JP2011206287A - Signal processing apparatus and magnetic resonance imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce coherent noise by removing DC offsets by a digital filter.SOLUTION: The signal processing apparatus includes the digital filter 21 disposed on a prior stage to a detection circuit 22. The digital filter 21 is a high-pass filter which transmits components in a frequency band Fc±ΔF included in digital signals SD, but which removes DC offset components. As the digital filter 21 removes DC offsets before the DC offsets are input in the detection circuit 22, generation of noise N of a frequency Fc can be suppressed, and as a result, the coherent noise can be reduced.

Description

本発明は、ノイズを低減するための信号処理装置、および磁気共鳴イメージング装置に関する。   The present invention relates to a signal processing apparatus and a magnetic resonance imaging apparatus for reducing noise.

磁気共鳴イメージング装置では、受信系に混入するノイズを除去することは極めて重要である。受信系に混入するノイズを除去する技術として、例えば、特許文献１の技術が知られている。   In a magnetic resonance imaging apparatus, it is extremely important to remove noise mixed in the receiving system. As a technique for removing noise mixed in the reception system, for example, the technique of Patent Document 1 is known.

特開平10-127603号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-127603

受信系に混入するノイズは、様々であるが、特に、磁気共鳴信号の中心周波数に同期したノイズ（いわゆるコヒーレントノイズ）は、画像の中心に明瞭なドットとして現れるので、コヒーレントノイズはできるだけ低減することが望まれている。   There are various types of noise mixed in the receiving system. In particular, noise synchronized with the center frequency of the magnetic resonance signal (so-called coherent noise) appears as a clear dot at the center of the image, so reduce the coherent noise as much as possible. Is desired.

所定の周波数の成分を含むアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記デジタル信号に含まれるＤＣオフセットの成分を除去するデジタルフィルタと、
前記ＤＣオフセットの成分が除去されたデジタル信号に含まれる前記所定の周波数の成分をＤＣ成分に変換し、検波を行う検波回路と、
を有する信号処理装置。 An AD converter that converts an analog signal including a component of a predetermined frequency into a digital signal;
A digital filter for removing a DC offset component contained in the digital signal;
A detection circuit that converts the component of the predetermined frequency included in the digital signal from which the DC offset component has been removed into a DC component, and performs detection;
A signal processing apparatus.

デジタルフィルタでＤＣオフセットを除去することによって、コヒーレントノイズを低減することができる。   By removing DC offset with a digital filter, coherent noise can be reduced.

本発明の第１の実施形態の信号処理装置を示す図である。It is a figure which shows the signal processing apparatus of the 1st Embodiment of this invention. デジタルフィルタ２１を備えていない信号処理装置１００′を示す図である。It is a figure which shows signal processing apparatus 100 'which is not provided with the digital filter 21. FIG. 高周波数Ｆｃのノイズが出たときの様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when the noise of high frequency Fc comes out. 第２の実施形態の信号処理装置を示す図である。It is a figure which shows the signal processing apparatus of 2nd Embodiment. 第３の実施形態の信号処理装置を示す図である。It is a figure which shows the signal processing apparatus of 3rd Embodiment. 図１に示す信号処理装置１００を磁気共鳴イメージング装置に適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the signal processing apparatus 100 shown in FIG. 1 to the magnetic resonance imaging apparatus.

以下、発明を実施するための形態について説明するが、本発明は、以下の形態に限定されることはない。   Hereinafter, although the form for inventing is demonstrated, this invention is not limited to the following forms.

（１）第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態の信号処理装置を示す図である。
信号処理装置１００は、ＡＤ（Analog Digital）コンバータ１０と、デジタル回路２０とを有している。 (1) First Embodiment FIG. 1 is a diagram illustrating a signal processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
The signal processing apparatus 100 includes an AD (Analog Digital) converter 10 and a digital circuit 20.

ＡＤコンバータ１０には、アナログ信号ＳＡが入力される。アナログ信号ＳＡは、中心周波数Ｆｃを中心とした±ΔＦの周波数の信号を含む高周波帯域（例えば、ＭＨｚ）のアナログ信号である。ＡＤコンバータ１０は、アナログ信号ＳＡをデジタル信号ＳＤに変換する。したがって、デジタル信号ＳＤは、Ｆｃ±ΔＦの情報を有している。しかし、ＡＤコンバータ１０には、僅かながら、本質的にＤＣオフセットが存在している。したがって、ＡＤコンバータ１０から出力されたデジタル信号ＳＤは、図１に示すように、周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分の他に、ＤＣオフセットの成分も含んでいる。尚、デジタル信号ＳＤは、説明の便宜上、周波数成分に分けて２本の線で示されている。デジタル信号ＳＤは、デジタル回路２０に入力される。   An analog signal SA is input to the AD converter 10. The analog signal SA is an analog signal in a high frequency band (for example, MHz) including a signal having a frequency of ± ΔF centered on the center frequency Fc. The AD converter 10 converts the analog signal SA into a digital signal SD. Therefore, the digital signal SD has information of Fc ± ΔF. However, the AD converter 10 has a slight DC offset essentially. Therefore, the digital signal SD output from the AD converter 10 includes a DC offset component in addition to the frequency band Fc ± ΔF component, as shown in FIG. For convenience of explanation, the digital signal SD is divided into frequency components and indicated by two lines. The digital signal SD is input to the digital circuit 20.

デジタル回路２０は、デジタルフィルタ２１、検波回路２２、およびデジタルフィルタ２３を有している。   The digital circuit 20 includes a digital filter 21, a detection circuit 22, and a digital filter 23.

デジタルフィルタ２１は、デジタル信号ＳＤに含まれる周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分は通過させるが、ＤＣオフセット成分は除去するハイパスフィルタである。したがって、デジタルフィルタ２１が出力するデジタル信号ＳＤ１は、周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分を含んでいるが、ＤＣオフセット成分は除去されている。デジタル信号ＳＤ１は、検波回路２２に入力される。   The digital filter 21 is a high-pass filter that passes the component of the frequency band Fc ± ΔF included in the digital signal SD but removes the DC offset component. Therefore, the digital signal SD1 output from the digital filter 21 includes the component of the frequency band Fc ± ΔF, but the DC offset component is removed. The digital signal SD1 is input to the detection circuit 22.

