DE102009046604B4

DE102009046604B4 - Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009046604B4
Application number: DE102009046604.5A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Nakanishi; Koji Akita; Hideo Kasami; Takahiro SEKIGUCHI
Original assignee: Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: US8502540B2; DE102009061225B3; JP5355044B2; JP2010115256A; DE102009046604A1; NL2003775A; NL2003775C2; US20100117649A1

Abstract

Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung, mit einer Sondeneinheit (14, 15) und einer Steuer/Bildgebungseinheit (20), wobei die Sondeneinheit (14, 15) beinhaltet: Mittel (101) zum Detektieren eines Magnetresonanzsignals in einem Subjekt; Mittel (103) zum Abtasten des Magnetresonanzsignals unter Verwendung eines Abtasttaktsignals und Umwandeln des abgetasteten Magnetresonanzsignals in ein Digitalsignal; Mittel (105) zum Umwandeln des Digitalsignals in ein erstes Funksignal und Übertragen des ersten Funksignals über einen ersten Funkkanal; erste Mittel (108) zum Empfangen eines zweiten, über einen zweiten Funkkanal gesendeten Funksignals und Durchführen von Detektion am zweiten Funksignal, um ein erstes Empfangssignal zu erhalten; und Mittel (109) zum Regenerieren einer Taktkomponente aus dem ersten Empfangssignal, um ein regeneriertes Taktsignal zu erzeugen, das als ein Basissignal für das Abtasttaktsignal zu verwenden ist, wobei die Steuer/Bildgebungseinheit (20) beinhaltet: zweite Mittel (202) zum Empfangen des ersten Funksignals, um ein zweites Empfangssignal zu erhalten; Mittel (205) zum Erzeugen eines Referenz-Taktsignals; Mittel (203) zum Durchführen von Datenverarbeitung am zweiten Empfangssignal synchron zum Referenz-Taktsignal, um ein Videosignal zu erhalten, wobei die Datenverarbeitung Bild-Rekonstruktionsverarbeitung beinhaltet; und einen zweiten Sender (207) einschließlich Mitteln (271) zum Modulieren einer Trägerwelle unter Verwendung des Referenz-Taktsignals, wobei der zweite Sender das Referenz-Taktsignal in das zweite Funksignal umwandelt und das zweite Funksignal über den zweiten Funkkanal sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Empfangsmittel (108) das erste Funksignal unter Verwendung einer Empfangsantenne empfängt, die auf einem Bett vorgesehen ist, das mit dem darauf montierten Subjekt beweglich ist; ein zweiter Sensor (207) das zweite Funksignal unter Verwendung einer positional fixierten Senderantenne sendet; und das Erzeugungsmittel (205) bezüglich einer Phase des Referenz-Taktsignals kompensiert, wenn eine Distanz zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne variiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung zum Übertragen eines Magnetresonanzsignals und eines Taktsignals per Funk.
In Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtungen (MRI, magnetic resonance imaging) ist eine Detektionsspule zum Detektieren eines Magnetresonanzsignals im Bildgebungsraum eines Portals zusammen mit einem Subjekt platziert. Das von der Detektionsspule detektierte Magnetresonanzsignal wird über ein Kabel an einer Haupteinheit (nachfolgend als eine ”Steuer/Bildgebungseinheit” bezeichnet) übertragen, das vom Inneren des Bildgebungsraums zur Außenseite des Portals führt. Die Steuer/Bildgebungseinheit führt Bildgebung durch Durchführen am detektierten Bildresonanzsignal einer Datenverarbeitung durch, die Bild-Rekonstruktionsverarbeitung beinhaltet.
In der oben erwähnten allgemeinen Struktur ist das Kabel oft Bedienern und/oder Bedienungen im Wege. Um dies zu vermeiden, ist eine Sondeneinheit, die eine RF-Sonde genannte Detektionsspule beinhaltet, vorgeschlagen worden, bei der ein Magnetresonanzsignal durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert wird, dann in ein Funksignal gewandelt wird und an eine Steuer/Bildgebungseinheit gesendet wird.
