CN111685751B - 磁共振成像装置及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

一个实施方式的磁共振成像装置，具备：RF线圈，对从被检体接收到的磁共振信号进行AD变换并以无线方式发送；主体，以无线方式接收上述磁共振信号，并且生成系统时钟；第一通信部，通过利用沿着所述被检体的体表面的电场传播的表面电场通信来发送所述系统时钟；以及第二通信部，设置于所述RF线圈，而且接收通过所述表面电场通信发送的所述系统时钟，所述RF线圈基于接收到的所述系统时钟进行动作。

Description

磁共振成像装置及其通信方法
关联申请的引用
本申请以日本专利申请2019－044665(申请日2019年3月12日)为基础，从该申请享受优先的利益。本申请通过参照该申请，而包括同申请的全部内容。
技术领域
本说明书及附图所公开的实施方式涉及磁共振成像装置及其通信方法。
背景技术
磁共振成像装置是利用拉莫尔频率的高频信号(RF(Radio Frequency)信号)激发置于静磁场中的被检体的原子核自旋，并对伴随激发从被检体产生的磁共振信号(MR(Magnetic Resonance)信号)进行重构而生成图像的摄像装置。
磁共振成像装置中，从全身用线圈向被检体发送RF脉冲。通过全身用线圈或RF线圈接收相应于该发送而从被检体释放的磁共振信号(即，MR信号)。RF线圈在接近被检体的位置接收从被检体释放的MR信号。RF线圈根据被检体的摄像部位，有头部用、胸部用、脊椎用、下肢用等各种类型。RF线圈有时也被称为局部线圈或表面线圈。
以往，大多使用以有线的方式将接收到的MR信号传输到磁共振成像装置主体的有线型的RF线圈。与此相对，提出了将接收到的MR信号由AD变换器从模拟信号变换为数字信号，将数字化后的MR信号以无线的方式传输到磁共振成像装置主体(以下，简称为主体)的无线型的RF线圈。
在使用有线型的RF线圈时，使用根据主体侧的系统时钟生成的AD时钟，在主体侧对从RF线圈作为模拟信号发送来的MR信号进行AD转换。另一方面，在使用无线型的RF线圈时，在RF线圈侧需要用于对MR信号进行AD转换的AD时钟，在RF线圈侧也需要用于生成AD时钟的基准时钟。
数字化的MR信号被发送到主体侧，使用主体侧的系统时钟被实施各种数字处理。因此，RF线圈侧的系统时钟和主体侧的系统时钟需要相互同步。
因此，为了使彼此的系统时钟同步，考虑将主体侧的系统时钟无线发送到RF线圈。然而，在现有的远程无线通信的方式中，由于在无线传播路径中产生的衰减的影响，可能发生系统时钟的稳定发送变难的状况。
另一方面，除了上述系统时钟的传输之外，还存在想要不对被检体施加负担而简便地取得被检体的心跳、呼吸等生物体信息的强烈期望。
发明内容
本说明书以及附图所公开的实施方式要解决的课题在于，能够不受衰减的影响而稳定地从磁共振成像装置的主体对无线型的RF线圈发送系统时钟。此外，能够在不对被检体施加负担的情况下简便地取得被检体的心跳、呼吸等生物体信息。
本发明的磁共振成像装置，具备：
RF线圈，对从被检体接收到的磁共振信号进行AD变换并以无线方式发送；
主体，以无线方式接收所述磁共振信号，并且生成系统时钟；
第一通信部，通过利用沿着所述被检体的体表面的电场传播的表面电场通信来发送所述系统时钟；以及
第二通信部，设置于所述RF线圈，接收通过所述表面电场通信发送的所述系统时钟，
所述RF线圈基于接收到的所述系统时钟进行动作。
另外，能够构成为，
所述第一通信部具有与所述被检体接近地配设的第一电极，
所述第二通信部具有第二电极，该第二电极设置于所述RF线圈内，且具有与所述被检体接近地配设的第二电极。
另外，能够构成为，
所述第二通信部检测接收到的所述系统时钟的相位波动，并将与检测出的相位波动相关的信息发送到所述主体，
所述主体以使所述相位波动变少的方式来设定用于将所述系统时钟从所述第一通信部向所述第二通信部发送的载波频率。
另外，能够构成为，
所述主体预测从所述第一通信部向所述第二通信部的传输路径长度，对与所述传输路径长度对应的所述系统时钟的相位延迟进行校正。
另外，可以是，
所述第二通信部还具备生物体监测电路，该生物体监测电路根据接收到的所述系统时钟的信号强度的变化，检测包含所述被检体的心跳以及呼吸引起的体动中的至少一方的生物体信息。
另外，能够构成为，
所述第一通信部将通过所述表面电场通信发送所述系统时钟的第一高频信号和用于通过辐射场通信检测包含所述被检体的心跳以及呼吸引起的体动中的至少一方的生物体信息的第二高频信号合成并向第二通信部发送，
所述第二通信部分离所述第一高频信号和所述第二高频信号，从所述第一高频信号再现所述系统时钟，根据所述第二高频信号的信号强度的变化来检测所述生物体信息。
另外，能够构成为，
所述第一通信部具有与所述被检体接近地配设的第一板状偶极天线，