検波回路２２は、デジタル信号ＳＤ１に対して検波を行う回路であり、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ（Direct
Digital Synthesizer）２２１および乗算器２２２を有している。 The detection circuit 22 is a circuit that detects the digital signal SD1, and is a direct digital synthesizer (Direct
Digital Synthesizer) 221 and multiplier 222.

ダイレクト・デジタル・シンセサイザ２２１は、周波数Ｆｃの正弦波を生成する。乗算器２２２は、周波数Ｆｃの正弦波を、デジタル信号ＳＤ１に掛け合わせる。これによって、デジタル信号ＳＤ１の周波数Ｆｃは、ＤＣ（周波数＝０）に変換される。したがって、検波回路２２は、デジタル信号ＳＤ１を、低周波数帯域ＤＣ±ΔＦの成分を含むデジタル信号ＳＤ２に変換する。デジタル信号ＳＤ２は、デジタルフィルタ２３に入力される。   The direct digital synthesizer 221 generates a sine wave having a frequency Fc. The multiplier 222 multiplies the digital signal SD1 by a sine wave having the frequency Fc. As a result, the frequency Fc of the digital signal SD1 is converted to DC (frequency = 0). Therefore, the detection circuit 22 converts the digital signal SD1 into a digital signal SD2 including a component of the low frequency band DC ± ΔF. The digital signal SD2 is input to the digital filter 23.

デジタルフィルタ２３は、デジタル信号ＳＤ２の低周波数帯域（ＤＣ±ΔＦ）の成分は通過させるが、高周波数のノイズ成分は除去するローパスフィルタである。したがって、デジタルフィルタ２３は、デジタル信号ＳＤ２から高周波数のノイズ成分が除去されたデジタル信号ＳＤ３を出力することができる。   The digital filter 23 is a low-pass filter that passes a low frequency band (DC ± ΔF) component of the digital signal SD2 but removes a high frequency noise component. Therefore, the digital filter 23 can output the digital signal SD3 obtained by removing the high frequency noise component from the digital signal SD2.

信号処理装置１００は、２つのデジタルフィルタ２１および２３を有している。デジタルフィルタ２１はＤＣオフセットを除去し、デジタルフィルタ２３は高周波ノイズを除去する。したがって、信号処理装置１００は、デジタル信号ＳＤから、ＤＣオフセットおよび高周波ノイズを除去することができる。   The signal processing apparatus 100 has two digital filters 21 and 23. The digital filter 21 removes DC offset, and the digital filter 23 removes high frequency noise. Therefore, the signal processing apparatus 100 can remove DC offset and high frequency noise from the digital signal SD.

また、信号処理装置１００は、検波回路２２の前段にデジタルフィルタ２１を備えることによって、アナログ信号ＳＡの中心周波数Ｆｃに同期したノイズ（いわゆるコヒーレントノイズ）を低減することができるという効果がある。この効果が得られる理由を説明するために、以下に、検波回路２２の前段にデジタルフィルタ２１を備えない場合に、どのような現象が発生するかについて、図２および図３を参照しながら説明する。   In addition, the signal processing apparatus 100 includes the digital filter 21 before the detection circuit 22, so that there is an effect that noise (so-called coherent noise) synchronized with the center frequency Fc of the analog signal SA can be reduced. In order to explain the reason why this effect is obtained, what phenomenon occurs when the digital filter 21 is not provided in the previous stage of the detection circuit 22 will be described below with reference to FIGS. To do.

図２は、デジタルフィルタ２１を備えていない信号処理装置１００′を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a signal processing device 100 ′ that does not include the digital filter 21.

図２に示す信号処理装置１００′は、デジタルフィルタ２１を備えていない点を除いて、図１に示す信号処理装置１００と同じ構成である。   The signal processing device 100 ′ shown in FIG. 2 has the same configuration as the signal processing device 100 shown in FIG. 1 except that the digital filter 21 is not provided.

ＡＤコンバータ１０から出力されたデジタル信号ＳＤは、デジタル回路２０′の検波回路２２に入力される。   The digital signal SD output from the AD converter 10 is input to the detection circuit 22 of the digital circuit 20 ′.

検波回路２２は、デジタル信号ＳＤに周波数Ｆｃの正弦波を掛け合わせる。したがって、デジタル信号ＳＤに含まれる高周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分は、低周波数帯域ＤＣ±ΔＦの成分に変換される。しかし、デジタル信号ＳＤにはＤＣオフセット成分も含まれているので、デジタル信号ＳＤに周波数Ｆｃの正弦波を掛け合わせることによって、ＤＣオフセット成分は、高周波数Ｆｃの信号に変換される。したがって、検波回路２２から出力されるデジタル信号ＳＤ２は、低周波数帯域ＤＣ±ΔＦの成分だけでなく、高周波数Ｆｃに変換されたＤＣオフセットの成分も含んでいる。しかし、検波回路２２の後段にはデジタルフィルタ２３が備えられている。デジタルフィルタ２３は、ローパスフィルタであるので、デジタル信号ＳＤ２のうち、高周波数Ｆｃに変換されたＤＣオフセット成分を除去する。したがって、デジタルフィルタ２３は、デジタル信号ＳＤ２からＤＣオフセット成分が除去されたデジタル信号ＳＤ３を出力することができる。   The detection circuit 22 multiplies the digital signal SD by a sine wave having a frequency Fc. Therefore, the component of the high frequency band Fc ± ΔF included in the digital signal SD is converted into the component of the low frequency band DC ± ΔF. However, since the digital signal SD also includes a DC offset component, the DC offset component is converted into a signal having a high frequency Fc by multiplying the digital signal SD by a sine wave having a frequency Fc. Therefore, the digital signal SD2 output from the detection circuit 22 includes not only the low frequency band DC ± ΔF component but also the DC offset component converted to the high frequency Fc. However, a digital filter 23 is provided after the detection circuit 22. Since the digital filter 23 is a low-pass filter, the DC offset component converted into the high frequency Fc is removed from the digital signal SD2. Therefore, the digital filter 23 can output the digital signal SD3 from which the DC offset component has been removed from the digital signal SD2.