Der ADC in der Sondeneinheit erfordert ein Abtasttaktsignal. Wenn das Abtasttaktsignal hoch akkurat mit einem von der Steuer/Bildgebungseinheit verwendeten Referenztaktsignal synchronisiert werden muss, muss ein hochgenauer Oszillator, wie ein Ofen-gesteuerter Kristalloszillator (OCXO) oder ein Temperatur-gesteuerter Kristalloszillator (TCXO) als eine Taktsingalquelle verwendet werden. Da ein solcher hochgenauer Oszillator groß ist, wachsen, falls in der Sondeneinheit vorgesehen, Größe und Gewicht der Sondeneinheit unvermeidlich, was eine signifikante Last auf dem Subjekt ergibt.
JP H05-261 083 A (KOKAI) beschreibt, dass ein Abtasttaktsignal durch Funk von einer Steuereinheit zu einer Sondeneinheit gesendet werden kann. In diesem Fall wird das Problem, das auftritt, wenn ein Taktsignalquelle in der Sondeneinheit vorgesehen ist, vermieden. Jedoch offenbart diese Publikation kein Verfahren zur Übertragung des Abtasttaktsignals per Funk oder Verfahren zum Regenerieren des Taktsignals aus einem Empfangssignal.
Andererseits offenbart JP H06-232 930 A (KOKAI) eine Transistor-Regenerationsschaltung zur Verwendung in einem Demodulator zur Demodulation einer Winkelmodulationswelle. Diese Transistor-Regenerationsschaltung regeneriert ein Taktsignal, wenn ein Winkelmodulationssignal wie etwa eine am Demodulator eingegebene QPSK, demoduliert wird. Spezifischer wird die an einem aus einem Oszillator, einem Mischer und einem Tiefpassfilter gebildeten Frequenzwandler eingegebene Winkelmodulationswelle einer Frequenzwandlung unterworfen, dann durch einen ADC digitalisiert und dann an einen Digitalsignalprozessor eingegeben, wo Demodulation und Taktsignal-Regeneration durchgeführt werden.
JP H05-261 083 A (KOKAI) offenbart kein Verfahren zur Übertragung des Abtasttaktsignals per Funk oder Verfahren zum Regenerieren des Taktsignals aus einem Empfangssignal. Falls die durch JP H06-232 930 A (KOKAI) offenbarte Taktsignal-Regenerationsschaltung verwendet wird, müssen der Frequenzwandler, der ADC und der Digitalsignalprozessor eingesetzt werden. Weiter wird die Genauigkeit des Regenerationstaktsignals durch diejenige des Oszillators und diejenige des im ADC verwendeten Taktsignals beeinflusst.
Zusätzlich existiert im Allgemeinen eine Regenerations-Stoppzone, in der die Regeneration des Taktsignals temporär gestoppt wird, in einer Magnetresonanzsignal-Erfassungsperiode und es gibt einen Fall, bei dem es notwendig ist, die vor und nach der Regenerations-Stoppzone erzeugten Taktsignale in Phase zu halten oder die Taktsignale selbst dann in Phase zu halten, wenn der Abstand zwischen den Sende- und Empfangsantennen während der Magnetresonanzsignal-Erfassungsperiode variiert. Jedoch offenbaren weder JP H05-261 083 A (KOKAI) noch JP H06-232 930 A (KOKAI) irgendwelche Gegenmaßnahmen gegen diese Probleme.
