１の右側と左側のそれぞれについてフィルタを構成する場合には、１回の処理で構成されるのは一方であるため、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２の処理が２回繰り返されることによって、右側のフィルタと、左側のフィルタとが設定されることになる。なお、以下の各フローチャートの説明においても、ヘッドホン１１の右側と左側とのそれぞれについての処理が実行されてもよい。
【００６５】
図７は、図５のフローチャートにおけるフィルタの評価の処理（ステップＳ１０２）の詳細を示すフローチャートである。図７のフローチャートでは、決定部３３が、ヘッドホン１１への出力ゲインを決定する場合について説明する。（決定部３３が、位相を決定する場合は、出力ゲインを固定して何種類か位相を変えた予測フィルタで最もキャンセル効果の高いフィルタを採用すればよい。位相とゲインの両方を決定する場合も、同様にして実行することができる。）
【００６６】
（ステップＳ３０１）決定部３３は、ヘッドホン１１への出力ゲインの初期値と、ノイズキャンセルの効果の評価時間とを設定する。その出力ゲインの初期値や評価時間は、あらかじめ決められていてもよい。
【００６７】
（ステップＳ３０２）ノイズキャンセル部３２は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号を取り込む。
【００６８】
（ステップＳ３０３）ノイズキャンセル部３２は、フィルタパラメータ計算部３１によって計算されたフィルタパラメータと、その時点の出力ゲインとを用いて、ノイズキャンセルのためにスピーカ２１に出力する音信号を生成する。具体的には、ノイズキャンセル部３２は、フィルタパラメータを用いてノイズに対応する音信号の予測値を計算し、設定された出力ゲインを乗じて逆位相にする。この出力ゲインは、決定部３３によって設定されたものである。
【００６９】
（ステップＳ３０４）ノイズキャンセル部３２は、そのようにして生成した音信号が、あらかじめ決められた安全な上限値を超えているかどうか判断する。そして、超えている場合には、ステップＳ３０５に進み、超えていない場合には、ステップＳ３０６に進む。
【００７０】
（ステップＳ３０５）ノイズキャンセル部３２は、スピーカ２１に出力する音信号のうち、上限値を超えている部分を上限値で置き換えることによって音信号を変更する。
【００７１】
なお、ステップＳ３０４，Ｓ３０５の処理は、後述する保護回路２０６によって行われてもよい。その場合には、ノイズキャンセル部３２は、ステップＳ３０４，Ｓ３０５の処理を行わなくてもよい。
【００７２】
（ステップＳ３０６）ノイズキャンセル部３２は、生成した音信号をスピーカ２１に出力する。
【００７３】
（ステップＳ３０７）決定部３３は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を取り込む。
【００７４】
（ステップＳ３０８）決定部３３は、そのノイズ信号の２乗値を計算し、その２乗値を、それまでに計算して来ている、図示しない記録媒体で記憶されている２乗値の積算値である２乗積算値に加算する。なお、出力ゲインのある設定値について、はじめて２乗値を計算した場合には、決定部３３は、その２乗値を２乗積算値として図示しない記録媒体に新たに蓄積する。また、その図示しない記録媒体で記憶されている２乗積算値は、その時点の出力ゲインの設定値に対応付けられて記憶されていることが好適である。
【００７５】
（ステップＳ３０９）決定部３３は、フィルタの評価の処理を開始してから、評価時間が経過したかどうか判断する。そして、評価時間が経過した場合には、ステップＳ３１０に進み、そうでない場合には、ステップＳ３０２に戻って、２乗積算値の計算を継続する。なお、フィルタの評価の処理の開始からの経過時間が分かるように、フィルタの評価の処理の開始からタイマでの計時を開始してもよく、あるいは、フィルタの評価の処理の開始時点の時刻を図示しない記録媒体で記憶しておいてもよい。また、この評価時間は、時間そのものではなく、２乗積算値において積算された２乗値の個数であってもよい。すなわち、２乗積算値において積算された２乗値の個数があらかじめ決められた個数に到達した場合には、ステップＳ３１０に進み、そうでない場合には、ステップＳ３０２に戻るようにしてもよい。その場合には、その判断で用いられる２乗値の個数を、２乗積算値に対応付けて図示しない記録媒体で記憶していてもよい。
【００７６】
（ステップＳ３１０）決定部３３は、次の出力ゲインの設定が存在するかどうか判断する。そして、次の出力ゲインの設定が存在する場合には、ステップＳ３１２に進み、その時点の出力ゲインの設定が最後の設定であって、それ以上の出力ゲインの設定が存在しない場合には、ステップＳ３１１に進む。決定部３３が設定する出力ゲインの候補は、あらかじめ決められていてもよい。例えば、その出力ゲインの候補の最小値と最大値と幅とが決められており、その情報を用いて、決定部３３は、次の出力ゲインの設定が存在するかどうか判断してもよい。
【００７７】
（ステップＳ３１１）決定部３３は、それまでに蓄積した２乗積算値のうち、最も小さい値に対応する出力ゲインを、ノイズキャンセル部３２がスピーカ２１に出力する音信号の出力ゲインに決定する。なお、その決定された出力ゲインは、図示しない記録媒体に蓄積されてもよい。そして、図５のフローチャートに戻る。
【００７８】
（ステップＳ３１２）決定部３３は、出力ゲインを次の設定値に設定する。そして、ステップＳ３０２に戻って、その設定値に対する２乗積算値の計算を開始する。
【００７９】
図８は、図５のフローチャートにおけるノイズキャンセルの処理（ステップＳ１０３）の詳細を示すフローチャートである。
（ステップＳ４０１）ノイズキャンセル部３２は、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号を取り込む。
【００８０】
（ステップＳ４０２）ノイズキャンセル部３２は、フィルタパラメータ計算部３１によって計算されたフィルタパラメータと、ステップＳ１０２において決定された出力ゲインとを用いて、ノイズキャンセルのためにスピーカ２１に出力する音信号を生成する。この処理は、ステップＳ３０３と同様にして行われる。
【００８１】
（ステップＳ４０３）ノイズキャンセル部３２は、そのようにして生成した音信号が、あらかじめ決められた安全な上限値を超えているかどうか判断する。そして、超えている場合には、ステップＳ４０４に進み、超えていない場合には、ステップＳ４０５に進む。