所述第二通信部具有设置在所述RF线圈内、且与所述被检体接近地配设的第二板状偶极天线，
所述第一板状偶极天线及所述第二板状偶极天线进行与所述表面电场通信和所述辐射场通信这两者对应的通信。
另外，可以是，
所述第一板状偶极天线及所述第二板状偶极天线均配设成其长度方向与所述被检体的头足方向正交。
另外，能够构成为，
所述第一通信部具有与所述被检体接近地配设的第一圆极化天线，
所述第二通信部具有设置在所述RF线圈内、且与所述被检体接近地配设的第二圆极化天线，
所述第一圆极化天线及所述第二圆极化天线进行与所述表面电场通信和所述辐射场通信这两者对应的通信。
另外，能够构成为，
所述第二通信部检测接收到的所述系统时钟的相位波动，并将与检测出的相位波动相关的信息发送到所述主体，
所述主体以使所述相位波动变少的方式来设定用于将所述系统时钟从所述第一通信部向所述第二通信部发送的载波频率。
另外，可以是
所述第二高频信号的频率被设定为比所述第一高频信号的频率高的频率。
另外，可以是，
所述第二高频信号是根据成为用于得到所述磁共振信号的高频发送脉冲的生成源的信号源、而且具有所述被检体的拉莫尔频率的信号源而生成的。
另外，能够构成为，
所述第二通信部将检测出的所述生物体信息向所述主体发送，
所述主体使用接收到的所述生物体信息，在所述磁共振信号的重构处理中进行校正所述被检体的运动的处理。
本发明涉及的磁共振成像装置的通信方法，
该磁共振成像装置具备对从被检体接收到的磁共振信号进行AD变换并以无线方式发送的RF线圈、以及以无线方式接收上述磁共振信号，并且生成系统时钟的主体，在该磁共振成像装置的通信方法中，
从接近所述被检体配设的第一通信部通过表面电场通信来发送所述系统时钟，所述表面电场通信对沿着所述被检体的体表面的电场传播加以利用，
通过设置于所述RF线圈的第二通信部，接收通过所述表面电场通信发送的所述系统时钟，
基于接收到的所述系统时钟使所述RF线圈动作。
附图说明
图1是表示各实施方式的磁共振成像装置的整体构成例的构成图。
图2是示意地表示第一通信部和第二通信部对被检体的配设状态、和从第一通信部向第二通信部的无线的传播状况的图。
图3是表示第一实施方式的第一通信部及第二通信部的构成例的框图。
图4是表示第一实施方式的第一变形例的第一通信部和第二通信部的构成例的框图。
图5是表示第一实施方式的第二变形例的第一通信部和第二通信部的构成例的框图。
图6是表示第一实施方式的第三变形例的第一通信部和第二通信部的构成例的框图。
图7是表示第二实施方式的第三变形例的第一通信部和第二通信部的构成例的框图。
图8是表示第二实施方式中使用的第一电极和第二电极的配置状况，并且示意性地表示第一电极与第二电极之间的电场的传播状况的图。
图9是例示第二实施方式的第三变形例中使用的第一电极和第二电极的图。
图10是表示第二实施方式的第四变形例的第一通信部的构成例的图。
图11是表示第二实施方式的第五变形例的第一通信部的构成例的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，基于附图对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是表示第一实施方式的磁共振成像装置1的整体构成的框图。第一实施方式的磁共振成像装置1构成为具备磁铁架台2、控制柜300、控制台400、诊视床500等。
磁铁架台2具有静磁场磁铁10、倾斜磁场线圈11、WB(Whole Body)线圈12等，这些构成品收纳于圆筒状的壳体。诊视床500具有诊视床主体50和顶板51。另外，磁共振成像装置1具有接近被检体配设的RF线圈20。如上所述，RF线圈20有时也被称为局部线圈20或表面线圈20。
控制柜300具备倾斜磁场电源31(X轴用31x、Y轴用31y、Z轴用31z)、RF接收器32、RF发送器33以及序列控制器34。
磁铁架台2的静磁场磁铁10呈大致圆筒形状，在作为被检体(例如患者)的摄像区域的膛(静磁场磁铁10的圆筒内部的空间)内产生静磁场。倾斜磁场线圈11也呈大致圆筒形状，固定在静磁场磁铁10的内侧。倾斜磁场线圈11具有三通道结构。从倾斜磁场电源(31x、31y、31z)分别向倾斜磁场线圈11的各通道的倾斜磁场线圈供给电流，而在X轴、Y轴以及Z轴的各方向上生成倾斜磁场。
诊视床500的诊视床主体50能够使顶板51在上下方向上移动，使在拍摄前载置在顶板51上的被检体移动到规定的高度。然后，在拍摄时，使顶板51沿水平方向移动而使被检体移动到膛内。
WB线圈12以包围被检体的方式大致圆筒形状地固定于倾斜磁场线圈11的内侧。WB线圈12向被检体发送从RF发送器33传输的RF脉冲，另一方面，接收由于氢原子核的激发而从被检体释放的磁共振信号(即，MR信号)。
RF线圈20在接近被检体的位置接收从被检体释放的MR信号。RF线圈20例如由多个要素线圈构成。RF线圈20根据被检体的摄像部位，有头部用、胸部用、脊椎用、下肢用、或者全身用等各种类型，但在图1中例示了胸部用的RF线圈20。
