JP4936865B2 - 磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムおよび磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する磁気共鳴信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムおよび磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法に係り、特に高周波受信コイルにおいて受信された受信信号を無線により信号処理系に送信する磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムおよび磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法に関する。

従来、医療現場におけるモニタリング装置として、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置が利用される。

ＭＲＩ装置は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石内部にセットされた被検体の撮像領域に傾斜磁場コイルでＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の傾斜磁場を形成するとともに高周波送信コイルから高周波信号を送信することにより被検体内の原子核スピンを磁気的に共鳴させ、励起により生じた核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）信号を利用して被検体の画像を再構成する装置である。

このようなＭＲＩ装置において、ＮＭＲ信号を受信するための複数のエレメントコイルで構成される受信コイルが利用されている。受信コイルを構成するエレメントコイルの数は、近年増加しつつある。しかし、受信コイルの多エレメント化に伴い、エレメントコイルにおいて得られた受信信号を信号処理系に伝送するためのケーブル配線が増加し、移動を伴うエレメントコイルに接続されたケーブル配線には諸々の制約が生じている。

そこで、このようなケーブル配線の諸制約を解決するために受信用のエレメントコイルで受信された受信信号を信号処理系に無線により送信する無線コイルシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、受信コイルのケーブル配線のみならず、他の様々なケーブルの配線作業に対する労力を軽減するために、光通信を利用する技術（例えば特許文献２参照）や無線を利用する技術（例えば特許文献３参照）も考案されている。

加えて、特許文献４には、ＭＲＩ装置における無線化技術が、特許文献５にはＭＲＩ装置における無線化技術に同期回路を設けた技術が、特許文献６にはＭＲＩ装置における無線化技術に歪み補正によるダイナミックレンジを改善するための圧縮・拡張回路を設けた技術がそれぞれ開示されている。
特表２００５−５０５３６１号公報 米国特許第６，９２５，３２２号明細書 特開平３−０８５１４５号公報 米国特許第５，３８４，５３６号明細書 米国特許第５，２４５，２８８号明細書 米国特許第６，７９１，３２２号明細書

しかしながら従来の無線コイルシステムでは、寝台とともに受信用のエレメントコイルが移動する一方で、信号処理系に設けられ無線用の受信器は固定されている。このため、エレメントコイルに接続された無線送信用の送信器と信号処理系の受信器との間における距離がエレメントコイルの位置によって変化し、送信器と受信器との間における距離を、一様に最適化することが困難になる。そして、送信器と受信器との間における距離が不均一になると、受信信号の空間伝播に伴う信号減衰により、信号雑音比（ＳＮＲ:signal to noise ratio）が低下するという問題がある。

そこで、従来、ＡＭ信号の抑圧・復元（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ／Ｅｘｐａｎｄｅｒ）技術、ＡＣＳＢ(Amplitude Compressed Single side Band) 、リニアモジュレーション等の技術を併用することによりＳＮＲを確保する試みがなされている。しかし、これらの技術では、ＭＲＩ装置において求められるダイナミックレンジに対して信号抑圧による受信信号の劣化が避けられないのみならず、回路が複雑になるという問題がある。

加えて、従来の無線コイルシステムでは、前述のように撮影部位によって配置が変わる受信用エレメントコイルの送信器と信号処理系に設けられる受信器との間における空間距離を一様にする手段が講じられていない。このため、ＳＮＲのばらつきを抑えるために、エレメントコイルの配置に制約を与える必要がある。また、ＳＮＲのばらつきは、画質の劣化に繋がるという問題がある。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、受信コイル内のエレメントコイルに接続される無線用送信器と、この無線用送信器と対になる信号処理系の受信器との間における距離をより最適に保つことにより、無線送信される受信信号の空間伝播に伴う信号減衰による信号雑音比の低下を改善することが可能な磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムおよび磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、被検体からの核磁気共鳴信号を受信信号として受信する受信コイルと、前記受信コイルから前記受信信号を無線により送信する少なくとも１つの受信信号送信アンテナと、前記受信信号送信アンテナから送信された前記受信信号を受信するための複数の受信信号受信アンテナと、前記複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択する信号選択手段と、前記信号選択手段により選択された受信信号から前記被検体の画像を再構成する受信データ処理手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、被検体からの核磁気共鳴信号を受信信号として受信する受信コイルと、前記受信コイルから前記受信信号を無線により送信する少なくとも１つの受信信号送信アンテナと、前記受信信号送信アンテナから送信された前記受信信号を受信するための複数の受信信号受信アンテナと、前記複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択する信号選択手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムは、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、受信コイルにおいて受信信号として受信された被検体からの核磁気共鳴信号を無線により送信するステップと、無線送信された前記受信信号を複数の受信信号受信アンテナで受信するステップと、前記複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択するステップと、選択された前記受信信号から前記被検体の画像を再構成するステップとを有することを特徴とするものである。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムおよび磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法においては、受信コイル内のエレメントコイルに接続される無線用送信器と、この無線用送信器と対になる信号処理系の受信器との間における距離をより最適に保つことにより、無線送信される受信信号の空間伝播に伴う信号減衰による信号雑音比の低下を改善することができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング装置のコイルシステムおよび磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第１の実施形態を示す構成図である。

磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場磁石２、傾斜磁場コイル３、高周波送信コイル４、高周波受信コイル５、傾斜磁場電源６、高周波アンプ７および制御装置８を主要な構成要素として備えている。静磁場磁石２、傾斜磁場コイル３、高周波送信コイル４および高周波受信コイル５は図示しない架台に備えられる。静磁場磁石２は筒状に形成され、静磁場が形成される内部に筒状の傾斜磁場コイル３が設けられる。さらに、傾斜磁場コイル３の内部には撮影領域が形成され、寝台９、高周波送信コイル４および高周波受信コイル５が設けられる。また、寝台９には被検体Ｐがセットされる。

寝台９には、寝台制御部１０が設けられる。この寝台制御部１０により寝台９を被検体Ｐの体軸方向Ｚに移動させることができる。寝台制御部１０は、制御装置８からの制御信号によって制御される一方、寝台９の位置情報を制御装置８に与える機能を有する。また、高周波送信コイル４および高周波受信コイル５も寝台９とともに移動できるように構成されている。

傾斜磁場コイル３には、傾斜磁場電源６が接続され、傾斜磁場電源６から供給される電流によって傾斜磁場コイル３内の撮影領域に、目的とする傾斜磁場を形成できるように構成されている。

高周波送信コイル４は、高周波アンプ７から所定の強度に増幅された高周波送信信号を受けて、撮影領域にセットされた被検体Ｐの撮影部位に向けて高周波送信信号を送信する機能を有する。

高周波受信コイル５は、傾斜磁場中の被検体Ｐに高周波送信信号が送信されることにより生じたＮＭＲ信号を受信し、高周波受信信号として制御装置８に与える機能を有する。ここで、高周波受信コイル５から出力される高周波受信信号は、無線により制御装置８に与えられるように構成されている。

尚、高周波送信コイル４と高周波受信コイル５とが共通のコイルである場合もある。また、高周波アンプ７から高周波送信信号を無線により高周波送信コイル４に送信することも可能である。ここでは、高周波送信コイル４と高周波受信コイル５とが別のコイルであり、高周波受信信号が無線により送信される場合について説明する。

このため、高周波受信コイル５には、複数の受信信号送信アンテナ１１、デジタル通信用受信アンテナ１２および位置検出用送信アンテナ１３が設けられる。一方、固定系である架台には、受信信号送信アンテナ１１からの無線を受信できる位置に複数の受信信号受信アンテナ１４が設けられる。また、固定系である架台には、位置検出用送信アンテナ１３からの無線を受信できる位置に少なくとも２つの位置検出用受信アンテナ１５が設けられる。さらに、デジタル通信用受信アンテナ１２に向けて無線を送信するデジタル通信用送信アンテナ１６が制御装置８に設けられる。

移動系である高周波受信コイル５に設けられる受信信号送信アンテナ１１は、寝台９の移動方向に並べて配置される。望ましくは、受信信号送信アンテナ１１は寝台９の移動方向に均等配置される。これに対し、固定系に設けられる受信信号受信アンテナ１４も少なくとも寝台９の移動方向に並べて配置される。受信信号受信アンテナ１４も望ましくは寝台９の移動方向に均等配置される。受信信号送信アンテナ１１および受信信号受信アンテナ１４を均等配置することにより、幾何学的な位置関係を容易に把握し、画像再構成のために必要となる信号処理や演算を簡易にすることができる。

尚、受信信号受信アンテナ１４は、寝台９の移動方向（一般的には、Ｚ方向または体軸方向）に並べて配置するのみならず、寝台９の移動方向と異なる方向、例えばＸ方向や被検体Ｐの体幅方向に並べて配置しても良い。

ただし、静磁場の不均一性の影響を抑制する観点から、受信信号受信アンテナ１４は、例えば静磁場の不均一性の影響が少ない静磁場磁石２内の中央付近に設けることが望ましい。図１は、各受信信号受信アンテナ１４を静磁場磁石２内（すなわち傾斜磁場コイル３内）の中央付近に配置した例を示している。また、受信信号受信アンテナ１４の別の配置例として、複数の受信信号受信アンテナ１４を静磁場磁石２内の端部付近に設けてもよい。

図２は、図１に示す受信信号受信アンテナ１４の別の配置例を示す断面図であり、図３は、図２に示す受信信号受信アンテナ１４の配置位置を示す側面図である。

尚、図２および図３において、各受信信号受信アンテナ１４の配置位置を除く構成は、図１と同様の構成であるため、受信信号受信アンテナ１４、傾斜磁場コイル３および寝台９以外の構成要素は省略している。