【００８２】
（ステップＳ４０４）ノイズキャンセル部３２は、スピーカ２１に出力する音信号のうち、上限値を超えている部分を上限値で置き換えることによって音信号を変更する。
【００８３】
なお、ステップＳ４０３，Ｓ４０４の処理は、後述する保護回路２０６によって行われてもよい。その場合には、ノイズキャンセル部３２は、ステップＳ４０３，Ｓ４０４の処理を行わなくてもよい。
【００８４】
（ステップＳ４０５）ノイズキャンセル部３２は、生成した音信号をスピーカ２１に出力する。
【００８５】
（ステップＳ４０６）ノイズキャンセル部３２は、ノイズをキャンセルする処理を終了するかどうか判断する。そして、終了する場合には、図５のフローチャートに戻り、ノイズをキャンセルする一連の処理を終了し、そうでない場合には、ステップＳ４０１に戻る。なお、ノイズキャンセル部３２は、例えば、ユーザからの終了指示を受け付けた場合に、ノイズをキャンセルする処理を終了すると判断してもよく、その他のタイミングで、ノイズをキャンセルする処理を終了すると判断してもよい。
【００８６】
なお、フィルタの評価（ステップＳ１０２）において、位相とゲインの少なくとも一方の調整が終了しているのであれば、ノイズキャンセル（ステップＳ１０３）においては、ノイズキャンセルをリアルタイムで行いながら、外部から入力された音信号をスピーカ２１に出力することもでき、その外部からの音を被験者に聞かせることができる。この場合には、ステップＳ１０１，Ｓ１０２において一度、フィルタパラメータや出力ゲイン等の設定が終了すれば、ステップＳ１０３においては、それらの設定をする必要がないからである。その外部から入力される音信号は、例えば、任意の刺激音の信号であってもよく、ＣＤプレーヤなどから出力される音楽の信号であってもよく、その他の音信号であってもよい。
【００８７】
また、ここでは、ノイズキャンセル装置１３が、フィルタパラメータ計算部３１と、ノイズキャンセル部３２と、決定部３３とを備え、それらの構成要素によってフィードフォワード制御によるノイズキャンセル処理が実行される場合について説明したが、それら以外の構成によって、フィードフォワード制御によるノイズキャンセル処理が実行されてもよいことは言うまでもない。
【００８８】
ここで、リファレンスマイク１２の位置について説明する。図９は、ガントリ内のほぼ中央で、ガントリの円筒の中心軸から約１０ｃｍの位置で測定した騒音波形（図９（ａ））と、約１２ｃｍの位置で同時に測定した騒音波形（図９（ｂ））とを示す波形図である。これらは、５０μｓでサンプリングされている。図９（ａ），（ｂ）を比較すると、両者は測定位置が２ｃｍほどしか違わないが、かなり波形が異なっていることが分かる。このことから、ＭＲＩ騒音には、半径方向の位置によって騒音波形が急激に変化するなどの位置依存性があることがわかる。したがって、リファレンスマイクが騒音源の近く設置され、エラーマイクが騒音源から遠くに設置されていて、リファレンスマイクのノイズ信号でエラーマイクの位置のノイズ信号を推定し、エラーマイクの近くの２次音源としてのスピーカから、推定したノイズ信号の逆位相の音を出して、ノイズキャンセルを行うという通常のノイズキャンセルの手法が効果的でないことを意味する。つまり、音源（この場合はガントリの壁）に近い図９（ｂ）の波形で、図９（ａ）の波形の精度のよい推定ができない。
【００８９】
図１０は、ガントリ内のほぼ中央で、ガントリの円筒の中心軸からほぼ直角な平面上における、半径約１０ｃｍの同心円の真上で測定した騒音波形（図１０（ａ））と、その同心円の真上から９０度の位置の騒音波形（図１０（ｂ））とを示す波形図である。これらは、５０μｓでサンプリングされている。これらの波形は非常によく似ていることが分かる。このことから、ＭＲＩ騒音には、ガントリの円筒の中心軸からほぼ直角な平面上で、同心円状の位置で、かなり近い騒音波形の音場が形成されていることがわかる。すなわち、ＭＲＩ騒音は、ガントリの円筒の中心軸に対する同心円の円周方向について依存性がないことが分かる。
【００９０】
フィードフォワード制御のノイズキャンセルにおいては、リファレンスマイク１２の取得したノイズ信号から、エラーマイクである内蔵マイク２２の位置のノイズ信号を精度よく推定できることが重要なポイントとなる。したがって、内蔵マイク２２の位置でのノイズ信号を適切に推定することができるように、リファレンスマイク１２は、被験者の体長方向における内蔵マイク２２と同じ位置に配置されることが好適であるが、さらに、図９，図１０の波形図から、精度の高い推定を行うためには、リファレンスマイク１２と内蔵マイク２２とがガントリの円柱の中心軸から同じ半径に位置することがさらに好適であることが分かる。
【００９１】
（２）メモリ方式のノイズキャンセル方法
メモリ方式のノイズキャンセルを行う場合には、ノイズキャンセル装置１３は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を蓄積し、その蓄積したノイズ信号を用いてノイズキャンセルを行う。この場合には、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号を用いなくてもよいため、ノイズキャンセルシステム１は、リファレンスマイク１２を備えていなくてもよい。また、この方式のノイズキャンセル方法の主要な部分については、例えば、特開２００５−２１１１５４号公報に記載されている。図１１は、メモリ方式のノイズキャンセルを行うノイズキャンセル装置１３の構成を示すブロック図である。図１１において、ノイズキャンセル装置１３は、蓄積部４１と、ノイズキャンセル部４２と、決定部４３とを備える。
【００９２】
蓄積部４１は、１または２以上のスライスの撮像に対応する、内蔵マイク２２が取得したノイズ信号を記録媒体に蓄積する。ＭＲＩ装置からは、規定数量のスライスを撮像するごとにトリガー信号が出力される。蓄積部４１は、そのトリガー信号をトリガーとして、ノイズ信号を蓄積してもよい。蓄積部４１がノイズ信号を蓄積する時間は、１スライスの撮像に対応する時間であってもよく、２以上のスライスの撮像に対応する時間であってもよい。後者の場合には、蓄積部４１は、例えば、規定数量のスライス（すなわち、全スライス）の撮像に対応する時間であるレピティションタイムだけノイズ信号を蓄積してもよい。レピティションタイムは、ＭＲＩ装置にも依存するが約３秒程度である。また、蓄積される対象となる「内蔵マイク２２が取得したノイズ信号」とは、内蔵マイク２２がノイズ信号のみを取得した場合には、その信号そのものであってもよく、内蔵マイク２２がノイズ信号と、外部から入力された音（例えば、被験者に提示される刺激音など）に対応する音信号とを取得した場合には、そのノイズ信号と音信号とを含む信号から音信号を除去したノイズ信号であってもよい。また、蓄積部４１がノイズ信号を蓄積する記録媒体は、例えば、半導体メモリや、光ディスク、磁気ディスク等であり、蓄積部４１が有していてもよく、あるいは蓄積部４１の外部に存在してもよい。また、この記録媒体は、ノイズ信号一時的に記憶するものであってもよく、そうでなくてもよい。