RF发送器33基于来自序列控制器34的指令向WB线圈12发送RF脉冲。另一方面，RF接收器32检测由WB线圈12、RF线圈20接收到的MR信号，将对检测到的MR信号进行数字化而得到的原始数据发送给序列控制器34。
序列控制器34在控制台400的控制下，分别驱动倾斜磁场电源31、RF发送器33以及RF接收器32来进行被检体的扫描。然后，序列控制器34在进行扫描并从RF接收器32接收到原始数据时，将该原始数据发送至控制台400。
序列控制器34具备处理电路(省略图示)。该处理电路例如由执行规定的程序的处理器、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)等硬件构成。
控制台400构成为具有处理电路40、存储电路41、显示器42以及输入设备43的计算机。
存储电路41是除了ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)之外，还包括HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、光盘装置等外部存储装置的存储介质。存储电路41除了存储各种信息、数据之外，还存储处理电路40所具备的处理器执行的各种程序。
显示器42是液晶显示面板、等离子体显示面板、有机EL面板等显示设备。输入设备43例如是鼠标、键盘、轨迹球、触摸面板等，包含用于操作者输入各种信息、数据的各种设备。
处理电路40例如是具备CPU、专用或通用的处理器的电路。处理器通过执行存储在存储电路41中的各种程序来实现后述的各种功能。处理电路40也可以由FPGA(fieldprogrammable gate array：现场可编程门阵列)或ASIC(application specific Tgratedcircuit)等硬件构成。通过这些硬件也能够实现后述的各种功能。另外，处理电路40也可以将处理器、基于程序的软件处理、硬件处理组合来实现各种功能。
实施方式的磁共振成像装置1除了WB线圈12以外，还具有RF线圈20。RF线圈20在接近被检体的位置接收从被检体释放的MR信号。RF线圈20例如由多个要素线圈构成。RF线圈20根据被检体的摄像部位，有头部用、胸部用、脊椎用、下肢用、或者全身用等各种类型，但在图1中例示了胸部用的RF线圈20。
另外，实施方式的磁共振成像装置1的RF线圈20是无线型的RF线圈20，构成为将从被检体接收到的MR信号变换为数字信号，并以无线方式发送到MRI装置主体600。另外，在本说明书中，将从磁共振成像装置1中除去了RF线圈20、后述的第一通信部以及第二通信部后的构成称为MRI装置主体600。
RF线圈20将接收到的模拟信号即MR信号用AD变换器变换为数字信号，并将数字化后的MR信号以无线方式发送到MRI装置主体600，需要用于AD变换的AD时钟。另一方面，MRI装置主体600侧为了取入以无线接收到的MR信号，需要与RF线圈20侧的AD时钟同步的处理时钟。
因此，在实施方式的磁共振成像装置1中，在MRI装置主体600中生成称为系统时钟的基准时钟，根据该系统时钟生成处理时钟，另一方面，通过将该系统时钟以无线方式发送到RF线圈20，能够在MRI装置主体600和RF线圈20间进行相互同步的处理。并且，通过第一通信部100和第二通信部200进行该系统时钟的无线发送。
图2是示意性地表示第一通信部100和第二通信部200向被检体的配设状态、和从第一通信部100向第二通信部200的无线的传播状况的图。在本实施方式的磁共振成像装置1中，使用利用沿着被检体的体表面的电场传播的表面电场通信来进行从第一通信部100向第二通信部200的系统时钟的无线传输。表面电场通信也被称为准静电场通信。
电磁场能够分类为辐射电磁场、感应电磁场以及准静电场。辐射电磁场与距离成反比，感应电磁场与距离的平方成反比，准静电场与距离的立方成反比地衰减。其中，相对于距离的衰减最小的辐射电磁场(所谓的电波)用于通常的远距离通信。
另一方面，准静电场没有像辐射电磁场那样在空间中传播的性质，是在人体、车辆等物质的附近如静电带电那样分布的电压现象。相当于静电场的时间变化视为零，准静电场具有频率成分，伴随时间变化。
本实施方式的第一通信部100与第二通信部200之间的通信利用该准静电场。通过在第一通信部100的电极110与被检体(人体)之间激发基于电容耦合的电场，并在该电场中重叠系统时钟的信息，从第一通信部100向第二通信部200以人体的表面为媒介来传达系统时钟的信息。
如图2所示，具有第一电极110的第一通信部100例如配设在诊视床500的顶板51的内部或者顶板51的上部。特别是，第一通信部100所具备的第一电极110优选接近被检体配设，如图2所示，例如接近被检体的背部而配设。第一电极110能够被绝缘覆膜覆盖，不一定需要与被检体的皮肤接触，也可以隔着衣服配设在被检体的附近。第一电极例如是金属平板。第一电极的尺寸没有特别限定，例如是1边或直径为几米至几十米的范围的金属平板。