図２に示すように各受信信号受信アンテナ１４を傾斜磁場コイル３内の一端または両端付近に設けることができる。さらにこの場合、図３に示すように、傾斜磁場コイル３内の内周に沿って複数の受信信号受信アンテナ１４を設けることもできる。図３は、傾斜磁場コイル３内の両端の内周に沿ってそれぞれ６個（合計１２個）の受信信号受信アンテナ１４を均等配置した例を示している。

このように各受信信号受信アンテナ１４を静磁場磁石２内の端部に設けると、各受信信号受信アンテナ１４の受信対象である受信信号送信アンテナ１１からの無線に対する静磁場強度Ｂ０の不均一性（いわゆるＢ０シフト）や高周波磁場Ｂ１の影響を低減させることができる。

一方、各受信信号送信アンテナ１１は、高周波受信コイル５から受けた受信信号を無線により各受信信号受信アンテナ１４に送信することができるように構成される。これに対し、受信信号受信アンテナ１４は、受信信号送信アンテナ１１から送信された受信信号を受信する機能を有する。ここで、各受信信号送信アンテナ１１は、それぞれ最も近接した受信信号受信アンテナ１４に同調するように設定された互いに異なる周波数で受信信号を送信し、受信信号受信アンテナ１４は、最も近接する受信信号送信アンテナ１１から同調周波数の受信信号を周波数選択的に受信できるように構成される。尚、受信信号受信アンテナ１４の同調周波数は、互いに周波数帯がオーバーラップしないように設定される。

受信信号受信アンテナ１４の出力先には、増幅器１７が設けられ、増幅器１７の出力先には周波数フィルタ１８が設けられる。増幅器１７は、各受信信号受信アンテナ１４からそれぞれ受けた同調周波数の受信信号を増幅して周波数フィルタ１８に与える機能を有する。周波数フィルタ１８の出力先は制御装置８とされる。周波数フィルタ１８は、増幅器１７から受けた様々な周波数の受信信号から予め同調された特定の周波数の受信信号を抽出して制御装置８に出力する機能を有する。すなわち、周波数フィルタ１８は、受信した受信信号受信アンテナ１４ごとに異なる周波数を有する複数の受信信号から同調周波数の受信信号を選択して制御装置８に出力する機能を有する。

この周波数フィルタ１８の機能により、特に、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４の同調周波数の受信信号を通過させる一方、他の周波数の受信信号を抑制させることができる。すなわち、周波数フィルタ１８により、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４からの受信信号を選択する反面、他の受信信号受信アンテナ１４からの受信信号を非選択とし、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４からの受信信号のみを制御装置８に与えることができる。

このように、高周波受信信号を無線により制御装置８と高周波受信コイル５との間で送受信できるため、高周波受信コイル５が寝台９とともに移動したとしてもケーブルの複雑な配線やリトラクタ等のケーブル移動機構が不要となる。

一方、移動系に設けられる位置検出用送信アンテナ１３は、高周波受信コイル５の位置を検出するための位置検出用信号を無線により送信する機能を有する。また、固定系に設けられる各位置検出用受信アンテナ１５は、それぞれ位置検出用送信アンテナ１３から送信された位置検出用信号を受信し、受信した位置検出信号を制御装置８に与える機能を有する。従って、位置検出用送信アンテナ１３は、各位置検出用受信アンテナ１５に同調した周波数の位置検出用信号を送信するように構成される。

制御装置８は、信号処理系１９および送信系２０を有する。制御装置８の送信系２０は、傾斜磁場電源６および高周波アンプ７と接続される。送信系２０は、撮影条件としてパルスシーケンスを設定し、設定したパルスシーケンスに従って制御信号を傾斜磁場電源６および高周波アンプ７に与えて制御する機能を有する。これにより、撮影条件に応じた傾斜磁場を撮影領域に形成し、高周波送信信号を被検体Ｐに送信することができる。

制御装置８の信号処理系１９は、コイル位置推定部２１、発振周波数制御部２２および受信データ処理部２３を有する。

コイル位置推定部２１は、寝台制御部１０から受けた寝台９の位置情報に基づいて高周波受信コイル５の位置を推定する機能と、推定した高周波受信コイル５の位置情報を発振周波数制御部２２に与える機能とを有する。すなわち、被検体Ｐをセットした際における寝台９の天板位置と、被検体Ｐのセット後における寝台９の移動量とから、寝台９の位置を推定することができる。このとき、必要に応じて予め取得した被検体Ｐの画像を参照することもできる。そして、寝台９と高周波受信コイル５間の相対的な位置関係と寝台９の位置とから、幾何学的に高周波受信コイル５の位置を推定することができる。