【００９３】
ノイズキャンセル部４２は、１または２以上のスライスの撮像とは異なるスライスの撮像において、蓄積部４１が蓄積したノイズ信号と逆位相の音信号をスピーカ２１に出力する。例えば、あるレピティションタイムにおいて蓄積部４１が蓄積したノイズ信号を用いて、ノイズキャンセル部４２は、別のレピティションタイムにおいてノイズキャンセルの処理を行う。当然ながら、蓄積部４１がノイズ信号を蓄積した際の条件と、ノイズキャンセル部４２がノイズキャンセルを行う際の条件とは、似ていることが好適である。例えば、両者での撮像スライス数は、一致していることが好適である。また、蓄積部４１がノイズ信号を蓄積したタイミングと、ノイズキャンセル部４２がノイズをキャンセルするための音信号を出力するタイミングとは同期していることが好適である。例えば、蓄積部４１がトリガー信号をトリガーとしてノイズ信号を蓄積した場合には、ノイズキャンセル部４２は、同じトリガー信号をトリガーとしてノイズをキャンセルするための音信号を出力することが好適である。また、ノイズキャンセル部４２は、後述する決定部４３が決定した位相及びゲインの少なくとも一方に応じた音信号をスピーカ２１に出力する。
【００９４】
決定部４３は、ノイズキャンセル部４２が音信号をスピーカ２１に出力している際に内蔵マイク２２が取得したノイズ信号を用いて、そのノイズ信号が小さくなるように、ノイズキャンセル部４２が出力する音信号の位相及びゲインの少なくとも一方を決定する。この決定部４３は、前述の決定部３３と同様のものであり、詳細な説明を省略する。
【００９５】
次に、メモリ方式のノイズキャンセルを行う場合のノイズキャンセル装置１３の動作について、図１２のフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ５０１）蓄積部４１は、内蔵マイク２２が取得したノイズ信号を記録媒体に蓄積する。この処理の詳細については、図１３のフローチャートを用いて後述する。
【００９６】
（ステップＳ５０２）決定部４３は、そのようにして蓄積されたノイズ信号を用いたノイズキャンセルの評価を行う。すなわち、位相とゲインの少なくとも一方を決定する。この処理の詳細については、図１４のフローチャートを用いて後述する。
【００９７】
（ステップＳ５０３）ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号と、決定部４３によって決定された位相とゲインの少なくとも一方とを用いて、ノイズのキャンセル処理を行う。すなわち、ノイズキャンセル部４２は、蓄積されたノイズ信号を、内蔵マイク２２の位置で逆位相となるようにスピーカ２１に出力する。そして、ノイズをキャンセルする一連の処理は終了となる。この処理の詳細については、図１５のフローチャートを用いて後述する。
【００９８】
図１３は、図１２のフローチャートにおけるノイズ信号の蓄積の処理（ステップＳ５０１）の詳細を示すフローチャートである。
（ステップＳ６０１）蓄積部４１は、ノイズ信号の蓄積を開始するかどうか判断する。そして、開始する場合には、ステップＳ６０２に進み、そうでない場合には、開始するまでステップＳ６０１の処理を繰り返す。蓄積部４１は、例えば、ＭＲＩ装置からトリガー信号が出力されたタイミングで、ノイズ信号の蓄積を開始すると判断してもよく、その他のタイミングで、ノイズ信号の蓄積を開始すると判断してもよい。
【００９９】
（ステップＳ６０２）蓄積部４１は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を取り込む。
【０１００】
（ステップＳ６０３）蓄積部４１は、その取り込んだノイズ信号を記録媒体に蓄積する。この蓄積の際に、タイムコードに対応付けて蓄積してもよい。その蓄積したノイズ信号を読み出す場合に、時系列に沿って読み出すことができるようにするためである。
【０１０１】
（ステップＳ６０４）蓄積部４１は、ノイズ信号の蓄積を終了するかどうか判断する。そして、終了する場合には、図１２のフローチャートに戻り、そうでない場合には、ステップＳ６０２に戻る。蓄積部４１は、例えば、ノイズ信号の蓄積を開始してからレピティションタイムだけ経過した場合に、ノイズ信号の蓄積を終了すると判断してもよく、その他の場合に、ノイズ信号の蓄積を終了すると判断してもよい。なお、レピティションタイムを用いた判断を行う場合には、ノイズ信号の蓄積の処理の開始からの経過時間が分かるように、ノイズ信号の蓄積の処理の開始からタイマでの計時を開始してもよく、あるいは、ノイズ信号の蓄積の処理の開始時点の時刻を図示しない記録媒体で記憶しておいてもよい。
【０１０２】
図１４は、図１２のフローチャートにおける評価の処理（ステップＳ５０２）の詳細を示すフローチャートである。図１４のフローチャートでは、決定部４３が、ヘッドホン１１への出力ゲインを決定する場合について説明する。決定部４３が、位相を決定する場合や、位相とゲインの両方を決定する場合も、同様にして実行することができる。
【０１０３】
（ステップＳ７０１）決定部４３は、ヘッドホン１１への出力ゲインの初期値と、ノイズキャンセルの効果の評価時間とを設定する。その出力ゲインの初期値や評価時間は、あらかじめ決められていてもよい。
【０１０４】
（ステップＳ７０２）ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号を用いたノイズキャンセルを開始するかどうか判断する。そして、開始する場合には、ステップＳ７０３に進み、そうでない場合には、開始するまでステップＳ７０２の処理を繰り返す。ノイズキャンセル部４２は、例えば、ＭＲＩ装置からトリガー信号が出力されたタイミングで、ノイズキャンセルを開始すると判断してもよく、その他のタイミングで、ノイズキャンセルを開始すると判断してもよい。
【０１０５】