另一方面，第二通信部200配设于RF线圈20的内部。并且，第二通信部200所具有的第二电极210与第一通信部100的第一电极110同样地接近被检体配设。例如，第二电极接近被检体的胸部或腹部而配设。另外，第二电极也与第一电极同样地，例如是1边或者直径从几米到几十米的范围的金属平板。
图3是表示第一实施方式的第一通信部100以及第二通信部200的构成例的框图。在图3中，还示出了与第一通信部100和第二通信部200的通信以及通信信息相关联的MRI装置主体600的功能。
MRI装置主体600具有系统时钟生成电路620，由系统时钟生成电路620生成系统时钟。系统时钟是在磁共振成像装置1整体中成为基准的时钟，在通过RF线圈20对MR信号进行AD转换时，根据系统时钟生成AD时钟。另外，同时，从系统时钟生成用于将从RF线圈20无线发送来的数字MR信号取入MRI装置主体600的时钟。
这样，系统时钟是为了在MRI装置主体600与RF线圈20之间进行取得同步的处理而需要的基准时钟。因此，需要将由MRI装置主体600生成的系统时钟发送给RF线圈20。
本实施方式的RF线圈20构成为以无线方式向MRI装置主体600发送MR信号的无线型，因此需要将由MRI装置主体600生成的系统时钟以无线方式传输到RF线圈20。在实施方式的磁共振成像装置1中，利用上述的沿着体表面的表面电场通信来进行该系统时钟的无线传输。并且，使用图3所示的第一通信部100和第二通信部200进行该系统时钟的无线传输。以下，将焦点缩小到系统时钟的无线传输来进行说明。
如图3所示，第一通信部100包括第一PLL(Phase Locked Loop；锁相环)电路121、带通滤波器(BPF)112和第一电极110。第一PLL电路121还包括相位比较器/电荷泵(PFD/CP)123、环路滤波器124、VCO(voltage controlled oscillator；电压控制器)125和分频器(M/N)122。
由MRI装置主体600生成的系统时钟的时钟频率没有特别限定，以下，使用系统时钟的时钟频率为2MHz的例子进行说明。
在第一通信部100的第一PLL电路121中，对从MRI装置主体600以有线方式发送来的系统时钟的频率进行倍频，生成用于将系统时钟从第一通信部100向第二通信部200进行使用了表面电场通信的无线传输的载波信号。此处的载波信号并不是通过特定的信息进行了调制后的信号，而将仅对系统时钟进行倍频后的时钟信号称为载波信号。此外，将载波信号的频率称为载波频率。由于载波信号是使用PLL电路对系统时钟进行倍增而得到的信号，因此载波信号和系统时钟成为相互取得同步的信号。
通过带通滤波器112去除无用波等，通过使用了第一电极110的表面电场通信，将载波信号无线传输至第二通信部200的第二电极。载波信号的载波频率由系统时钟的频率和分频器(M/N)122的分频比确定。在分频器(M/N)122的分频比为1/10的情况下，系统时钟的时钟频率为2MHz，因此载波信号的载波频率为20MHz。
载波信号的载波频率没有特别限定，但从通过抑制辐射电磁场从而抑制来自远离被检体的物体的反射而降低衰减的观点出发，太高的频率并不优选。另一方面，如果载波频率过低，则容易受到被检体周围的噪声的影响。从这样的观点出发，载波信号的载波频率例如设置在1MHz～几十MHz的范围。在本说明书中，作为一例，说明了载波信号的载波频率为20MHz的情况。
从第一通信部100的第一电极110无线传输来的载波信号由第二通信部200的第二电极210接收。除了该第二电极210之外，第二通信部200还包括带通滤波器(BPF)212和第二PLL电路221。与第一PLL电路121同样地、第二PLL电路221包括分频器(M/N)222、相位比较器/电荷泵(PFD/CP)223、环路滤波器224和VCO225。
第二PLL电路221进行与第一PLL电路121相反的动作。第一PLL电路121将系统时钟例如从2MHz倍增为20MHz而生成载波信号。与此相对，第二PLL电路221将载波信号例如从20MHz向2MHz分频为1/10而生成系统时钟。
通过使第一PLL电路121的分频器(M/N)122的分频比(例如1/10)与第二PLL电路221的分频器(M/N)222的分频比(例如1/10)一致，能够使输入到第一通信部100的系统时钟的频率与从第二通信部200输出的系统时钟的频率完全一致，另外，能够使这两个系统时钟的相位完全同步。
第二通信部200内置于RF线圈20，或者接近RF线圈20配置。在RF线圈20中，将由要素线圈270接收到的MR信号通过AD变换器240变换为数字信号。此时使用的AD时钟是由RF线圈20的倍频器230对从第二通信部200输出的系统时钟进行倍频而得到的。因此，在RF线圈20中使用的AD时钟成为相对于由MRI装置主体600生成的系统时钟确保了同步的时钟信号。