また、コイル位置推定部２１は、寝台９の位置情報に加えて、或いは寝台９の位置情報に代えて各位置検出用受信アンテナ１５からそれぞれ受けた位置検出用信号に基づいて高周波受信コイル５の位置を推定することもできる。すなわち、複数の位置検出用受信アンテナ１５から得られた位置検出用信号の位相差から高周波受信コイル５の位置を推定することができる。このように、高周波受信コイル５の位置を検出するための位置検出用信号を利用すると、高周波受信コイル５と寝台９との相対位置とは無関係に高周波受信コイル５の位置を推定することが可能となる。このため、高周波受信コイル５の位置の推定精度の向上が期待できる。

発振周波数制御部２２は、コイル位置推定部２１から受けた高周波受信コイル５の位置に基づいて、幾何学的に高周波受信コイル５に設けられた各受信信号送信アンテナ１１にそれぞれ近接する受信信号受信アンテナ１４を推定し、各受信信号送信アンテナ１１から無線によりそれぞれ送信される各受信信号の周波数を、近接する受信信号受信アンテナ１４の同調周波数にそれぞれ設定する機能を有する。発振周波数制御部２２により設定された各受信信号の送信周波数は発振周波数データとしてデジタル通信用送信アンテナ１６に与えられ、デジタル通信用送信アンテナ１６から高周波受信コイル５に接続されたデジタル通信用受信アンテナ１２にデジタル無線により送信できるように構成される。

ただし、発振周波数制御部２２により設定された発振周波数データを無線ではなく、デジタルシリアル光リンク等の送信手段によりデジタル通信用受信アンテナ１２に送信するように構成してもよい。

また、受信データ処理部２３は、周波数フィルタ１８を通過して与えられた受信信号に対して前処理および画像再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを再構成する機能を有する。

図４は図１に示す磁気共鳴イメージング装置１の高周波受信コイル５の回路構成例を示す図である。

高周波受信コイル５は、被検体ＰからのＮＭＲ信号を受信するための複数のエレメントコイル３０を備えている。また、高周波受信コイル５には、各エレメントコイル３０に対応する複数の周波数変換器３１、ドライバ３２、周波数発振器３３および各エレメントコイル３０に共通の同期クロック端子３４、発振周波数データ受信部３５が内蔵される。

各エレメントコイル３０はそれぞれ個別の周波数変換器３１と接続される。そして、各エレメントコイル３０（・・・、ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，・・・）においてそれぞれ受信されたＮＭＲ信号は、それぞれ対応する周波数変換器３１において、互いに異なる周波数（・・・、ｆｎ−１、ｆｎ、ｆｎ＋１、・・・）となるように周波数変換（アップコンバージョン）される。

各周波数変換器３１は、それぞれドライバ３２を介して受信信号送信アンテナ１１と接続される。そして、互いに異なる所定の周波数にそれぞれ変換された受信信号は、ドライバ３２により受信信号送信アンテナ１１に伝送されて無線送信される。このとき、無線送信のための周波数変換後における受信信号の周波数帯は、それぞれ受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４に同調するように設定される。

従って、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４により、無線送信された受信信号が受信され、各受信信号受信アンテナ１４にそれぞれ接続された増幅器１７において増幅された後、後段の周波数フィルタ１８を介して制御装置８に周波数選択的に出力される。

発振周波数データ受信部３５は、デジタル通信用受信アンテナ１２と接続される。そして、発振周波数データ受信部３５は、デジタル通信用受信アンテナ１２により受信された発振周波数データを取得して各周波数発振器３３に与えることにより、発振周波数データに従って各周波数発振器３３の発振周波数を制御する機能を有する。

各周波数発振器３３は、ＰＬＬ（phase locked loop）等の回路により構成することができる。各周波数発振器３３は、発振周波数データ受信部３５から受けた発振周波数データに従って、所定の周波数を発振させる機能を有する。各周波数発振器３３は、同期クロック端子３４と接続され、発振周波数は同期される。周波数発振器３３の出力先は、それぞれ周波数変換器３１とされ、各周波数発振器３３の出力と各エレメントコイル３０からの受信信号とが掛け合わされるように構成される。このため、周波数変換器３１において、各エレメントコイル３０からの受信信号の周波数は、発振周波数データに応じた各周波数発振器３３の発振周波数に変換される。

このようにして各受信信号送信アンテナ１１に近接するそれぞれの受信信号受信アンテナ１４に同調する周波数に変換された受信信号が、各受信信号送信アンテナ１１から無線送信される。

ここで、受信信号の周波数変換に伴って必要となる同期方法について説明する。

図５は、図４に示す高周波受信コイル５から周波数変換を伴って無線送信される受信信号の同期方法を説明するための回路図である。尚、図５では、説明容易化のため、エレメントコイル３０や周波数発信器等の構成要素を１つのみ表示している。