Ferner beschreibt US 5 384 536 A eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung mit einer Sondeneinheit und einer Steuer/Bildgebungseinheit.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung mit einer Sondeneinheit von einfacher Struktur bereitzustellen, die in der Lage ist, genaue Synchronisation der Taktsignale zwischen der Sondeneinheit und der Steuer/Bildgebungseinheit sicherzustellen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Sondeneinheit und eine Steuer/Bildgebungseinheit umfasst,
wobei die Sondeneinheit beinhaltet: eine Sonde, die ein Magnetresonanzsignal in einem Subjekt detektiert; einen Analog-Digital-Wandler, der das Magnetresonanzsignal unter Verwendung eines Abtasttaktsignals abtastet und das abgetastete Magnetresonanzsignal in ein Digitalsignal wandelt; einen ersten Sender, der das Digitalsignal in ein erstes Funksignal wandelt und das erste Funksignal über einen ersten Funkkanal sendet; einen ersten Empfänger, der ein zweites, über einen zweiten Funkkanal gesendetes Funksignal empfängt und Hülldetektion am zweiten Funksignal durchführt, um ein erstes Empfangssignal zu erhalten; und eine Taktregenerationseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Taktkomponente aus dem ersten Empfangssignal zu regenerieren, um ein regeneriertes Taktsignal zu erzeugen, das als ein Basissignal für das Abtasttaktsignal zu verwenden ist,
wobei die Steuer/Bildgebungseinheit beinhaltet: einen zweiten Empfänger, der das erste Funksignal empfängt, um ein zweites Empfangssignal zu erhalten, einen Taktgenerator, der ein Referenz-Taktsignal erzeugt; einen Datenprozessor, der Datenverarbeitung am zweiten Empfangssignal synchron zum Referenz-Taktsignal durchführt, um ein Videosignal zu erhalten, wobei die Datenverarbeitung Bildrekonstruktionsverarbeitung beinhaltet; und einen zweiten Sender einschließlich eines AM-Modulators, der eine Amplitude einer Trägerwelle unter Verwendung des Referenz-Taktsignals moduliert, wobei der zweite Sender das Referenz-Taktsignal in das zweite Funksignal wandelt und das zweite Funksignal über den zweiten Funkkanal sendet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Sondeneinheit und eine Steuer/Bildgebungseinheit umfasst,
wobei die Sondeneinheit beinhaltet: eine Sonde, die ein Magnetresonanzsignal in einem Subjekt detektiert; einen Analog-Digital-Wandler, der das Magnetresonanzsignal unter Verwendung eines Abtasttaktsignals abtastet und das abgetastete Magnetresonanzsignal in ein erstes Digitalsignal wandelt; einen Vor-Übertragungsprozessor, der Vor-Übertragungsverarbeitung am ersten Digitalsignal synchron mit einem ersten Verarbeitungstaktsignal durchführt, um ein zweites Digitalsignal zu erhalten, einen ersten Sender, der das zweite Digitalsignal in ein erstes Funksignal wandelt und das erste Funksignal über einen ersten Funkkanal sendet; einen ersten Empfänger, der ein zweites, über einen zweiten Funkkanal gesendetes Funksignal empfängt und Hülldetektion am zweiten Funksignal durchführt, um ein erstes Empfangssignal zu erhalten; eine Taktregenerationseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Taktkomponente aus dem ersten Empfangssignal zu regenerieren, um ein regeneriertes Taktsignal zu erzeugen, und einen ersten Multiplikator, der das regenerierte Taktsignal mit voreingestellten Werten multipliziert, um das Abtasttaktsignal und das erste Verarbeitungstaktsignal zu erzeugen;