（ステップＳ７０３）ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号を読み出す。ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号を時系列に沿って、すなわち、時間的に先頭の部分から順次、読み出していくものとする。その際に、ノイズ信号と一緒に蓄積されたタイムコードを用いて読み出してもよい。
【０１０６】
（ステップＳ７０４）ノイズキャンセル部４２は、読み出したノイズ信号と、その時点の出力ゲインとを用いて、ノイズキャンセルのためにスピーカ２１に出力する音信号を生成する。具体的には、ノイズキャンセル部４２は、読み出したノイズ信号に設定された出力ゲインを乗じて逆位相にする。この出力ゲインは、決定部４３によって設定されたものである。
【０１０７】
（ステップＳ７０５）ノイズキャンセル部４２は、そのようにして生成した音信号が、あらかじめ決められた安全な上限値を超えているかどうか判断する。そして、超えている場合には、ステップＳ７０６に進み、超えていない場合には、ステップＳ７０７に進む。
【０１０８】
（ステップＳ７０６）ノイズキャンセル部４２は、スピーカ２１に出力する音信号のうち、上限値を超えている部分を上限値で置き換えることによって音信号を変更する。
【０１０９】
なお、ステップＳ７０５，Ｓ７０６の処理は、後述する保護回路２０６によって行われてもよい。その場合には、ノイズキャンセル部４２は、ステップＳ７０５，Ｓ７０６の処理を行わなくてもよい。
【０１１０】
（ステップＳ７０７）ノイズキャンセル部４２は、生成した音信号をスピーカ２１に出力する。
【０１１１】
（ステップＳ７０８）決定部４３は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を取り込む。
【０１１２】
（ステップＳ７０９）決定部４３は、そのノイズ信号の２乗値を計算し、その２乗値を、それまでに計算して来ている、図示しない記録媒体で記憶されている２乗値の積算値である２乗積算値に加算する。なお、このステップの処理は、決定部３３によるステップＳ３０８の処理と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【０１１３】
（ステップＳ７１０）決定部４３は、フィルタの評価の処理を開始してから、評価時間が経過したかどうか判断する。そして、評価時間が経過した場合には、ステップＳ７１１に進み、そうでない場合には、ステップＳ７０３に戻って、２乗積算値の計算を継続する。なお、このステップの処理は、決定部３３によるステップＳ３０９の処理と同様であり、その詳細な説明を省略する。この評価時間は、１枚のスライスの撮像に対応する程度の時間であってもよい。その程度の時間で、十分評価を行うことができうるからである。
【０１１４】
（ステップＳ７１１）決定部４３は、次の出力ゲインの設定が存在するかどうか判断する。そして、次の出力ゲインの設定が存在する場合には、ステップＳ７１３に進み、その時点の出力ゲインの設定が最後の設定であって、それ以上の出力ゲインの設定が存在しない場合には、ステップＳ７１２に進む。
【０１１５】
（ステップＳ７１２）決定部４３は、それまでに蓄積した２乗積算値のうち、最も小さい値に対応する出力ゲインを、ノイズキャンセル部４２がスピーカ２１に出力する音信号の出力ゲインに決定する。なお、その決定された出力ゲインは、図示しない記録媒体に蓄積されてもよい。そして、図１２のフローチャートに戻る。
【０１１６】
（ステップＳ７１３）決定部４３は、出力ゲインを次の設定値に設定する。そして、ステップＳ７０２に戻って、その設定値に対する２乗積算値の計算を開始する。
【０１１７】
図１５は、図１２のフローチャートにおけるノイズキャンセルの処理（ステップＳ５０３）の詳細を示すフローチャートである。
（ステップＳ８０１）ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号を用いたノイズキャンセルを開始するかどうか判断する。そして、開始する場合には、ステップＳ８０２に進み、そうでない場合には、開始するまでステップＳ８０１の処理を繰り返す。ノイズキャンセル部４２は、例えば、ＭＲＩ装置からトリガー信号が出力されたタイミングで、ノイズキャンセルを開始すると判断してもよく、その他のタイミングで、ノイズキャンセルを開始すると判断してもよい。このフローチャートでは、ＭＲＩ装置からトリガー信号が出力されたタイミングで、ノイズキャンセルを開始すると判断されるものとする。
【０１１８】
（ステップＳ８０２）ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号を読み出す。ノイズキャンセル部４２は、蓄積部４１によって蓄積されたノイズ信号を時系列に沿って読み出していくものとする。その際に、ノイズ信号と一緒に蓄積されたタイムコードを用いて読み出してもよい。
【０１１９】
（ステップＳ８０３）ノイズキャンセル部４２は、読み出したノイズ信号と、ステップＳ５０２において決定された出力ゲインとを用いて、ノイズキャンセルのためにスピーカ２１に出力する音信号を生成する。この処理は、ステップＳ７０４と同様にして行われる。
【０１２０】
（ステップＳ８０４）ノイズキャンセル部４２は、そのようにして生成した音信号が、あらかじめ決められた安全な上限値を超えているかどうか判断する。そして、超えている場合には、ステップＳ８０５に進み、超えていない場合には、ステップＳ８０６に進む。
【０１２１】
（ステップＳ８０５）ノイズキャンセル部４２は、スピーカ２１に出力する音信号のうち、上限値を超えている部分を上限値で置き換えることによって音信号を変更する。
【０１２２】
なお、ステップＳ８０４，Ｓ８０５の処理は、後述する保護回路２０６によって行われてもよい。その場合には、ノイズキャンセル部４２は、ステップＳ８０４，Ｓ８０５の処理を行わなくてもよい。
【０１２３】
（ステップＳ８０６）ノイズキャンセル部４２は、生成した音信号をスピーカ２１に出力する。
【０１２４】
（ステップＳ８０７）ノイズキャンセル部４２は、ノイズをキャンセルする処理を終了するかどうか判断する。そして、終了する場合には、図１２のフローチャートに戻り、ノイズをキャンセルする一連の処理を終了し、そうでない場合には、ステップＳ８０８に進む。なお、ノイズキャンセル部４２は、例えば、ユーザからの終了指示を受け付けた場合に、ノイズをキャンセルする処理を終了すると判断してもよく、その他のタイミングで、ノイズをキャンセルする処理を終了すると判断してもよい。
【０１２５】