しかし、デジタル回路はノイズを出し易く、周波数Ｆｃで動作する部分が存在すると、周波数Ｆｃのノイズとなる可能性がある。例えば、検波回路２２が検波を行うことによってＤＣオフセットが周波数Ｆｃの信号に変換されると、その変換動作が周辺に周波数Ｆｃのノイズを出す可能性がある（図３参照）。   However, the digital circuit is likely to generate noise, and if there is a portion that operates at the frequency Fc, there is a possibility of noise at the frequency Fc. For example, when the DC offset is converted into a signal of frequency Fc by the detection circuit 22 performing detection, the conversion operation may generate noise of the frequency Fc in the vicinity (see FIG. 3).

図３は、高周波数Ｆｃのノイズが出たときの様子を示す図である。
ノイズＮは、放射、電源への混入、その他の信号線への混入などによって、放散する。この結果、ノイズＮが、ＡＤコンバータ１０の入力に達してしまうことが起り得る。ノイズＮがＡＤコンバータ１０に入力されると、ノイズＮもデジタル信号に変換される。したがって、ＡＤコンバータ１０から出力されるデジタル信号ＳＤには、ＤＣオフセット成分、アナログ信号ＳＡによる周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分の他に、ノイズＮによる周波数Ｆｃの成分が含まれる。ノイズＮの周波数Ｆｃは、アナログ信号ＳＡの中心周波数Ｆｃと同じであるので、検波回路２２で検波を行うと、検波回路２２から出力されるデジタル信号ＳＤ２には、アナログ信号ＳＡによるＤＣ成分の他に、ノイズＮによるＤＣ成分も含まれることになる。デジタルフィルタ２３は、アナログ信号ＳＡによるＤＣ成分と、ノイズＮによるＤＣ成分との区別をすることができないので、ノイズＮによるＤＣ成分は、デジタルフィルタ２３では除去することができない。したがって、アナログ信号ＳＡの中心周波数Ｆｃに同期したコヒーレントノイズを除去することができないという問題がある。 FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which high frequency Fc noise is generated.
The noise N is dissipated by radiation, mixing into the power supply, mixing into other signal lines, and the like. As a result, the noise N may reach the input of the AD converter 10. When the noise N is input to the AD converter 10, the noise N is also converted into a digital signal. Therefore, the digital signal SD output from the AD converter 10 includes a frequency Fc component due to noise N in addition to a DC offset component and a frequency band Fc ± ΔF component due to the analog signal SA. Since the frequency F of the noise N is the same as the center frequency Fc of the analog signal SA, when detection is performed by the detection circuit 22, the digital signal SD2 output from the detection circuit 22 includes the DC component of the analog signal SA. In addition, a DC component due to noise N is also included. Since the digital filter 23 cannot distinguish between the DC component due to the analog signal SA and the DC component due to the noise N, the DC component due to the noise N cannot be removed by the digital filter 23. Therefore, there is a problem that coherent noise synchronized with the center frequency Fc of the analog signal SA cannot be removed.

以上の考察から、コヒーレントノイズは、周波数ＦｃのノイズＮの発生が原因の一つであると考えられる。したがって、周波数ＦｃのノイズＮの発生を抑制することができれば、コヒーレントノイズを低減することができると考えられる。周波数ＦｃのノイズＮは、検波回路２２がＤＣオフセットを高周波数Ｆｃに変換する動作によって発生すると考えられるので、ＤＣオフセットが検波回路２２に入力される前に、ＤＣオフセットを除去することができれば、周波数ＦｃのノイズＮの発生は抑制されると考えられる。そこで、第１の実施形態では、周波数ＦｃのノイズＮの発生を抑制するために、図１に示すように、検波回路２２の前段にデジタルフィルタ２１を備えている。デジタルフィルタ２１は、デジタル信号ＳＤに含まれる周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分は通過させるが、ＤＣオフセット成分は除去するハイパスフィルタである。したがって、デジタルフィルタ２１は、ＤＣオフセットが検波回路２２に入力される前に、ＤＣオフセットを除去することができるので、周波数ＦｃのノイズＮの発生を抑制することが可能となり、その結果、コヒーレントノイズを低減することができる。   From the above consideration, it is considered that the coherent noise is one of the causes due to the generation of the noise N of the frequency Fc. Therefore, if the generation of the noise N of the frequency Fc can be suppressed, it is considered that coherent noise can be reduced. Since the noise N of the frequency Fc is considered to be generated by the operation of the detection circuit 22 converting the DC offset into the high frequency Fc, if the DC offset can be removed before the DC offset is input to the detection circuit 22, The generation of noise N at frequency Fc is considered to be suppressed. Therefore, in the first embodiment, in order to suppress the generation of the noise N of the frequency Fc, a digital filter 21 is provided in the previous stage of the detection circuit 22 as shown in FIG. The digital filter 21 is a high-pass filter that passes the component of the frequency band Fc ± ΔF included in the digital signal SD but removes the DC offset component. Therefore, since the digital filter 21 can remove the DC offset before the DC offset is input to the detection circuit 22, it is possible to suppress the generation of the noise N of the frequency Fc. As a result, the coherent noise is reduced. Can be reduced.

尚、検波回路２２は、デジタル信号ＳＤ１の検波を１段で行っているが、検波を複数段で行ってもよい。   Although the detection circuit 22 performs detection of the digital signal SD1 in one stage, the detection circuit 22 may perform detection in a plurality of stages.

（２）第２の実施形態
第１の実施形態では、中心周波数Ｆｃのアナログ信号ＳＡをＡＤコンバータ１０でデジタル信号ＳＤに変換する例について説明したが、第２の実施形態では、アナログ信号ＳＡの中心周波数Ｆｃを中間周波数Ｆifに変換してからＡＤコンバータ１０でデジタル信号ＳＤに変換する例について説明する。 (2) Second Embodiment In the first embodiment, the example in which the analog signal SA having the center frequency Fc is converted into the digital signal SD by the AD converter 10 has been described. However, in the second embodiment, the analog signal SA of the analog signal SA is converted. An example in which the center frequency Fc is converted to the intermediate frequency Fif and then converted to the digital signal SD by the AD converter 10 will be described.