变换为数字信号的MR信号通过无线调制/发送器250变换为适于无线传输的信号，从发送接收天线260朝向MRI装置主体600的发送接收天线610以无线方式传输。该无线传输例如可以使用利用了辐射电磁场的远程通信方式。
在MRI装置主体600中，通过MR信号解调电路612对接收到的MR信号进行解调处理。之后，由重构处理电路630进行重构处理而生成MR图像。
在上述的第一实施方式的磁共振成像装置1中，通过利用沿着被检体的体表面的电场传播的表面电场通信将由MRI装置主体600生成的系统时钟无线传送到RF线圈20。因此，不会受到来自被检体的周围的物体的反射所引起的衰减的影响，能够从MRI装置主体600对RF线圈20稳定地无线传输系统时钟。
(第一实施方式的第一变形例)
图4是表示第一实施方式的第一变形例的第一通信部100以及第二通信部200的构成例的框图。第一实施方式的第一变形例相对于上述的第一实施方式，附加了检测载波信号的相位的波动的功能和以相位的波动变少的方式设定载波信号的载波频率的功能。
为了实现检测载波信号的相位的波动的功能，第二通信部200具备波动检测电路226。波动检测的方法没有特别限定，例如，波动检测电路226将由第二电极210接收到的载波信号分支为由延迟元件延迟了的第一路径和没有延迟的第二路径，检测第一路径和第二路径的输出端的相位差。如果载波信号的相位没有波动，则认为该相位差表示恒定值，在载波信号的相位有波动的情况下，该相位差也变动。
由波动检测电路226检测出的载波信号的相位波动的有无、或者相位波动的程度经由无线调制/发送器250被发送到MRI装置主体600。第一实施方式的第一变形例的MRI装置主体600具备时钟载波频率控制电路640。时钟载波频率控制电路640基于载波信号的相位波动的有无、或者相位波动的程度来调整载波信号的载波频率，以使相位的波动变少。
具体而言，根据来自时钟载波频率控制电路640的控制信号，同时变更第一通信部100的分频器(M/N)122的分频比和第二通信部200的分频器(M/N)222的分频比，从而搜索相位的波动变少的载波信号的载波频率，并设定为适当的载波频率。用于变更第二通信部200的分频器(M/N)222的分频比的控制信号，从MRI装置主体600通过无线被发送到RF线圈20，并经由RF线圈20的无线接收/解调器280被发送到分频器(M/N)222。
根据第一实施方式的第一变形例，除了第一实施方式的效果之外，还能够降低载波信号的相位波动，其结果，还能够降低系统时钟的相位波动。
(第一实施方式的第二变形例)
图5是表示第一实施方式的第二变形例的第一通信部100以及第二通信部200的构成例的框图。另外，在图5中，为了避免繁杂，省略了第一PLL电路121和第二PLL电路221各自的内部构成的记载。
第一实施方式的第二变形例相对于上述第一实施方式的第一变形例，附加了使系统时钟的相位偏移的功能。该附加功能也可以去除在第一变形例中附加的功能，直接附加到第一实施方式。
在第一实施方式的第二变形例中，在MRI装置主体600中设置相位延迟计算电路650，通过该相位延迟计算电路650计算系统时钟的期望的相位偏移量。在本实施方式中使用的表面电场通信中，传播路径长度根据被检体的身体的大小而不同。因此，第一通信部100的发送源的系统时钟与由第二通信部200再现的系统时钟的相位差(即，起因于延迟量的相位差)依赖于被检体的躯体的粗细等被检体的大小而成为不同的值。
因此，在第一实施方式的第二变形例中，使用图像识别技术等，相位延迟计算电路650估计被检体的躯体的粗细等被检体的大小，预测从第一通信部100到第二通信部200的传播路径长度，计算出相位的校正量。
计算出的相位的校正量被设定在设置于第一通信部100的相位器(相位移位器)126中，通过用该相位器126调整发送源的系统时钟的相位，来校正起因于传播路径长度的延迟相位量。
(第一实施方式的第三变形例)
图6是表示第一实施方式的第三变形例的第一通信部100以及第二通信部200的构成例的框图。第一实施方式的第三变形例相对于第一实施方式的第二变形例，附加了检测心跳、呼吸运动等体动的功能。
如图2所示，从第一通信部100传送到第二通信部200的载波信号从第一电极110朝向第二电极210沿着被检体的体表面传播。因此，若被检体的体表面因呼吸、心跳而变动，则载波信号受到与呼吸运动、心跳的周期、变动幅度对应的振幅调制。
因此，在第一实施方式的第三变形例中，构成为在第二通信部200中设置了心跳/呼吸运动检测电路228。心跳/呼吸运动检测电路228起到生物体监测电路的作用。由第二电极210接收到的载波信号经由带通滤波器212流向第二PLL电路221，在此系统时钟被再现，另一方面，经由低通滤波器227朝向心率/呼吸运动检测电路228。心跳/呼吸运动检测电路228基于载波信号的振幅变动，检测被检体的呼吸运动、心跳，另外，提取与呼吸运动、心跳相关的信息。