wobei die Steuer/Bildgebungseinheit beinhaltet: einen zweiten Empfänger, der das erste Funksignal empfängt, um ein zweites Empfangssignal zu erhalten, einen Taktgenerator, der ein Referenz-Taktsignal erzeugt; einen zweite Multiplikator, der das Referenztaktsignal mit einem ersten voreingestellten Wert multipliziert, um ein zweites Verarbeitungstaktsignal zu erzeugen; einen Datenprozessor, der Datenverarbeitung am zweiten Empfangssignal unter Verwendung des zweiten Verarbeitungs-Taktsignals durchführt, um ein Magnetresonanzbildgebungssignal zu erhalten, wobei die Datenverarbeitung Bildrekonstruktionsverarbeitung beinhaltet; und einen zweiten Sender einschließlich eines AM-Modulators, der eine Amplitude einer Trägerwelle unter Verwendung des Referenz-Taktsignals moduliert, wobei der zweite Sender das Referenz-Taktsignal in das zweite Funksignal wandelt und das zweite Funksignal über den zweiten Funkkanal sendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockdiagramm, das eine MRI-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
2 ist ein Blockdiagramm, das Beispiele der Sondeneinheiten und der Steuer/Bildgebungseinheit illustriert, die in 1 gezeigt sind;
3 ist ein Blockdiagramm, das einen in den Sondeneinheiten inkorporierten Analogprozessor illustriert;
4 ist ein Blockdiagramm, das einen in den Sondeneinheiten inkorporierten Vor-Übertragungsprozessor illustriert;
5 ist ein Blockdiagramm, das eine in den Sondeneinheiten inkorporierte Sendeeinheit illustriert;
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Blockdiagramm illustriert, das eine in der Steuer/Bildgebungseinheit inkorporierte Empfangseinheit illustriert;
7A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Taktsignalgenerators illustriert;
7B ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel des Taktsignalgenerators illustriert;
7C ist ein Blockdiagramm, das noch ein anderes Beispiel des Taktsignalgenerators illustriert;
7D ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Taktsignalgenerators illustriert;
8 ist ein Blockdiagramm, das einen typischen PLL illustriert;
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Blockdiagramm illustriert, das eine in der Steuer/Bildgebungseinheit inkorporierte Sendeeinheit illustriert;
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Blockdiagramm illustriert, das eine in den Sondeneinheiten inkorporierte Empfangseinheit illustriert;
11 ist ein Timing-Diagramm, das zur Erläuterung eines Phasenverschiebungsproblems nützlich ist, das auftritt, wenn eine Taktsignal-Regenerations-Stoppperiode existiert;
12 ist ein Timing-Diagramm, das nützlich ist, einen Mechanismus zum Lösen des Phasenverschiebungsproblems zu erläutern, das auftritt, wenn die Taktsignal-Regenerations-Stoppperiode existiert;
13 ist ein Timing-Diagramm, das zum Erläutern eines anderen Mechanismus zum Lösen des Taktverschiebungsproblems nützlich ist, das auftritt, wenn die Taktsignal-Regenerations-Stoppperiode existiert; und
14 ist ein Blockdiagramm, das andere Beispiele einer der in 1 gezeigten Sondeneinheiten und Steuer/Bildgebungseinheit illustriert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung bereit, die eine Sondeneinheit einer einfachen Struktur aufweist und zur Sicherstellung genauer Synchronisation der Taktsignale zwischen der Sondeneinheit und der Steuer/Bildgebungseinheit in der Lage ist.
<Erste Ausführungsform>
1 zeigt eine MRI-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein magneto-statischer Feldmagnet 11, eine Gradientenspule 12, eine RF-Spuleneinheit 13, eine Sondeneinheit 14, eine Sondeneinheit 15 und eine obere Platte 17, die in einem Bett 16 enthalten ist, sind in einem sogenannten Portal (Gantry) enthalten. Das Bett 16 ist beweglich und seine Position wird durch eine später beschriebene Bettpositionssteuerung gesteuert. Eine Gradientmagnetfeld-Stromversorgung 18 ist mit der Gradientenspule 12 verbunden und eine Hochfrequenzsendeeinheit 19 ist mit der RF-Spuleneinheit 13 verbunden. Die Sondeneinheit 14 ist mit einer Steuer/Bildgebungseinheit 20 über einen verdrahteten Kanal (nicht gezeigt) verbunden. Die andere Sondeneinheit 15 ist mit der Steuer/Bildgebungseinheit 20 über einen Funkkanal verbunden.