図４は、第２の実施形態の信号処理装置を示す図である。
第２の実施形態の信号処理装置１０１については、第１の実施形態の信号処理装置１００との相違点を主に説明する。第２の実施形態の信号処理装置１０１は、第１の実施形態の信号処理装置１００と比較すると、以下の点（１）および（２）が異なっている。
（１）第２の実施形態の信号処理装置１０１は、ＡＤコンバータ１０の前段に周波数変換回路３０を備えている。
（２）第１の実施形態では、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ２２１は、周波数Ｆｃの正弦波を出力するが（図１参照）、第２の実施形態では、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ２２１は、周波数Ｆifの正弦波を出力する。 FIG. 4 is a diagram illustrating a signal processing apparatus according to the second embodiment.
Regarding the signal processing device 101 of the second embodiment, differences from the signal processing device 100 of the first embodiment will be mainly described. The signal processing apparatus 101 of the second embodiment differs from the signal processing apparatus 100 of the first embodiment in the following points (1) and (2).
(1) The signal processing apparatus 101 of the second embodiment includes a frequency conversion circuit 30 in the previous stage of the AD converter 10.
(2) In the first embodiment, the direct digital synthesizer 221 outputs a sine wave having a frequency Fc (see FIG. 1), but in the second embodiment, the direct digital synthesizer 221 has a frequency Fif. The sine wave is output.

周波数変換回路３０は、周波数Ｆloのアナログ信号ＬＯを用いて、周波数Ｆｃ±ΔＦのアナログ信号ＳＡを、周波数Ｆif±ΔＦのアナログ信号ＳＡ′に変換する回路である。ただし、Ｆlo、Ｆｃ、およびＦifの間には、以下の関係が成り立つ。
Ｆif＝|Ｆｃ−Ｆlo| ・・・（１） The frequency conversion circuit 30 is a circuit that converts an analog signal SA having a frequency Fc ± ΔF into an analog signal SA ′ having a frequency Fif ± ΔF using an analog signal LO having a frequency Flo. However, the following relationship is established among Flo, Fc, and Fif.
Fif = | Fc−Flo | (1)

ＡＤコンバータ１０の前段に周波数変換回路３０を備えることによって、ＡＤコンバータ１０には、周波数帯域Ｆif±ΔＦの成分を含むアナログ信号ＳＡ′が入力される。したがって、ＡＤコンバータ１０が出力するデジタル信号ＳＤには、ＤＣオフセット成分と、周波数帯域Ｆif±ΔＦの成分とが含まれることになる。デジタル信号ＳＤに含まれているＤＣオフセットはデジタルフィルタ２１によって除去されるので、デジタルフィルタ２１は、周波数帯域Ｆif±ΔＦの成分を含むデジタル信号ＳＤ１を出力する。デジタル信号ＳＤ１は、検波回路２２に入力される。検波回路２２のダイレクト・デジタル・シンセサイザ２２１は、周波数Ｆifの正弦波を出力するので、デジタル信号ＳＤ１の周波数帯域Ｆif±ΔＦの成分は、低周波数帯域ＤＣ±ΔＦの成分に変換される。したがって、検波回路２２は、低周波数帯域ＤＣ±ΔＦの成分を含むデジタル信号ＳＤ２を出力する。デジタル信号ＳＤ２は、デジタルフィルタ２３でノイズが除去され、デジタル信号ＳＤ３として出力される。   By providing the frequency conversion circuit 30 in the previous stage of the AD converter 10, an analog signal SA ′ including a component of the frequency band Fif ± ΔF is input to the AD converter 10. Therefore, the digital signal SD output from the AD converter 10 includes a DC offset component and a component of the frequency band Fif ± ΔF. Since the DC offset contained in the digital signal SD is removed by the digital filter 21, the digital filter 21 outputs the digital signal SD1 including the component of the frequency band Fif ± ΔF. The digital signal SD1 is input to the detection circuit 22. Since the direct digital synthesizer 221 of the detection circuit 22 outputs a sine wave having the frequency Fif, the component of the frequency band Fif ± ΔF of the digital signal SD1 is converted into a component of the low frequency band DC ± ΔF. Therefore, the detection circuit 22 outputs a digital signal SD2 including a component of the low frequency band DC ± ΔF. The digital signal SD2 is denoised by the digital filter 23 and output as a digital signal SD3.

図４に示すように、必要に応じて、アナログ信号ＳＡの中心周波数Ｆｃを中間周波数Ｆifに変換する周波数変換回路３０を備えてもよい。例えば、Ｆｃ＝６３．８６[ＭＨｚ]の場合、Ｆlo＝８０[ＭＨｚ]に設定することによって、Ｆif＝１６．１４[ＭＨｚ]に変換することができる。   As shown in FIG. 4, a frequency conversion circuit 30 that converts the center frequency Fc of the analog signal SA into an intermediate frequency Fif may be provided as necessary. For example, when Fc = 63.86 [MHz], it can be converted to Fif = 16.14 [MHz] by setting Flo = 80 [MHz].

第２の実施形態でも、検波回路２２の前段でＤＣオフセットが除去されるので、コヒーレントノイズを低減することができる。   Also in the second embodiment, since the DC offset is removed in the previous stage of the detection circuit 22, coherent noise can be reduced.

（３）第３の実施形態
第１および第２の実施形態では、検波は１段で行っているが、第３の実施形態では、検波を複数段で行う場合について説明する。 (3) Third Embodiment In the first and second embodiments, detection is performed in one stage. In the third embodiment, a case where detection is performed in a plurality of stages will be described.