心跳/呼吸运动检测电路228可以将呼吸运动和/或心跳的波形、基于呼吸运动和/或心跳的波形的呼吸的时相信息、心跳的时相信息作为生物体信息来检测，也可以将呼吸的周期、呼吸数、心跳的周期、心跳数作为生物体信息来检测。
由心跳/呼吸运动检测电路228检测出的这些生物体信息被发送到无线调制/发送器250，并以无线方式被发送到MRI装置主体600。MRI装置主体600能够使显示器42显示从第二通信部200发送来的生物体信息。另外，也能够进行使用了心跳的波形、呼吸运动的波形的心电同步摄像、呼吸同步摄像。
另外，也可以使用从第二通信部200发送来的心跳波形、呼吸波形，在由重构处理电路630进行的重构处理中，进行基于位置校正、相位校正的运动校正处理。
(第二实施方式)
图7是表示第二实施方式的第一通信部100和第二通信部200的构成例的框图。第二实施方式与上述第一实施方式的第三变形例同样，对第一实施方式的第二变形例附加了检测心跳、呼吸运动等体动的功能。
但是，相对于第一实施方式的第三变形例利用传输系统时钟的载波信号的振幅变动来检测心跳、呼吸运动等体动，而在第二实施方式中构成为，利用与系统时钟的载波信号独立地设置的生物体信息监测用信号来检测心跳、呼吸运动等体动。并且，生物体信息监测用信号的频率选择与系统时钟传送用的载波信号的频率不同的频率。
生物体信息监测用信号由设置于第一通信部100的生物体监测用发信器127生成。生物体信息监测用信号的频率例如为280MHz，选择比系统时钟传送用的载波信号的载波频率20MHz高的频率。
生物体信息监测用信号和时钟传送用的载波信号通过合成器128被合成后，从第一电极110无线传送到第二通信部200的第二电极210。在第二通信部200中，生物体信息监测用信号和时钟传送用的载波信号的合成信号被分配器229分成2个。另一方面，通过中心频率为20MHz的带通滤波器212向第二PLL电路221传输，另一方通过中心频率为280MHZ的带通滤波器220向心跳/呼吸运动检测电路228传输。
心跳/呼吸运动检测电路228通过检测从第一电极110到第二电极210的生物体信息监测器信号的透射信号的大小的变化来检测诸如心跳或呼吸运动等的体动。
在图7所示的第二实施方式的框图中，包含a)对系统时钟载波信号的相位的波动进行检测，并对载波频率进行调整以使得相位波动少的功能(波动检测电路226、时钟载波频率控制电路640等)、b)对系统时钟的传播路径长度引起的相位延迟进行校正的功能(相位器126、相位延迟计算电路650)，但也可以采用从第二实施方式的构成中去除(a)载波频率的调整功能和b)相位延迟的校正功能这两者的构成，也可以采用去除了任意一个功能的构成。
图8是表示在第二实施方式的第一通信部100以及第二通信部200中使用的第一电极110和第二电极210的配置状况，并且示意性地表示第一电极110与第二电极210之间的电场的传播状况的图。如图8的(a)右部所示，第一电极110、第二电极210构成为板状偶极天线。
通过偶极天线的元件的形状不是棒状而是构成为板状，从而容易在其与被检体(人体)之间激发基于电容耦合的电场，能够实现适合于在使用比较低的频率(例如，上述的20MHz的载波频率)的近场(准静电场)Es中在体表面传输的表面电场通信的天线。另一方面，通过向两个板状的元件的中央供电来构成半波长偶极天线，从而也能够同时实现在使用了比上述载波频率高的频率(例如，280MHz)的远场(辐射场)Er中的通信。
另外，已知近场(准静电场)Es在板状电极为长方形的情况下容易在电极的长度方向上传播。因此，优选将板状偶极天线的长度方向配置成与被检体的头脚方向正交(即，与被检体的左右方向平行)。这是因为，载波信号容易传输的方向与传输路径长度变短的方向一致。
(第二实施方式的第一变形例)
在上述的第二实施方式中，通过设置于第二通信部200的心跳/呼吸运动检测电路228，检测从第一电极110向第二电极210的生物体信息监测用信号的透射信号的大小的变动，由此检测心跳、呼吸运动等体动。
也可以取代基于透射信号的体动检测，而在第一通信部100中设置心跳/呼吸运动检测电路(未图示)，并且将定向耦合器(未图示)设置于合成器128与第一电极110之间，利用设置于第一通信部100的心跳/呼吸运动检测电路检测来自第一电极110的反射信号的变动。在该情况下，第一通信部100的心跳/呼吸运动检测电路检测被检体与第一电极110之间的近场耦合的耦合量的变化。即，由于被检体的心跳或呼吸运动等的体动，被检体与第一电极110之间的近场耦合的耦合量发生变动，从而与生物体信息监测用信号相关的第一电极110的匹配状态发生变动，结果来自第一电极110的生物体信息监测用信号的反射信号发生变动。在第二实施方式的第一变形例中，通过检测该反射信号的变动来检测心跳、呼吸运动等体动。