（ステップＳ８０８）ノイズキャンセル部４２は、ステップＳ８０１でノイズキャンセルを開始すると判断されてから繰り返し時間が経過したかどうか判断する。そして、繰り返し時間が経過した場合には、ステップＳ８０１に戻り、そうでない場合には、ステップＳ８０２に戻る。
【０１２６】
なお、このメモリ方式のノイズキャンセル方法においても、評価（ステップＳ５０２）において、位相とゲインの少なくとも一方の調整が終了しているのであれば、ノイズキャンセル（ステップＳ５０３）においては、ノイズキャンセルをリアルタイムで行いながら、外部から入力された音信号をスピーカ２１に出力することもでき、その外部からの音を被験者に聞かせることができる。この場合には、ステップＳ５０２において一度、出力ゲイン等の設定が終了すれば、ステップＳ５０３においては、それらの設定をする必要がないからである。
【０１２７】
また、このメモリ方式のノイズキャンセル方法において、決定部４３によって位相とゲインの少なくとも一方を決定する場合について説明したが、精度の高いノイズキャンセルが要求されない場合には、その位相とゲインの少なくとも一方に関する調整を行わなくてもよい。そのように、位相とゲインの少なくとも一方に関する調整を行わない場合には、ノイズキャンセル装置１３は、決定部４３を備えていなくてもよい。
【０１２８】
ここで、このメモリ方式のノイズキャンセルの原理について簡単に説明する。図１６は、脳研究用のシーケンスで、ガントリ内のある特定位置で騒音を測定した波形図の一例である。図１６（ａ）は、１番目のトリガー信号をトリガーとして測定されたＭＲＩ騒音である。図１６（ｂ）は、２番目以降のトリガー信号をトリガーとして測定されたＭＲＩ騒音である。これらは、５０μｓでサンプリングされている。図１６（ａ）の区間４０１の波形は、最初のスライス位置で断層像を撮像したときの騒音であり、区間４０２の波形は、次のスライス位置での騒音である。各スライス位置での騒音は、互いにかなり近い波形となっている。また、図１６（ａ）、（ｂ）の波形はよく一致している。このように、図１６の場合では、トリガー信号ごとに繰り返し性があることがわかる。また、例えば、図１６において、図１６（ａ）のノイズ信号を蓄積しておき、図１６（ｂ）のノイズ信号のキャンセルを行った場合には、効果的にノイズをキャンセルすることができることは明らかである。したがって、あるトリガー信号を用いて蓄積されたノイズ信号を用いて、他のトリガー信号を用いてノイズキャンセルの処理を行った場合に、効果的なノイズキャンセルを実現することができると考えられる。
【０１２９】
（３）フィードバック制御のノイズキャンセル方法
フィードバック制御のノイズキャンセルを行う場合には、ノイズキャンセル装置１３は、内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を用いて、フィードバック制御によって内蔵マイク２２の位置のノイズをキャンセルする。この場合には、リファレンスマイク１２によって取得されたノイズ信号を用いなくてもよいため、ノイズキャンセルシステム１は、リファレンスマイク１２を備えていなくてもよい。また、このフィードバック制御のノイズキャンセルの方法は、通常のフィードバック制御の場合と同様であり、その詳細な説明を省略する。なお、「内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号」は、内蔵マイク２２がノイズ信号のみを取得した場合には、その信号そのものであってもよく、内蔵マイク２２がノイズ信号と、外部から入力された音（例えば、被験者に提示される刺激音など）に対応する音信号とを取得した場合には、スピーカ２１から出力された音信号が内蔵マイク２２で取得される音の波形を推定し、内蔵マイクで取得されたノイズ信号と音信号とを含む信号から、その推定された音信号を除去したノイズ信号であってもよい。ノイズキャンセル装置１３は、その内蔵マイク２２によって取得されたノイズ信号を、内蔵マイクの位置で打ち消すための信号を予測推定して、スピーカ２１に出力してもよい。なお、前述の説明のように、この場合にも、ノイズキャンセル装置１３がスピーカ２１に出力する音信号の位相とゲインの少なくとも一方を決定し，その決定した位相とゲインの少なくとも一方に応じた音信号をスピーカ２１に出力してもよい。
【０１３０】
なお、ここでは、３通りのノイズキャンセル方法について説明したが、オーディオ分野で知られているそれ以外のノイズキャンセル方法を用いてもよい。例えば、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併合した２自由度ＡＮＣを用いてもよい。
【０１３１】
次に、本実施の形態によるノイズキャンセルシステム１の動作について、具体例を用いて説明する。この具体例では、図１７で示されるように、ＭＲＩの被験者１０４がヘッドホン１１を装着し、ノイズキャンセル処理が行われる場合について説明する。図１７は、ノイズキャンセルシステム１やＭＲＩ装置１０１を含むシステム全体の構成を示す図である。図１７において、ＭＲＩ室１００には、計算機室２００が併設されている。ＭＲＩ室１００には、ＭＲＩ装置１０１が存在し、計算機室２００には、ＭＲＩ制御装置２０１が存在する。ノイズキャンセルシステム１は、ＡＮＣ処理装置２０２と、マイクアンプやミキサからなる音響入出力装置２０３と、被験者用のヘッドホン１１と、内蔵マイク２２の近傍であって、ヘッドホン１１の外に設置されたリファレンスマイク１２と、被験者１０４の口元付近に配置された被験者の通話マイク１０９と、計算機室２００内で検査者の音声を入力するためのマイク２０４と、被験者１０４の音声を計算機室２００内に出力するためのスピーカ２０５と、ＭＲＩ室１００と計算機室２００との間の電気信号を通過させるためのノイズフィルタ１１０とを主に備えている。ヘッドホン１１は、内蔵マイク２２と、図示しないスピーカ２１とを備えている。また、ノイズキャンセルシステム１は、被験者１０４に過大な音響出力がなされないようにするための保護回路２０６を備えていることが好適である。図１７で示されるように、ノイズキャンセルシステム１は、図１で示す以外の構成要素を備えていてもよい。
【０１３２】
台１０２上の被験者１０４は、ＭＲＩ装置１０１の円筒状のガントリ（ボアと呼ばれることもある）１０３内において、ヘッドコイルとよばれるＲＦコイル１０５が装着された状態となっている。さらに、被験者１０４には、ヘッドホン１１、リファレンスマイク１２、通話マイク１０９が装着されている。ヘッドホン１１、リファレンスマイク１２、通話マイク１０９は、前述のように、非磁性であることが要求される。通話マイク１０９は、例えば、光マイクであってもよく、圧電体素子によって構成されたマイクであってもよい。また、ヘッドホン１１は、遮音性が高いものである。