図５は、第３の実施形態の信号処理装置１０２を示す図である。
信号処理装置１０２は、ＡＤコンバータ１０と、デジタル回路２０１とを有している。第３の実施形態のＡＤコンバータ１０は、第１の実施形態のＡＤコンバータ１０と同一構造であるので、説明は省略する。 FIG. 5 is a diagram illustrating the signal processing apparatus 102 according to the third embodiment.
The signal processing device 102 includes an AD converter 10 and a digital circuit 201. Since the AD converter 10 of the third embodiment has the same structure as the AD converter 10 of the first embodiment, the description thereof is omitted.

デジタル回路２０１は、検波回路２２０およびデジタルフィルタ２３を有している。検波回路２２０は、複数段で検波を行うように構成されている。検波回路２２０は、ｎ段の周波数変換部２２＿ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、デジタルフィルタ２１１とを有している。   The digital circuit 201 includes a detection circuit 220 and a digital filter 23. The detection circuit 220 is configured to perform detection in a plurality of stages. The detection circuit 220 includes an n-stage frequency converter 22 — i (i = 1 to n) and a digital filter 211.

周波数変換部２２＿ｉは、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ２２１と乗算器２２２とを有している。周波数変換部２２＿ｉのダイレクト・デジタル・シンセサイザ２２１は、周波数Ｆｉ（ｉ＝１〜ｎ）の正弦波を発生する。ただし、周波数変換部２２＿ｉの周波数Ｆｉは、以下の関係式（２）が成り立つように定められている。

Figure 2011206287
The frequency conversion unit 22_i includes a direct digital synthesizer 221 and a multiplier 222. The direct digital synthesizer 221 of the frequency converter 22_i generates a sine wave having a frequency F i (i = 1 to n). However, the frequency F i of the frequency converter 22 — i is determined so that the following relational expression (2) is established.
Figure 2011206287

次に、信号処理装置１０２の動作について説明する。
ＡＤコンバータ１０から出力されたデジタル信号ＳＤは、検波回路２２０の１段目の周波数変換部２２＿１に入力される。デジタル信号ＳＤは、周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分の他に、ＤＣオフセット成分が含まれている。周波数変換部２２＿１は、デジタル信号ＳＤに含まれている周波数帯域Ｆｃ±ΔＦの成分を、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１）±ΔＦの成分にダウンコンバートし、一方、ＤＣオフセット成分を、周波数Ｆ１のＤＣオフセット成分にアップコンバートする。したがって、周波数変換部２２＿１から出力されるデジタル信号ＳＤ１には、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１）±ΔＦの成分と、周波数Ｆ１のＤＣオフセット成分とが含まれている。周波数変換部２２＿１から出力されるデジタル信号ＳＤ１は、２段目の周波数変換部２２＿２に入力される。 Next, the operation of the signal processing apparatus 102 will be described.
The digital signal SD output from the AD converter 10 is input to the first stage frequency conversion unit 22_1 of the detection circuit 220. The digital signal SD includes a DC offset component in addition to the frequency band Fc ± ΔF component. The frequency conversion unit 22_1 down-converts the component of the frequency band Fc ± ΔF included in the digital signal SD into the component of the frequency band (Fc−F 1 ) ± ΔF, while converting the DC offset component into the frequency F 1. Up-convert to DC offset component. Therefore, the digital signal SD1 output from the frequency converter 22_1 includes a frequency band (Fc−F 1 ) ± ΔF component and a DC offset component of the frequency F 1 . The digital signal SD1 output from the frequency converter 22_1 is input to the second-stage frequency converter 22_2.

２段目の周波数変換部２２＿２は、入力されたデジタル信号ＳＤ１に含まれている周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１）±ΔＦの成分を、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１−Ｆ２）±ΔＦの成分にダウンコンバートし、一方、ＤＣオフセット成分を、周波数（Ｆ１＋Ｆ２）のＤＣオフセット成分にアップコンバートする。したがって、周波数変換部２２＿２から出力されるデジタル信号ＳＤ２には、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１−Ｆ２）±ΔＦの成分と、周波数（Ｆ１＋Ｆ２）のＤＣオフセット成分とが含まれている。周波数変換部２２＿２から出力されるデジタル信号ＳＤ２は、３段目の周波数変換部（図示せず）に入力される。 The frequency converter 22_2 in the second stage converts the frequency band (Fc−F 1 ) ± ΔF component included in the input digital signal SD1 into the frequency band (Fc−F 1 −F 2 ) ± ΔF component. On the other hand, the DC offset component is up-converted to a DC offset component of frequency (F 1 + F 2 ). Therefore, the digital signal SD2 output from the frequency converter 22_2 includes a frequency band (Fc−F 1 −F 2 ) ± ΔF component and a DC offset component of the frequency (F 1 + F 2 ). . The digital signal SD2 output from the frequency converter 22_2 is input to a third-stage frequency converter (not shown).