(第二实施方式的第二变形例)
第二实施方式的第二变形例是将关于检测心跳、呼吸运动等体动的第二实施方式和上述第二实施方式的第一变形例组合而成的。即，在第二实施方式的第二变形例中，构成为在第二通信部200设置心跳/呼吸运动检测电路228，并且在第一通信部100也设置心跳/呼吸运动检测电路。
在第二通信部200中，通过心跳/呼吸运动检测电路228，检测从第一电极110向第二电极210的生物体信息监测用信号的透射信号的大小的变动。另一方面，在第一通信部100中，也通过心跳/呼吸运动检测电路检测来自第一电极110的生物体信息监测用信号的反射信号的大小的变动。并且，通过对透射信号的变动和反射信号的变动进行分集处理，来检测心跳、呼吸运动等体动。例如，将透射信号的变动幅度与反射信号的变动幅度进行比较，根据变动幅度大的一方的信号来检测心跳或呼吸运动等体动。
(第二实施方式的第三变形例)
图9是例示在第二实施方式的第三变形例的第一通信部100以及第二通信部200中使用的第一电极110和第二电极210的图。在第二实施方式中，作为第一电极110和第二电极210，使用了板状偶极天线(图8)，但在第二实施方式的第三变形例中，取代板状偶极天线而使用微波圆极化天线。
通过在第一电极110和第二电极210双方使用微波圆极化天线，关于近场(准静电场)Es下的表面电场通信，成为大致无指向性。因此，即使第一电极110与第二电极210的相对于体表面的位置偏移、彼此的朝向的偏移存在，也不易受到该偏移的影响。
另外，通过利用圆极化，不易受到来自被检体的周围的一次反射信号的影响。这是因为一次反射信号的圆极化的旋转方向相反。
也可以代替微波圆极化天线，而设为将2个板状偶极天线相互正交地配置的交叉偶极天线。通过交叉偶极天线，能够实现圆极化。另外，关于指向性，也成为与偶极天线相比、接近微带线圆极化天线的广角的指向性，能够不易受到第一电极110与第二电极210的位置偏移、朝向的偏差的影响。
(第二实施方式的第四变形例)
图10是表示第二实施方式的第四变形例的第一通信部100的构成例的图。在图10中，特别是将焦点缩小到与系统时钟的载波信号(中心频率fc1，例如20MHz)和生物体信息监测用信号(中心频率fc2，例如280MHz)的生成相关的构成。
由MRI装置主体600的系统时钟生成电路620生成的系统时钟(时钟频率fsys，例如，2MHz)由第一通信部100的第一PLL电路121变换为10倍的频率fc1(＝20MHz)。
另一方面，第一通信部100具有本地频率fL(＝130MHz)的本地振荡器。通过图10的左起第一个混频器，第一PLL电路121的输出信号和本地振荡器的输出信号被混合，生成中频(fc1+fL＝150MHz、fc1-fL＝110MHz)的中间信号。该中间信号通过中心频率Fc(＝150MHz)的带通滤波器选择150MHz的频率的中间信号，进而，通过左起第二个混频器，与本地振荡器的输出信号再次混合。该混频器的输出包括中频(fc1+fL＝150MHz)与本地频率fL(＝130MHz)的和的频率(fc1+2fL＝280MHz)及差的频率(fc1＝20MHz)。通过混频器的后级的分配器和两个带通滤波器，提取与和的频率(＝280MHz)对应的信号作为生物体信息监测用信号，提取与差的频率(＝20MHz)对应的信号作为系统时钟的载波信号。并且，这2个信号由合成器合成后，从第一电极110输出。
(第二实施方式的第五变形例)
图11是表示第二实施方式的第五变形例的第一通信部100的构成例的图。在上述的第二实施方式的第四变形例中，构成为在第一通信部100中具有本地频率fL(＝130MHz)的本地振荡器。与此相对，在第二实施方式的第五变形例中，构成为在第一通信部100中不具有本地振荡器，而将MRI装置主体600所具备的振荡器670的输出信号用作第一通信部100的各混频器的本地信号。
MRI装置主体600的振荡器670的输出信号生成用于激发被检体的MR信号的RF脉冲，从RF发送器33经由WB线圈12照射到被检体。在磁共振成像装置1的静磁场为3特斯拉时，振荡器670的输出信号的频率为拉莫尔频率即130MHz。因此，在第二实施方式的第五变形例中，采用将拉莫尔频率作为本地频率fL(＝130MHz)利用于第一通信部100中的构成。
根据第二实施方式的第五变形例，不需要第一通信部100内的本地振荡器。进而，生物体信息监测用信号的频率不会与拉莫尔频率的高次谐波一致，因此不会受到MRI装置主体600所生成的发送用RF脉冲的高次谐波的影响。
根据以上说明的各实施方式的磁共振成像装置1，除了能够不受衰减的影响而稳定地从磁共振成像装置的主体对无线型的RF线圈发送系统时钟以外，还能够不对被检体施加负担地简便地取得被检体的心跳、呼吸等生物体信息。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，同样地包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (14)