制御装置８の発振周波数制御部２２には、同期用クロック生成用発振器４０が設けられる一方、受信データ処理部２３に周波数変換器４１および周波数発振器４２が設けられる。同期用クロック生成用発振器４０は、同期の基準となる同期用クロックを生成する機能を有する。生成された同期用クロックは、同期用クロック生成用発振器４０から同期クロック端子３４に伝送される。同期用クロックの伝送方法としては、発振周波数データに重畳して無線により送信してもよいし、デジタルシリアル光リンク等の送信手段を別途設けて送信してもよい。

一方、受信データ処理部２３に設けられる周波数変換器４１は、受信信号受信アンテナ１４により受信され、増幅器１７により増幅された受信信号を周波数変換（ダウンコンバージョン）する機能を有する。周波数変換器４１は、周波数発振器４２と接続される。周波数発振器４２は、周波数変換器４１が周波数変換する際に必要な基準信号を生成して周波数変換器４１に出力するように構成されている。

そして、同期用クロック生成用発振器４０は、同期クロック端子３４のみならず、受信データ処理部２３の周波数発振器４２にも同期用クロックを供給するように構成される。このようにして、基準となる同期用クロックを受信信号のアップコンバージョン用の周波数発振器３３に接続された同期クロック端子３４および受信信号のダウンコンバージョン用の周波数発振器４２に供給することにより受信信号の同期をとることができる。

次に、受信信号の周波数変換に際する別の同期方法について説明する。

図６は、図４に示す高周波受信コイル５から周波数変換を伴って無線送信される受信信号の同期方法を説明するための別の回路図である。尚、図６では、説明容易化のため、エレメントコイル３０や周波数発信器等の構成要素を１つのみ表示している。

図５の回路例では、同期用クロック生成用発振器４０が制御装置８に設けられたが、図６の回路例のように、同期用クロック生成用発振器４０を高周波受信コイル５に内蔵してもよい。同期用クロック生成用発振器４０を高周波受信コイル５に内蔵した場合には、同期用クロック生成用発振器４０から同期用クロックが制御装置８側の周波数発振器４２に送信される。同期用クロックの伝送方法としては、受信信号に重畳して無線により送信してもよいし、デジタルシリアル光リンク等の送信手段を別途設けて送信してもよい。

次に磁気共鳴イメージング装置１の作用について説明する。

寝台９に被検体Ｐがセットされ、寝台制御部１０の作用により撮像位置に寝台９が移動すると、高周波受信コイル５の位置が特定される。すなわち、寝台制御部１０から寝台９の位置情報が制御装置８のコイル位置推定部２１に与えられる。また、必要に応じて、高周波受信コイル５側に設けられる位置検出用送信アンテナ１３から高周波受信コイル５の位置を検出するための位置検出用信号が無線により送信される。送信された位置検出用信号は、架台側に設けられた複数の位置検出用受信アンテナ１５に同調されているため、各位置検出用受信アンテナ１５により受信される。各位置検出用受信アンテナ１５によりそれぞれ受信された各位置検出用信号は制御装置８のコイル位置推定部２１に与えられる。

コイル位置推定部２１は、寝台９と高周波受信コイル５間の相対的な位置関係および寝台制御部１０から受けた寝台９の位置情報に基づいて高周波受信コイル５の位置を推定する。また、高周波受信コイル５の位置検出用信号が複数の位置検出用受信アンテナ１５により受信されている場合には、各位置検出用信号の位相差が求められ、高周波受信コイル５の位置の推定に利用される。

次に得られた高周波受信コイル５の位置情報から高周波受信コイル５側の受信信号送信アンテナ１１に最も近接する受信信号受信アンテナ１４に同調する周波数を設定する。すなわち、発振周波数制御部２２は、高周波受信コイル５側の各受信信号送信アンテナ１１から無線によりそれぞれ送信される各受信信号の周波数を近接する受信信号受信アンテナ１４の同調周波数にそれぞれ設定する。設定された各受信信号の送信周波数は発振周波数データとして発振周波数制御部２２からデジタル通信用送信アンテナ１６に与えられ、デジタル通信用送信アンテナ１６から高周波受信コイル５に接続されたデジタル通信用受信アンテナ１２に無線送信される。

一方で、送信系２０において生成されたパルスシーケンスに従って、送信系２０から制御信号が傾斜磁場電源６および高周波アンプ７に与えられる。傾斜磁場電源６は、傾斜磁場コイル３に制御信号に応じた電流を供給し、撮影領域に、目的とする傾斜磁場を形成させる。また、高周波アンプ７は、所定の強度に増幅した高周波送信信号を高周波送信コイル４に与え、撮影領域にセットされた被検体Ｐの撮影部位に向けて高周波送信信号を送信させる。

