Recently, MRI scanner is continually used for medical diagnosis and many biomedical researches. When it operates, however, intense noise is generated. The SPL (Sound Pressure Level) of the noise ap-proaches 130 dB especially in 3T MRI. It is expected that the SPL would increase in the future MRI because the strength of magnetic field will increase for higher-resolution image. It’s a safety risk because a patient is exposed to intense noise for over 20 minutes and it could cause temporary hearing loss to the patient in ex-treme case. Ear plugs or ear protector have been used to reduce the noise. But, it’s effective only for reducing high-frequency noises. For this reason, active noise control systems have been researched for reducing low-frequency noises in which MRI noise has a high SPL. The previous systems mainly have used feedback FXLMS (Filtered-X Least Mean Square) algorithm which is able to reduce the noise at target point inside bore. However, it is able to control only narrowband noises and possible to diverge in severe case.
In this paper, we determined the property of MRI noise signal measured in MRI. The signal has quasi-periodicity. And the main frequency peaks in frequency domain are multiple of base frequency. Using this property, we propose DFS (Discrete Fourier Series)-based adaptive active noise control algorithm for reducing the noise. This algorithm is focused on the main frequency peaks of MRI noise, and able to reduce the noise effectively.
Numerical simulations were performed to evaluate the noise reduction performance of the proposed algorithm. Simulation results showed the noticeable noise reduction effect. MRI experiments were also per-formed to confirm the performance of the proposed algorithm. Experimental results demonstrated that the proposed algorithm can effectively reduce MRI noise at target point by approximately 30 dB at the target frequency peaks.
MRI 기기는 중요한 의료기기로서 질병의 정밀진단 및 생체의학적 연구를 위해 많이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 기기는 작동 시에 큰 소음을 발생한다. 특히, 최근에 보급되는 3T(Tesla) MRI의 경우 130dB SPL(Sound Pressure Level)에 육박하는 소음을 발생한다. 더 높은 해상도의 영상을 얻기 위해 기기 내에 사용되는 자기장에 세기가 더 커진다면, 이러한 소음은 더 커질 것으로 예상되고 있다. 이는 MRI 공동 내부에 존재하는 환자에게 불안감과 더불어 불편함을 주며, 오랜 시간 노출될 경우 일시적 청각손실을 유발할 수 있기 때문에 문제가 되고 있다. 이 같은 소음을 줄이기 위해 환자에게 귀마개나 귀 보호대를 사용하도록 하지만, 그 저감 효과는 고주파수 대역의 소음에만 한정 되고 있다. 따라서, 최근에는 MRI 소음이 주로 에너지를 가지는 저주파수 대역의 소음을 줄이기 위해, 능동소음제어 방법들이 연구되고 있다. 공동 내부에서의 소음을 줄이기 위한 경우, 물리적 환경에 의해 피드백 구조의 FXLMS(Filtered-X Least Mean Square) 알고리즘이 사용되고 있다. 하지만, 이 알고리즘은 외란에 민감하여 발산할 우려가 있으며, 성능이 협대역의 소음들에만 한정된다.
본 논문에서는 MRI 공동 내부에 도달하는 소음의 특성을 분석하여, MRI 소음 신호가 준 주기성을 가짐을 확인하였다. 따라서, 이 같은 특성을 이용하여 공동 내부 목표점의 소음을 줄이기 위한 이산 푸리에 급수 기반 적응 능동 소음제어 알고리즘을 제안하고자 한다.
알고리즘의 성능을 검증하기 위해 컴퓨터 모의실험을 수행하였고, 그 결과는 알고리즘이 소음을 현저하게 저감하는 것을 보여주었다. 실험실 환경에서의 예비 실험과 실제 MRI 환경에서의 실험을 통해, 실제 장비들로 알고리즘을 구현하여 그 성능을 검증하였다. MRI실험에서는 MRI 소음이 목표 주파수 피크에서 대략 30 dB 감소하는 결과를 보였으며, 제안하는 알고리즘이 MRI 소음을 줄이는데 효과적임을 보여주었다.