1.一种磁共振成像装置，具备：RF线圈，对从被检体接收到的磁共振信号进行AD变换并以无线方式发送；主体，以无线方式接收所述磁共振信号，并且生成系统时钟；第一通信部，通过表面电场通信以无线传播的方式来发送所述系统时钟，该表面电场通信是利用沿着所述被检体的体表面的电场传播的表面电场通信；以及第二通信部，设置于所述RF线圈，接收从所述第一通信部无线传播并且通过所述表面电场通信发送的所述系统时钟，所述RF线圈基于接收到的所述系统时钟进行动作。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其中，所述第一通信部具有在所述被检体的一侧配设的第一电极，所述第二通信部具有设置于所述RF线圈内、且在所述被检体的另一侧配设的第二电极。
3.根据权利要求1或2所述的磁共振成像装置，其中，所述第二通信部检测所接收到的所述系统时钟的相位波动，并将与检测到的相位波动相关的信息发送到所述主体，所述主体以使所述相位波动变少的方式来设定用于将所述系统时钟从所述第一通信部向所述第二通信部发送的载波频率。
4.根据权利要求1或2所述的磁共振成像装置，其中，所述主体预测从所述第一通信部向所述第二通信部的传输路径长度，并校正与所述传输路径长度对应的所述系统时钟的相位延迟。
5.根据权利要求1或2所述的磁共振成像装置，其中，所述第二通信部还具备生物体监测电路，该生物体监测电路根据接收到的所述系统时钟的信号强度的变化，检测包括由所述被检体的心跳以及呼吸引起的体动中的至少一方的生物体信息。
6.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其中，所述第一通信部将第一高频信号和第二高频信号合成后发送给第二通信部，该第一高频信号用于通过所述表面电场通信发送所述系统时钟，该第二高频信号用于通过辐射场通信检测包含由所述被检体的心跳以及呼吸引起的体动中的至少一方的生物体信息，所述第二通信部将所述第一高频信号和所述第二高频信号分离，并从所述第一高频信号再现所述系统时钟，并根据所述第二高频信号的信号强度的变化来检测所述生物体信息。
7.根据权利要求6所述的磁共振成像装置，其中，所述第一通信部具有在所述被检体的一侧配设的第一板状偶极天线，所述第二通信部具有设置在所述RF线圈内、且在所述被检体的另一侧配设的第二板状偶极天线，所述第一板状偶极天线及所述第二板状偶极天线进行与所述表面电场通信和所述辐射场通信这两者对应的通信。
8.根据权利要求7所述的磁共振成像装置，其中，所述第一板状偶极天线及所述第二板状偶极天线均以其长度方向与所述被检体的头脚方向正交的方式配设。
9.根据权利要求6所述的磁共振成像装置，其中，所述第一通信部具有在所述被检体的一侧配设的第一圆极化天线，所述第二通信部具有设置于所述RF线圈内、且在所述被检体的另一侧配设的第二圆极化天线，所述第一圆极化天线及所述第二圆极化天线进行与所述表面电场通信和所述辐射场通信这两者对应的通信。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的磁共振成像装置，其中，所述第二通信部检测接收到的所述系统时钟的相位波动，并将与检测到的相位波动相关的信息发送到所述主体，所述主体以使所述相位波动变少的方式来设定用于将所述系统时钟从所述第一通信部向所述第二通信部发送的载波频率。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的磁共振成像装置，其中，所述第二高频信号的频率被设定为比所述第一高频信号的频率高的频率。
12.根据权利要求11所述的磁共振成像装置，其中，所述第二高频信号从成为用于得到所述磁共振信号的高频发送脉冲的生成源的信号源、而且具有所述被检体的拉莫尔频率的信号源生成。
13.根据权利要求6至9中任一项所述的磁共振成像装置，其中，所述第二通信部将检测出的所述生物体信息向所述主体发送，所述主体使用接收到的所述生物体信息，在所述磁共振信号的重构处理中进行校正所述被检体的运动的处理。
14.一种磁共振成像装置的通信方法，该磁共振成像装置具备对从被检体接收到的磁共振信号进行AD变换并以无线方式发送的RF线圈、和以无线方式接收上述磁共振信号并且生成系统时钟的主体，在该磁共振成像装置的通信方法中，通过表面电场通信，以无线传播的方式从在所述被检体的一侧地配设的第一通信部发送所述系统时钟，该表面电场通信是利用沿着所述被检体的体表面的电场传播的表面电场通信，通过设置于所述RF线圈的第二通信部，接收从所述第一通信部无线传播并且通过所述表面电场通信发送的所述系统时钟，基于接收到的所述系统时钟使所述RF线圈动作。
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