これにより、被検体Ｐ内でＮＭＲ信号が発生し、高周波受信コイル５に内蔵される各エレメントにより受信される。各エレメントにより受信されたＮＭＲ信号は、受信信号として周波数変換器３１に導かれる。このとき、高周波受信コイル５側のデジタル通信用受信アンテナ１２において受信された発振周波数データが発振周波数データ受信部３５を介して各周波数発振器３３に与えられる。各周波数発振器３３は発振周波数データに従って各受信信号送信アンテナ１１にそれぞれ最も近接する各受信信号受信アンテナ１４にそれぞれ同調する周波数を発振する。この発振周波数は、各周波数変換器３１に与えられ、受信信号の周波数変換が行われる。このようにして発振周波数データに応じた周波数にロックされた受信信号は、ドライバ３２により各受信信号送信アンテナ１１にそれぞれ伝送され、無線送信される。

無線送信された各受信信号は、周波数がロックされているので、それぞれ各受信信号送信アンテナ１１に最も近接する各受信信号受信アンテナ１４により受信され、それぞれ増幅器１７において増幅される。増幅された各受信信号は周波数フィルタ１８に与えられ、特定の周波数帯の受信信号が選択されて制御装置８の受信データ処理部２３に与えられる。

受信データ処理部２３では、受信信号の周波数変換が実行される。このとき、同期用クロック生成用発振器４０が生成した基準となる同期用クロックにより同期がとられる。次に、受信データ処理部２３は、受信信号に対して前処理および画像再構成処理を施す。これにより被検体Ｐの画像データが再構成される。そして、画像データは、必要な画像処理が施された後、図示しないモニタに表示されて診断に利用される。

以上のような磁気共鳴イメージング装置１によれば、各受信信号送信アンテナ１１から無線送信される受信信号は、常にそれぞれ近接する受信信号受信アンテナ１４に同調されているため、近接する受信信号受信アンテナ１４により受信される。この結果、複数の受信信号送信アンテナ１１から無線によりそれぞれ送信される全ての受信信号の送信距離を一様に短くし、最適化することができる。このため、各受信信号の空間伝播に伴って生じる信号減衰による信号雑音比の低下を大幅に改善することができるのみならず、エレメントコイル３０ごとに無線送信される各受信信号におけるＳＮ低下のばらつきを抑制することができる。

図７は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第２の実施形態を示す構成図である。

図７に示された、磁気共鳴イメージング装置１Ａでは、高周波受信コイル５に単一の受信信号送信アンテナ１１が設けられる構成、制御装置８の機能構成および周波数フィルタ１８に代えて回路選択部５０を設けた構成が図１に示す磁気共鳴イメージング装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示す磁気共鳴イメージング装置１と実質的に異ならないため、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

磁気共鳴イメージング装置１Ａでは、高周波受信コイル５に単一の受信信号送信アンテナ１１が設けられる。また、架台側の複数の受信信号受信アンテナ１４は、それぞれ増幅器１７と接続され、増幅器１７の出力側は制御装置８と接続される。さらに、増幅器１７には、回路選択部５０が接続される。

制御装置８の信号処理系１９には、寝台９の位置情報や複数の位置検出用信号の位相差から高周波受信コイル５の位置を推定するコイル位置推定部２１および増幅器１７から受けた受信信号を処理する受信データ処理部２３の他、アンテナ選択部５１が設けられる。

アンテナ選択部５１は、コイル位置推定部２１から高周波受信コイル５の推定位置情報を受けて、高周波受信コイル５に設けられた受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４を幾何学的な位置関係から検知する機能を有する。受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４の検知結果は、受信信号受信アンテナ１４の選択情報としてアンテナ選択部５１から回路選択部５０に与えられるように構成される。

回路選択部５０は、アンテナ選択部５１から受けた受信信号受信アンテナ１４の選択情報に基づいて、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４から増幅器１７に出力された受信信号を選択し、他の受信信号受信アンテナ１４から増幅器１７に出力された受信信号を非選択として制御装置８の受信データ処理部２３に出力する機能を有する。

図８は図７に示す磁気共鳴イメージング装置１Ａの高周波受信コイル５の回路構成例を示す図である。

図４に示す高周波受信コイル５は、各エレメントコイル３０で受信された受信信号が高周波受信コイル５側で合成（多重化）されずにエレメントコイル３０ごとに無線送信される回路構成を有するのに対し、図８に示す高周波受信コイル５は、各エレメントコイル３０で受信された受信信号が高周波受信コイル５側で合成（多重化）されて単一の受信信号として無線送信される回路構成を有する。

すなわち、各エレメントコイル３０に接続された周波数変換器３１の出力側には共通の合成器６０が設けられる。合成器６０の出力側は単一のドライバ３２を介して受信信号送信アンテナ１１と接続される。そして、各エレメントコイル３０で受信された周波数変換後の各受信信号は、合成器６０において合成され、単一の受信信号としてドライバ３２を介して受信信号送信アンテナ１１に伝送されるように構成される。