【０１３３】
ＭＲＩ装置１０１では、大きく分けて、静磁場、傾斜磁場、高周波磁場の３種類の磁場が用いられる。傾斜磁場、高周波磁場の印加手順はパルスシーケンスと呼ばれる。このシーケンスに基づき、ＭＲＩ制御装置２０１から強力な電流パルスが周期的にＭＲＩ装置１０１の磁場コイルに流される。このため、電磁誘導ノイズや、コイルに生じた振動により大きな騒音を発生する。このように、ＭＲＩ装置１０１には、電磁誘導ノイズ、騒音、振動、さらには静磁場中での振動による誘導ノイズが発生することになる。このとき、ＭＲＩ制御装置２０１から、パルスシーケンスの開始時のタイミングを規定するためのトリガー信号が出力される。ＡＮＣ処理装置２０２は、そのトリガー信号を取り込んで、前述のように、そのトリガー信号をノイズキャンセルの処理において用いることができる。
【０１３４】
図１８は、ＡＮＣ処理装置２０２や、音響入出力装置２０３の詳細な構成を示すブロック図である。図１８において、ＡＮＣ処理装置２０２は、ＡＤ変換器２１０と、平均化処理部２１１と、ノイズキャンセル装置１３と、ＤＡ変換器２１３とを備える。音響入出力装置２０３は、多チャンネルのマイクアンプ２０７と、ヘッドホン１１への出力信号を合成するためのミキサ２０８と、パーソナルコンピュータなどである音刺激提示部２０９と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１４，２１５とを備える。
【０１３５】
通話マイク１０９が取得した被験者１０４の発した音声に対応する音声信号は、ノイズフィルタ１１０を通過し、マイクアンプ２０７で増幅された後に、スピーカ２０５に出力される。リファレンスマイク１２が取得したヘッドホン１１の外部のノイズ信号と、内蔵マイク２２で取得したヘッドホン１１の内部のノイズ信号とは、ノイズフィルタ１１０を通過し、マイクアンプ２０７で増幅される。そして、ＬＰＦ２１４を介してＡＤ変換器２１０でデジタル信号に変換され、平均化処理部２１１で移動平均処理などの平均化処理が行われ、ノイズキャンセル装置１３に入力される。ノイズキャンセル装置１３では、前述のように、ノイズキャンセルの処理が行われ、スピーカ２１に出力する音信号がリアルタイムで生成される。ノイズキャンセル装置１３で生成された音信号は、ＤＡ変換器２１３においてアナログ信号に変換され、ミキサ２０８に送られる。さらに、保護回路２０６で被験者１０４に過大な音量とならないように音量レベルが制限され、ノイズフィルタ１１０を通過して、スピーカ２１に出力される。このようにして、ヘッドホン１１の密閉空間内に残存するＭＲＩ騒音のキャンセルが行われる。なお、平均化処理部２１１による平均化処理により、リファレンスマイク１２の取得したノイズ信号や、内蔵マイク２２が取得したノイズ信号に含まれる電磁誘導ノイズやＡＤ変換で混入する電気的なノイズを低減することが可能である。また、ＬＰＦ２１４、２１５は、それぞれアンチエリアシングフィルタや、スムージングフィルタと呼ばれるローパスフィルタである。また、通常、スピーカ２１への出力信号と、内蔵マイク２２からの入力信号は、左右一つずつ存在する。そして、それぞれに対して独立にノイズキャンセル処理が実行されることになる。また、リファレンスマイク１２は、１個であってもよく、右耳用と左耳用にそれぞれ１個ずつあってもよい。また、ノイズキャンセル装置１３が、前述の（２）メモリ方式のノイズキャンセルや、（３）フィードバック制御のノイズキャンセルを行う場合には、これらのシステムが、リファレンスマイク１２を備えていなくてもよい。
【０１３６】
なお、図１７，図１８において、５０μｓのサンプリング程度のリアルタイム性で、ヘッドホン１１内のＭＲＩのノイズのキャンセルを行いながら、通話マイク１０９が取得した被験者の音声信号をＡＮＣ処理装置２０２でＡＤ変換し、その音声信号に混入するＭＲＩ騒音をキャンセルして被験者の音声を明瞭にし、ＭＲＩ制御装置２０１のトリガー信号とともに記録してもよい。さらに、計算機室２００内の検査者の音声も、同様に記録してもよい。
【０１３７】
図１９は、ＭＲＩ騒音を録音し、その録音した騒音をスピーカから大音量で出力し、ノイズキャンセルの実験を行った場合の波形の一例を示す図である。その実験において、リファレンスマイク１２は騒音源の近くに配置した。また、被験者は、内蔵マイク２２を備えたヘッドホン１１を装着した。そして、スピーカから１００ｄＢ程度の騒音を出して、ノイズキャンセルを行った。また、ノイズキャンセルの方法としては、前述の（１）フィードフォワード制御のノイズキャンセルの方法とほぼ等価なアルゴリズムを用いた。
【０１３８】
図１９において、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ヘッドホン１１の外部のＭＲＩ騒音の波形図、ヘッドホン１１の密閉空間内に残存するＭＲＩ騒音の波形図、ノイズキャンセル後のヘッドホン１１の密閉空間内のＭＲＩ騒音の波形図である。図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、すべて同じレンジで表示している。
【０１３９】
図１９（ａ）で示されるヘッドホン１１の外部のノイズと、図１９（ｂ）で示されるヘッドホン１１の密閉空間内のノイズとを比較すると、ヘッドホン１１によって２０ｄＢ以上の遮音効果が得られていることが分かる。さらに、図１９（ｂ）で示されるヘッドホン１１の密閉空間内のノイズと、図１９（ｃ）で示されるノイズキャンセル後のヘッドホン１１の密閉空間内のノイズとを比較すると、ノイズキャンセル処理によって、１０〜１５ｄＢ程度のノイズキャンセル効果の得られていることが分かる。したがって、本実施の形態によるノイズキャンセル方法により、ヘッドホン１１の外部の図１９（ａ）のＭＲＩ騒音に対し、ノイズキャンセル後のヘッドホン１１の密閉空間内の騒音は、３０〜３５ｄＢのノイズキャンセル効果が得られていることが分かる。このようにして、１００ｄＢ程度のＭＲＩ騒音を、７０〜６５ｄＢ程度に低減できるため、例えば、ＭＲＩ騒音が脳研究の結果に影響を及ぼす問題を解決できることになりうる。
【０１４０】
なお、図１９の実験では、全て５０μｓのサンプリングを行った。５０μｓの時間内で、ＡＤ変換、ノイズキャンセルの計算処理、ＤＡ変換などの、ノイズキャンセル動作に必要な処理を全て行っている。さらに、出力ゲインが設定された後は、その設定されたパラメータを変更することなく、２０分以上にわたって同様なキャンセル効果を得ることができることを確認した。