以下同様に、周波数変換されたデジタル信号は、次段の周波数変換部に入力されるたびに更に周波数変換され、ｋ段目の周波数変換部２２＿ｋによって、デジタル信号ＳＤｋに変換される。デジタル信号ＳＤｋには、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１−Ｆ２・・・−Ｆｋ）±ΔＦの成分と、周波数（Ｆ１＋Ｆ２＋・・・＋Ｆｋ）のＤＣオフセット成分とが含まれている。しかし、ｋ段目の周波数変換部２２＿ｋとｋ＋１段目の周波数変換部２２＿ｋ＋１との間には、デジタルフィルタ２１１が備えられている。デジタルフィルタ２１１は、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１−Ｆ２・・・−Ｆｋ）±ΔＦの成分を通過させるが、周波数（Ｆ１＋Ｆ２＋・・・＋Ｆｋ）のＤＣオフセット成分は除去するバンドパスフィルタである。したがって、デジタルフィルタ２１１が出力するデジタル信号ＳＤｋ′は、周波数帯域（Ｆｃ−Ｆ１−Ｆ２・・・−Ｆｋ）±ΔＦの成分を含んでいるが、ＤＣオフセット成分は除去されている。デジタル信号ＳＤｋ′は、ｋ＋１段目の周波数変換部２２＿ｋ＋１に入力され、ダウンコンバートされる。以下同様に、周波数変換されたデジタル信号は、次段の周波数変換部に入力されるたびに更に周波数変換され、最終段（ｎ段目）の周波数変換部２２＿ｎによって、低周波数帯域（ＤＣ±ΔＦ）成分を含むデジタル信号ＳＤｎに変換される。デジタル信号ＳＤｎは、デジタルフィルタ２３によって、高周波数のノイズ成分が除去される。したがって、デジタル信号ＳＤｎから高周波数のノイズ成分が除去されたデジタル信号ＳＤｎ′を出力することができる。 Similarly, the frequency-converted digital signal is further frequency-converted each time it is input to the next-stage frequency converter, and is converted into a digital signal SDk by the k-th frequency converter 22_k. The digital signal SDk includes a frequency band (Fc−F 1 −F 2 ... −F k ) ± ΔF component and a frequency (F 1 + F 2 +... + F k ) DC offset component. ing. However, a digital filter 211 is provided between the k-th frequency converter 22_k and the (k + 1) -th frequency converter 22_k + 1. The digital filter 211 passes components in the frequency band (Fc−F 1 −F 2 ... −F k ) ± ΔF, but removes DC offset components in the frequency (F 1 + F 2 +... + F k ). This is a band pass filter. Therefore, the digital signal SDk ′ output from the digital filter 211 includes a frequency band (Fc−F 1 −F 2 ... −F k ) ± ΔF component, but a DC offset component is removed. The digital signal SDk ′ is input to the frequency conversion unit 22_k + 1 at the (k + 1) th stage and down-converted. Similarly, the frequency-converted digital signal is further frequency-converted each time it is input to the next-stage frequency conversion unit, and the low-frequency band (DC ± ΔF) is converted by the final-stage (n-th) frequency conversion unit 22_n. ) Converted into a digital signal SDn containing components. A high frequency noise component is removed from the digital signal SDn by the digital filter 23. Therefore, it is possible to output a digital signal SDn ′ from which high-frequency noise components have been removed from the digital signal SDn.

第３の実施形態では、ｋ段目の周波数変換部２２＿ｋとｋ＋１段目の周波数変換部２２＿ｋ＋１との間に備えられたデジタルフィルタ２１１によって、ＤＣオフセットを除去している。したがって、周波数ＦｃのノイズＮの発生を抑制することができるので、コヒーレントノイズを低減することができる。   In the third embodiment, the DC offset is removed by the digital filter 211 provided between the k-th frequency converter 22_k and the k + 1-th frequency converter 22_k + 1. Therefore, since the generation of noise N at frequency Fc can be suppressed, coherent noise can be reduced.

尚、第３の実施形態では、１段目〜ｋ段目の周波数変換部２２＿１〜２２＿ｋは、デジタルフィルタ２１１の前段に備えられている。したがって、１段目〜ｋ段目の周波数変換部２２＿１〜２２＿ｋの動作によって、周波数Ｆｉ（ｉ＝１〜ｋ）のノイズや、以下の式（３）で表される周波数Ｆｊのノイズなどが発生し、ＡＤコンバータ１０の入力に達してしまうことが起こり得る。

Figure 2011206287
In the third embodiment, the first to k-th frequency converters 22 </ b> _ <b> 1 to 22 </ b> _k are provided in front of the digital filter 211. Therefore, the operation of the frequency converters 22_1 to 22_k of the first stage to the k stage causes noise of the frequency F i (i = 1 to k), noise of the frequency F j represented by the following expression (3), and the like. May occur and reach the input of the AD converter 10.
Figure 2011206287

しかし、ノイズの周波数ＦｉおよびＦｊは、アナログ信号ＳＡの中心周波数Ｆｃとは異なる周波数であるので、デジタルフィルタ２１１によって除去することができる。したがって、周波数Ｆｉのノイズや、周波数Ｆｊのノイズが、コヒーレントノイズの原因になることはない。 However, since the noise frequencies F i and F j are different from the center frequency Fc of the analog signal SA, they can be removed by the digital filter 211. Therefore, noise of frequency F i and noise of frequency F j do not cause coherent noise.

上記の第１〜第３の実施形態の信号処理装置は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に対して検波を行う必要がある装置に適用することができる。以下に、第１〜第３の実施形態の信号処理装置のうち、第１の実施形態の信号処理装置１００（図１参照）を磁気共鳴イメージング装置に適用した例について説明する。   The signal processing apparatus according to the first to third embodiments can be applied to an apparatus that needs to convert an analog signal into a digital signal and detect the digital signal. Below, the example which applied the signal processing apparatus 100 (refer FIG. 1) of 1st Embodiment to the magnetic resonance imaging apparatus among the signal processing apparatuses of the 1st-3rd embodiment is demonstrated.

図６は、図１に示す信号処理装置１００を磁気共鳴イメージング装置に適用した例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing an example in which the signal processing apparatus 100 shown in FIG. 1 is applied to a magnetic resonance imaging apparatus.

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））装置１は、磁場発生装置２、テーブル３、クレードル４、受信コイル５などを有している。   A magnetic resonance imaging (MRI) apparatus 1 includes a magnetic field generator 2, a table 3, a cradle 4, a receiving coil 5, and the like.

磁場発生装置２は、被検体１３が収容されるボア２１と、超伝導コイル２２と、勾配コイル２３と、送信コイル２４とを有している。超伝導コイル２２は静磁場Ｂ0を印加し、勾配コイル２３は勾配磁場を印加する。また、送信コイル２４はＲＦパルスを送信する。尚、超伝導コイル２２の代わりに、永久磁石を用いてもよい。   The magnetic field generator 2 includes a bore 21 in which the subject 13 is accommodated, a superconducting coil 22, a gradient coil 23, and a transmission coil 24. The superconducting coil 22 applies a static magnetic field B0, and the gradient coil 23 applies a gradient magnetic field. The transmission coil 24 transmits an RF pulse. In place of the superconducting coil 22, a permanent magnet may be used.

クレードル４は、テーブル３からボア２１に移動できるように構成されている。クレードル４によって、被検体１３はボア２１に搬送される。   The cradle 4 is configured to be movable from the table 3 to the bore 21. The subject 13 is transported to the bore 21 by the cradle 4.