また、各周波数変換器３１にそれぞれ異なる発振周波数を与える周波数発振器３３は、共通の周波数制御部６１と接続される。そして、周波数制御部６１において設定された発振周波数データが各周波数発振器３３に与えられることによって、各エレメントコイル３０からの受信信号の周波数が互いに異なる周波数となるように各周波数変換器３１においてそれぞれ周波数変換されるように構成される。ここで、周波数制御部６１は、画像再構成用のデータを収集するために使用される各エレメントコイル３０からの受信信号の周波数変換後における周波数帯が互いにオーバーラップしないように発振周波数データを設定するように構成される。

尚、発振周波数データをデジタル無線通信あるいはデジタルシリアル光リンク等の伝送手段により高周波受信コイル５の外部から周波数制御部６１に伝送するように構成してもよい。発振周波数データをデジタル無線通信により外部から高周波受信コイル５に伝送する場合には、デジタル無線アンテナ６２が周波数制御部６１に接続される。

一方、無線送信された受信信号を受信するための受信信号受信アンテナ１４は、架台側の複数箇所に寝台９の移動方向に並べて配置される。各受信信号受信アンテナ１４は、各エレメントコイル３０から多重化して無線送信される周波数変換後における受信信号の周波数帯域に予め同調される。

また、各受信信号受信アンテナ１４にはそれぞれ増幅器１７が接続され、各増幅器１７の出力側は制御装置８の受信データ処理部２３と接続される。さらに、各増幅器１７は、回路選択部５０と接続される。回路選択部５０は、アンテナ選択部５１から受けた受信信号受信アンテナ１４の選択情報に従って、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４に接続された増幅器１７からの受信信号のみを選択して制御装置８に出力させる。

そして、このような構成の磁気共鳴イメージング装置１Ａでは、コイル位置推定部２１において高周波受信コイル５の位置が推定されると、推定された高周波受信コイル５の位置に基づいてアンテナ選択部５１により受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４が検知される。この検知結果は、受信信号受信アンテナ１４の選択情報としてアンテナ選択部５１から回路選択部５０に与えられる。

一方、撮影条件に従ってスキャンが実施されると、高周波受信コイル５の各エレメントコイル３０によりＮＭＲ信号が受信される。各エレメントコイル３０において受信されたＮＭＲ信号はそれぞれ受信信号として対応する周波数変換器３１に与えられる。また、周波数制御部６１では、受信信号受信アンテナ１４に同調し、かつ各エレメントコイル３０からの受信信号の周波数変換後における周波数帯が互いにオーバーラップしないような発振周波数データが設定される。この発振周波数データが、周波数制御部６１から各周波数発振器３３に与えられると、各周波数発振器３３はそれぞれ発振周波数データに従う発振周波数を対応する周波数変換器３１に与える。

このため、各エレメントコイル３０からそれぞれ対応する周波数変換器３１に与えられた各受信信号は、各周波数変換器３１において、周波数帯が互いにオーバーラップしない周波数にそれぞれ変換される。周波数変換後の各受信信号は、各周波数変換器３１から共通の合成器６０に与えられ、合成器６０において多重化される。多重化された受信信号は、ドライバ３２を介して受信信号送信アンテナ１１に伝送され無線信号となって送信される。

送信された受信信号は、受信信号送信アンテナ１１に近接する受信信号受信アンテナ１４により受信され、対応する増幅器１７に出力される。そうすると、回路選択部５０は、受信信号受信アンテナ１４の選択情報に従って、最も近接する受信信号受信アンテナ１４に接続された増幅器１７からの受信信号のみを選択して制御装置８の受信データ処理部２３に与える。

以上のような磁気共鳴イメージング装置１Ａによれば、図１に示す磁気共鳴イメージング装置１と同様な効果を、複数のエレメントコイル３０からの受信信号を多重化する高周波受信コイル５を備えている場合に得ることができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第１の実施形態を示す構成図。 図１に示す受信信号受信アンテナの別の配置例を示す断面図。 図２に示す受信信号受信アンテナの配置位置を示す側面図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置の高周波受信コイルの回路構成例を示す図。 図４に示す高周波受信コイルから周波数変換を伴って無線送信される受信信号の同期方法を説明するための回路図。 図４に示す高周波受信コイルから周波数変換を伴って無線送信される受信信号の同期方法を説明するための別の回路図。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第２の実施形態を示す構成図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置の高周波受信コイルの回路構成例を示す図。