【０１４１】
以上のように、本実施の形態によるノイズキャンセルシステム１によれば、ＭＲＩ環境で用いられる遮音性の高いヘッドホン１１の内部でのノイズキャンセルを実現することができる。特に、内蔵マイク２２として、光マイクや、高感度の複合圧電体のマイクを用いることによって、ヘッドホン１１の密閉空間内における音波のノイズを効果的にとらえることができる。
【０１４２】
また、発明者らの研究によって、ＭＲＩに起因するノイズには、時間的な繰り返し性と、被験者の体長方向及びガントリの円柱の中心軸からの半径方向に対する位置依存性とがあることが分かった。また、そのノイズには、ガントリの円柱の中心軸から同じ半径の位置、すなわち、ガントリの円柱の長さ方向に垂直な面上における、その円柱の中心軸から同じ半径の位置では、そのノイズに位置依存性がないことが分かった。したがって、ＭＲＩに起因するノイズのそれらの特性を用いて、効果的なノイズキャンセルを行うことができうる。例えば、フィードフォワード制御のノイズキャンセルにおいて、リファレンスマイク１２の位置と、内蔵マイク２２の位置とを、被験者の体長方向における同じ位置とすると共に、ガントリの円柱の中心軸から同じ半径の位置とすることによって、リファレンスマイク１２によって取得したノイズ信号を用いて、内蔵マイク２２の位置のノイズ信号をより精度よく推定できることになる。また、トリガー信号ごとの、あるいは、一のスライスの撮像ごとの時間的な繰り返し性を用いることによって、メモリ方式のノイズキャンセルを実現することができる。
【０１４３】
また、ＭＲＩに起因するノイズは、ガントリの壁からガントリの円筒空間の中心に向かって放出される。放出された音波は、ガントリ内の物体からの反射や反対側のガントリ壁からの反射など、非常に複雑な経路を経て特有の音場が形成される。しかしながら、ＭＲＩ撮像時においては、被験者や台、ヘッドコイルなど、ガントリ内の物体は全て固定したままである。また、ＭＲＩ室や計算機室の室温や湿度も一定に保たれている。したがって、複雑ではあるが、定常的に急激に変化するＭＲＩに特有のノイズの音場が形成されることになる。したがって、一度、フィルタパラメータを計算し、位相とゲインの少なくとも一方を決定すると、その計算結果等を用いて、長期にわたって同じ精度のノイズキャンセルを実現することが可能となる。
【０１４４】
なお、図７、及び図１４のフローチャートでは、自動的に出力ゲインを決定する場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、内蔵マイク２２の取得した音信号を図示しないスピーカから出力することによって、ヘッドホン１１の密閉空間内のノイズをモニタすることができる。そして、そのノイズをモニタしている者が、ノイズキャンセル部３２の出力ゲイン、あるいは、ノイズキャンセル装置１３とスピーカ２１との間に位置するミキサ２０８のヘッドホン１１への出力ボリュームを調整して、ヘッドホン１１の密閉空間内のノイズが小さくなるように調整してもよい。また、ここでは、出力ゲインの決定について説明したが、位相の決定についても、同様に行ってもよい。
【０１４５】
また、図５のフローチャートにおけるフィルタの評価の処理（ステップＳ１０２）や、図１２のフローチャートにおける評価の処理（ステップＳ５０２）において決定された、位相とゲインの少なくとも一方は、ＭＲＩの被験者が変わったとしても、ノイズキャンセルシステム１におけるヘッドホン１１等の機器が変更されない限り、同じ値を用いてもよい。その場合には、例えば、図５のフローチャートにおいて、すでに位相とゲインの少なくとも一方が決定されている場合には、ステップＳ１０１からステップＳ１０３に進んでもよい。また、例えば、図１２のフローチャートにおいて、すでに位相とゲインの少なくとも一方が決定されている場合には、ステップＳ５０１からステップＳ５０３に進んでもよい。
【０１４６】
また、ヘッドホン１１のスピーカ２１をマイク（例えば、内蔵マイク２２など）として用いてもよい。その場合には、面積が大きいため、高感度のマイクとなりうる。また、そのマイクによって、ヘッドホン１１の密閉空間内のノイズを測定することも可能となる。ただし、スピーカ２１をマイク兼用にする場合には、送受分離が必要となる。
【０１４７】
また、上記説明では、フィルタパラメータや、出力ゲイン等を一度設定すると、その後は、その設定されたものを用いてノイズキャンセル処理を継続する場合について説明したが、そのノイズキャンセル処理の途中において、再度のフィルタパラメータの設定や、出力ゲイン等の設定を行ってもよい。例えば、フィルタパラメータ等が設定されてから所定の時間（例えば、１５分や３０分など）が経過した場合に、そのフィルタパラメータ等の再設定を行うようにしてもよい。所定の時間が経過することによって、被験者の体位などが少しはずれることもあり、フィルタパラメータ等が最適なものでなくなっている可能性もありうるからである。
【０１４８】
また、上記実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。
【０１４９】
また、上記実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いるしきい値や数式、アドレス等の情報等は、上記説明で明記していない場合であっても、図示しない記録媒体において、一時的に、あるいは長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、あるいは、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、あるいは、図示しない読み出し部が行ってもよい。
【０１５０】
また、上記実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いるしきい値やアドレス、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していない場合であっても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、あるいは、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。
【０１５１】
また、上記実施の形態において、ノイズキャンセル装置１３等に含まれる２以上の構成要素が通信デバイスや入力デバイス等を有する場合に、２以上の構成要素が物理的に単一のデバイスを有してもよく、あるいは、別々のデバイスを有してもよい。