受信コイル５は、被検体１３の頭部１３ａに取り付けられている。受信コイル５は、頭部１３ａからの磁気共鳴信号を受信する。   The receiving coil 5 is attached to the head 13 a of the subject 13. The receiving coil 5 receives a magnetic resonance signal from the head 13a.

ＭＲＩ装置１は、更に、シーケンサ６、送信器７、勾配磁場電源８、受信器９、中央処理装置９１、入力装置９２、および表示装置９３を有している。   The MRI apparatus 1 further includes a sequencer 6, a transmitter 7, a gradient magnetic field power supply 8, a receiver 9, a central processing unit 91, an input device 92, and a display device 93.

シーケンサ６は、中央処理装置９１の制御を受けて、スキャンを実行するための情報を送信器７および勾配磁場電源８に送る。具体的には、シーケンサ６は、中央処理装置９１の制御を受けて、ＲＦパルスの情報（中心周波数、バンド幅など）を送信器７に送り、勾配磁場の情報（勾配磁場の強度など）を勾配磁場電源８に送る。   Under the control of the central processing unit 91, the sequencer 6 sends information for executing a scan to the transmitter 7 and the gradient magnetic field power supply 8. Specifically, under the control of the central processing unit 91, the sequencer 6 sends information on the RF pulse (center frequency, bandwidth, etc.) to the transmitter 7, and information on the gradient magnetic field (gradient magnetic field strength, etc.). Send to gradient magnetic field power supply 8.

送信器７は、シーケンサ６から送られた情報に基づいて、ＲＦコイル２４を駆動する駆動信号を出力する。   The transmitter 7 outputs a drive signal for driving the RF coil 24 based on the information sent from the sequencer 6.

勾配磁場電源８は、シーケンサ６から送られた情報に基づいて、勾配コイル２３を駆動する駆動信号を出力する。   The gradient magnetic field power supply 8 outputs a drive signal for driving the gradient coil 23 based on the information sent from the sequencer 6.

受信器９は、受信コイル５で受信された磁気共鳴信号を信号処理する。受信器９は、図１に示す信号処理装置１００によって構成されている。受信器９で処理された信号は、中央処理装置９１に伝送される。   The receiver 9 processes the magnetic resonance signal received by the receiving coil 5. The receiver 9 is constituted by the signal processing device 100 shown in FIG. The signal processed by the receiver 9 is transmitted to the central processing unit 91.

中央処理装置９１は、シーケンサ６および表示装置９３に必要な情報を伝送したり、受信器９から受け取った信号に基づいて画像を再構成するなど、ＭＲＩ装置１の各種の動作を実現するように、ＭＲＩ装置１の各部の動作を制御する。中央処理装置９１は、例えばコンピュータ（computer）によって構成される。   The central processing unit 91 implements various operations of the MRI apparatus 1 such as transmitting necessary information to the sequencer 6 and the display device 93 and reconstructing an image based on a signal received from the receiver 9. The operation of each part of the MRI apparatus 1 is controlled. The central processing unit 91 is configured by, for example, a computer.

入力装置９２は、オペレータ１４の操作に応じて、種々の命令を中央処理装置９１に入力する。表示装置９３は種々の情報を表示する。   The input device 92 inputs various commands to the central processing unit 91 according to the operation of the operator 14. The display device 93 displays various information.

ＭＲＩ装置１は、上記のように構成されている。次に、ＭＲＩ装置１の動作について説明する。   The MRI apparatus 1 is configured as described above. Next, the operation of the MRI apparatus 1 will be described.

ＭＲＩ装置１は、被検体をスキャンする。被検体をスキャンすることによって、受信コイル５は、中心周波数Ｆｃを中心とした±ΔＦの周波数帯域の磁気共鳴信号を受信する。ここで、例えば、Ｆｃ＝６３．８６ＭＨｚ、ΔＦ＝２５０ｋＨｚである。受信された磁気共鳴信号は、Ｆｃ±ΔＦのアナログ信号ＳＡとして、受信器９のＡＤコンバータ１０に入力される。   The MRI apparatus 1 scans a subject. By scanning the subject, the receiving coil 5 receives a magnetic resonance signal in a frequency band of ± ΔF centered on the center frequency Fc. Here, for example, Fc = 63.86 MHz and ΔF = 250 kHz. The received magnetic resonance signal is input to the AD converter 10 of the receiver 9 as an analog signal SA of Fc ± ΔF.

ＡＤコンバータ１０に入力されたアナログ信号ＳＡは、デジタル信号ＳＤに変換され、デジタル回路２０に入力される。デジタル回路２０に入力されたアナログ信号ＳＤは、上述したように、ＤＣオフセットの除去、検波、ノイズの除去などが行われる。したがって、デジタル回路２０が出力するデジタル信号ＳＤ３は、低周波数帯域ＤＣ±ΔＦの成分を含んでいるが、ＤＣオフセットおよびノイズは除去されている。デジタル回路２０が出力するデジタル信号ＳＤ３は、中央処理装置９１に入力される。中央処理装置９１は、入力されたデジタル信号ＳＤ３をフーリエ変換し、画像を再構成する。   The analog signal SA input to the AD converter 10 is converted into a digital signal SD and input to the digital circuit 20. The analog signal SD input to the digital circuit 20 is subjected to DC offset removal, detection, noise removal, and the like, as described above. Therefore, the digital signal SD3 output from the digital circuit 20 includes a component of the low frequency band DC ± ΔF, but the DC offset and noise are removed. The digital signal SD3 output from the digital circuit 20 is input to the central processing unit 91. The central processing unit 91 performs Fourier transform on the input digital signal SD3 to reconstruct an image.