符号の説明

１、１Ａ 磁気共鳴イメージング装置
２ 静磁場磁石
３ 傾斜磁場コイル
４ 高周波送信コイル
５ 高周波受信コイル
６ 傾斜磁場電源
７ 高周波アンプ
８ 制御装置
９ 寝台
１０ 寝台制御部
１１ 受信信号送信アンテナ
１２ デジタル通信用受信アンテナ
１３ 位置検出用送信アンテナ
１４ 受信信号受信アンテナ
１５ 位置検出用受信アンテナ
１６ デジタル通信用送信アンテナ
１７ 増幅器
１８ 周波数フィルタ
１９ 信号処理系
２０ 送信系
２１ コイル位置推定部
２２ 発振周波数制御部
２３ 受信データ処理部
３０ エレメントコイル
３１ 周波数変換器
３２ ドライバ
３３ 周波数発振器
３４ 同期クロック端子
３５ 発振周波数データ受信部
４０ 同期用クロック生成用発振器
４１ 周波数変換器
４２ 周波数発振器
５０ 回路選択部
５１ アンテナ選択部
６０ 合成器
６１ 周波数制御部
６２ デジタル無線アンテナ
Ｐ 被検体

Claims (11)

1. 被検体からの核磁気共鳴信号を受信信号として受信する受信コイルと、
   前記受信コイルから前記受信信号を無線により送信する少なくとも１つの受信信号送信アンテナと、
   前記受信信号送信アンテナから送信された前記受信信号を受信するための複数の受信信号受信アンテナと、
   前記複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択する信号選択手段と、
   前記信号選択手段により選択された受信信号から前記被検体の画像を再構成する受信データ処理手段と、
   を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記複数の受信信号受信アンテナは、少なくとも前記被検体をセットする寝台の移動方向に配置され、
   前記信号選択手段は、前記受信信号送信アンテナに近接する受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記受信コイルを移動させる移動手段と、
   前記受信コイルの位置を推定するコイル位置推定手段とをさらに備え、
   前記信号選択手段は、前記コイル位置推定手段により推定された前記受信コイルの位置に基づいて前記受信信号送信アンテナに近接する受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記受信コイルを前記被検体をセットする寝台とともに移動させる寝台移動手段と、
   前記寝台の移動量に基づいて前記受信コイルの位置を推定するコイル位置推定手段とをさらに備え、
   前記信号選択手段は、前記コイル位置推定手段により推定された前記受信コイルの位置に基づいて前記受信信号送信アンテナに近接する受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記受信コイルは、複数のエレメントコイルを備え、
   前記複数のエレメントコイルによりそれぞれ受信された複数の受信信号がそれぞれ互いにオーバーラップしないような異なる周波数帯となるように前記複数の受信信号の周波数を制御する周波数制御手段と、
   前記複数の受信信号が対応する複数の受信信号送信アンテナから多重送信されるように前記複数の受信信号を合成する信号合成手段とを有し、
   前記周波数制御手段は、前記複数の受信信号送信アンテナから多重送信される前記複数の受信信号の周波数帯が前記複数の受信信号受信アンテナに同調するように前記複数の受信信号の周波数を制御するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記受信コイルは、複数のエレメントコイルを備え、
   前記複数のエレメントコイルによりそれぞれ受信された複数の受信信号がそれぞれ複数の受信信号送信アンテナから互いにオーバーラップしないような異なる周波数帯で送信されるように前記複数の受信信号の周波数を制御する周波数制御手段を有し、
   前記周波数制御手段は、前記複数の受信信号送信アンテナにそれぞれ近接する複数の受信信号受信アンテナに同調するように前記複数の受信信号の周波数を制御するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記受信コイルを移動させる移動手段と、
   前記受信コイルの位置を推定するコイル位置推定手段と、
   前記コイル位置推定手段により推定された前記受信コイルの位置に基づいて複数の受信信号送信アンテナにそれぞれ近接する複数の受信信号受信アンテナを検知し、検知した前記複数の受信信号受信アンテナにそれぞれ同調する周波数を前記周波数制御手段に送信する周波数データ送信手段とをさらに備え、
   前記周波数制御手段は、前記周波数データ送信手段から取得した周波数データに従って前記複数の受信信号送信アンテナにそれぞれ近接する複数の受信信号受信アンテナに同調するように前記複数の受信信号の周波数を制御するように構成される、
   ことを特徴とする請求項６記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 周波数変換されて無線により送信される前記受信信号の同期をとる同期手段を有することを特徴とする請求項５または６記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記複数の受信信号受信アンテナは、静磁場磁石内の端部付近に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 被検体からの核磁気共鳴信号を受信信号として受信する受信コイルと、
    前記受信コイルから前記受信信号を無線により送信する少なくとも１つの受信信号送信アンテナと、
    前記受信信号送信アンテナから送信された前記受信信号を受信するための複数の受信信号受信アンテナと、
    前記複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択する信号選択手段と、
    を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置のコイルシステム
11. 受信コイルにおいて受信信号として受信された被検体からの核磁気共鳴信号を無線により送信するステップと、
    無線送信された前記受信信号を複数の受信信号受信アンテナで受信するステップと、
    前記複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択するステップと、
    選択された前記受信信号から前記被検体の画像を再構成するステップと、
    を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法。

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