【０１５２】
また、上記実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、あるいは、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、上記実施の形態におけるノイズキャンセル装置１３を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータを、ＭＲＩの被験者が装着する密閉型のヘッドホンを用いたノイズキャンセル装置として機能させるためのプログラムであって、前記ヘッドホンは、圧電体素子によって構成された、音を出力するスピーカと、前記スピーカが音を出力する密閉空間の内部のノイズを少なくとも取得する非磁性の内蔵マイクと、を備え、前記内蔵マイクによって取得されたノイズ信号を少なくとも用いることによって、前記密閉空間の内部のノイズがキャンセルされるように音信号を生成し、前記スピーカに出力するノイズキャンセル装置として機能させるためのプログラムである。
【０１５３】
なお、上記プログラムにおいて、上記プログラムが実現する機能には、ハードウェアでしか実現できない機能は含まれない。例えば、情報の取得や、情報の出力などにおけるモデムやインターフェースカードなどのハードウェアでしか実現できない機能は、上記プログラムが実現する機能には少なくとも含まれない。
【０１５４】
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。
【０１５５】
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
【０１５６】
図２０は、上記プログラムを実行して、上記実施の形態によるノイズキャンセル装置１３を実現するコンピュータの外観の一例を示す模式図である。上記実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムによって実現されうる。
【０１５７】
図２０において、コンピュータシステム９００は、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）ドライブ９０５、ＦＤ（Ｆｌｏｐｐｙ（登録商標）  Ｄｉｓｋ）ドライブ９０６を含むコンピュータ９０１と、キーボード９０２と、マウス９０３と、モニタ９０４とを備える。
【０１５８】
図２１は、コンピュータシステム９００の内部構成を示す図である。図２１において、コンピュータ９０１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９０５、ＦＤドライブ９０６に加えて、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９１１と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのＲＯＭ９１２と、ＭＰＵ９１１に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶すると共に、一時記憶空間を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９１３と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するハードディスク９１４と、ＭＰＵ９１１、ＲＯＭ９１２等を相互に接続するバス９１５とを備える。なお、コンピュータ９０１は、ＬＡＮへの接続を提供する図示しないネットワークカードを含んでいてもよい。
【０１５９】
コンピュータシステム９００に、上記実施の形態によるノイズキャンセル装置１３の機能を実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２１、またはＦＤ９２２に記憶されて、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９０５、またはＦＤドライブ９０６に挿入され、ハードディスク９１４に転送されてもよい。これに代えて、そのプログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ９０１に送信され、ハードディスク９１４に記憶されてもよい。プログラムは実行の際にＲＡＭ９１３にロードされる。なお、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２１やＦＤ９２２、またはネットワークから直接、ロードされてもよい。
【０１６０】
プログラムは、コンピュータ９０１に、上記実施の形態によるノイズキャンセル装置１３の機能を実行させるオペレーティングシステム（ＯＳ）、またはサードパーティプログラム等を必ずしも含んでいなくてもよい。プログラムは、制御された態様で適切な機能（モジュール）を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいてもよい。コンピュータシステム９００がどのように動作するのかについては周知であり、詳細な説明は省略する。
【０１６１】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
以上より、本発明によるノイズキャンセルシステム等によれば、ＭＲＩ環境で用いられる遮音性の高いヘッドホン内部でのノイズキャンセルを実現することができるという効果が得られ、例えば、ＭＲＩを用いた脳研究の分野で用いられるノイズキャンセルシステム等として有用である。
【符号の説明】
【０１６３】
１  ノイズキャンセルシステム
１１  ヘッドホン
１２  リファレンスマイク
１３  ノイズキャンセル装置
２１  スピーカ
２２  内蔵マイク
３１  フィルタパラメータ計算部
３２、４２  ノイズキャンセル部
３３、４３  決定部
４１  蓄積部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図９】
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【図１０】
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【図１６】
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【図１９】
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