ＭＲＩ装置１では、受信コイル５で受信された磁気共鳴信号をＡＤコンバータ１０でデジタルに変換する。したがって、ＡＤコンバータ１０から出力されたデジタル信号ＳＤには、ＤＣオフセットが含まれている。上述したように、ＤＣオフセットを除去せずに検波回路２２で検波を行ってしまうと、周波数Ｆｃのノイズが発生し（図３参照）、コヒーレントノイズの原因となる。一般的に、コヒーレントノイズが混入されたままで画像を再構成すると、コヒーレントノイズが、画像の中心に明瞭なドットとして現れるという問題があるので、コヒーレントノイズは、画像を再構成する前にできるだけ除去する必要がある。そこで、ＭＲＩ装置１では、画像を再構成する前にコヒーレントノイズが除去できるように、信号処理装置１００（図１参照）を受信器９として用いている。信号処理装置１００は、検波の前にＤＣオフセットを除去するためのデジタルフィルタ２１を有しているので、信号処理装置１００を受信器９として用いることによって、コヒーレントノイズを低減することができ、高品質な画像を得ることができる。   In the MRI apparatus 1, the magnetic resonance signal received by the receiving coil 5 is converted to digital by the AD converter 10. Therefore, the digital signal SD output from the AD converter 10 includes a DC offset. As described above, if detection is performed by the detection circuit 22 without removing the DC offset, noise of the frequency Fc is generated (see FIG. 3), which causes coherent noise. Generally, reconstructing an image with mixed coherent noise has the problem that the coherent noise appears as a clear dot in the center of the image, so remove the coherent noise as much as possible before reconstructing the image There is a need. Therefore, in the MRI apparatus 1, the signal processing apparatus 100 (see FIG. 1) is used as the receiver 9 so that the coherent noise can be removed before the image is reconstructed. Since the signal processing apparatus 100 includes the digital filter 21 for removing the DC offset before detection, using the signal processing apparatus 100 as the receiver 9 can reduce coherent noise, A quality image can be obtained.

尚、図６では、第１の実施形態の信号処理装置１００（図１参照）を磁気共鳴イメージング装置に適用した例について説明したが、第２又は第３の実施形態の信号処理装置を磁気共鳴イメージング装置に適用してもよい。   6 illustrates an example in which the signal processing apparatus 100 (see FIG. 1) of the first embodiment is applied to a magnetic resonance imaging apparatus. However, the signal processing apparatus of the second or third embodiment is not magnetic resonance. You may apply to an imaging device.

１０ ＡＤコンバータ
２０ デジタル回路
２１、２３ デジタルフィルタ
２２ 検波回路
２２１ ダイレクト・デジタル・シンセサイザ
２２２ 乗算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 AD converter 20 Digital circuit 21, 23 Digital filter 22 Detection circuit 221 Direct digital synthesizer 222 Multiplier

Claims (10)

所定の周波数の成分を含むアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記デジタル信号に含まれるＤＣオフセットの成分を除去するデジタルフィルタと、
前記ＤＣオフセットの成分が除去されたデジタル信号に含まれる前記所定の周波数の成分をＤＣ成分に変換し、検波を行う検波回路と、
を有する信号処理装置。 An AD converter that converts an analog signal including a component of a predetermined frequency into a digital signal;
A digital filter for removing a DC offset component contained in the digital signal;
A detection circuit that converts the component of the predetermined frequency included in the digital signal from which the DC offset component has been removed into a DC component, and performs detection;
A signal processing apparatus. 前記検波回路は、前記所定の周波数と同じ周波数の信号を用いて検波を行う、請求項１に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the detection circuit performs detection using a signal having the same frequency as the predetermined frequency. 前記検波回路は、前記ＤＣオフセットの成分が除去されたデジタル信号に対して検波を行うためのｎ段の周波数変換部を有する、請求項１に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the detection circuit includes an n-stage frequency conversion unit for performing detection on the digital signal from which the DC offset component has been removed. 前記デジタルフィルタは、ハイパスフィルタである、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のノイズ発生装置。   The noise generation device according to claim 1, wherein the digital filter is a high-pass filter. 所定の周波数の成分を含むアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記デジタル信号に対して検波を行うためのｎ（ｎは２以上の整数）段の周波数変換部を有する検波回路と、を有する信号処理装置であって、
前記検波回路は、
ｋ（ｋ＜ｎ）段目の周波数変換部とｋ＋１段目の周波数変換部との間に、前記ｋ段目の周波数変換部から出力されたデジタル信号に含まれるＤＣオフセットの成分を除去するデジタルフィルタを有する、
信号処理装置。 An AD converter that converts an analog signal including a component of a predetermined frequency into a digital signal;
A detection circuit having n (n is an integer greater than or equal to 2) stages of frequency converters for performing detection on the digital signal,
The detection circuit includes:
Digital that removes a DC offset component included in the digital signal output from the k-th frequency converter between the k (k <n) -th frequency converter and the k + 1-th frequency converter Having a filter,
Signal processing device. 前記検波回路のｉ（ｉ＝１〜ｎ）段目の周波数変換部は、以下の条件

Figure 2011206287
 を満たす周波数Ｆｉの信号を用いて周波数変換を行う、請求項５に記載の信号処理装置。 The frequency converter of the i (i = 1 to n) stage of the detection circuit has the following conditions:

Figure 2011206287
 The signal processing apparatus according to claim 5, wherein frequency conversion is performed using a signal having a frequency F i that satisfies the condition. 前記デジタルフィルタは、バンドパスフィルタである、請求項５又は６に記載のノイズ発生装置。   The noise generator according to claim 5 or 6, wherein the digital filter is a band-pass filter. 前記検波回路の後段に、前記検波回路から出力されたデジタル信号に含まれるノイズを除去するためのデジタルフィルタを有する、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の信号処理装置。   The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising a digital filter for removing noise included in the digital signal output from the detection circuit, following the detection circuit. 前記ＡＤコンバータの前段に、アナログ信号の周波数を変換する周波数変換回路を備え、
前記ＡＤコンバータは、前記周波数変換回路で周波数が変換された前記アナログ信号を、デジタル信号に変換する、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の信号処理装置。 A frequency conversion circuit for converting the frequency of the analog signal is provided in the previous stage of the AD converter,
The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the AD converter converts the analog signal whose frequency is converted by the frequency conversion circuit into a digital signal. 請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の信号処理装置を有する磁気共鳴イメージング装置。   A magnetic resonance imaging apparatus comprising the signal processing apparatus according to claim 1.
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