Der magnetostatische Feldmagnet 11 ist eine hohlzylindrisches Element und dafür ausgelegt, ein gleichförmiges magnetostatisches Feld zu erzeugen. Es wird ein Permanentmagnet, ein superleitender Magnet oder dergleichen als magnetostatischer Feldmagnet 11 verwendet. Die Gradientenspule 12 ist ein hohlzylindrisches Element und aus einer Kombination von drei Arten von Spulen gebildet, entsprechend X-, Y- und Z-Achsen rechtwinklig zueinander. Wenn die drei Arten von Spulen der Gradientenspule 12 entsprechende Ströme aus der Gradienten-Magnetfeld-Stromversorgung 18 empfangen, werden unterschiedliche Gradienten-Magnetfelder längs der X-, Y- und Z-Achsen erzeugt. Man nehme hier an, dass beispielsweise die Z-Achsenrichtung identisch zur Richtung des magnetostatischen Feldes ist.
Die X-, Y- und Z-Achsen-Gradienten-Magnetfelder entsprechen beispielsweise einem Scheiben-Selektionsgradienten-Magnetfeld Gss, einem Phasencodiergradienten-Magnetfeld Gpe, beziehungsweise einem Auslese-Gradientenmagnetfeld Gro. Das Scheiben-Selektionsgradienten-Magnetfeld Gss wird verwendet, um einen beliebigen Bildgebungsquerschnitt festzulegen. Das Phasencodiergradienten-Magnetfeld Gpe wird verwendet, um die Phase eines Magnetresonanzsignals einer räumlichen Position zu verändern. Das Auslesegradienten-Magnetfeld Gro wird verwendet, um die Frequenz des Magnetresonanzsignals anhand der räumlichen Position zu verändern.
Ein Subjekt (z. B. ein Patient) P wird auf der oberen Platte 17 des Bettes 16 platziert und in den Innenraum (Bildgebungsraum) der Gradientenspule 12 eingeführt. Das Bett 16 wird durch eine später beschriebene Bettsteuerung so gesteuert, dass die obere Platte 17 längs der Achse der Gradientenspule 12 und vertikal bewegt wird. Im Allgemeinen ist das Bett 16 so installiert, dass die Längsachse der oberen Platte 17 parallel zur Achse des magnetostatischen Feldmagneten eingestellt ist.
Die RF-Spuleneinheit 13 umfasst ein zylindrisches Gehäuse und eine einzelne Spule oder eine Mehrzahl von Spulen, die darin enthalten sind, und ist innerhalb der Gradientenspule 12 lokalisiert. Wenn die Hochfrequenz-Sendeeinheit 19 die RF-Spuleneinheit 13 mit einem RF-Impulssignal (Hochfrequenz-Impulssignal) entsprechend der Larmor-Frequenz beliefert, erzeugt die RF-Spuleneinheit 13 ein Hochfrequenz-Magnetfeld. Die Sondeneinheit 14 enthält zumindest eine RF-Sonde als eine RF-Spule zum Detektieren eines Magnetresonanzsignals und wird auf der oberen Platte 17 platziert oder ist darin enthalten. Ähnlich enthält die Sondeneinheit 15 eine RF-Sonde als eine andere RF-Spule zu Detektieren eines Magnetresonanzsignals. Die Sondeneinheit 15 wird auf einem Patienten P platziert.
Wenn die Bildgebung durchgeführt wird, werden die Sondeneinheiten 14 und 15 in den Bildgebungsraum eingeführt, zusammen mit dem Patienten P, um das sich aus einem Magnetresonanzphänomen, das im Patienten P auftritt, ergebende Magnetresonanzsignal zu detektieren. Verschiedene Arten von Sondeneinheiten können als Sondeneinheiten 14 und 15 verwendet werden. Die Sondeneinheit 15 ist getrennt von der Haupteinheit der Energievorrichtung und weist eine Funktion des Sendens des detektierten Magnetresonanzsignals an die Steuer/Bildgebungseinheit 20 über einen Funkkanal auf.
Die Steuer/Bildgebungseinheit 20 steuert die Gradienten-Magnetfeldstromversorgung 18 und die Hochfrequenzsendeeinheit 19. Spezifisch sendet und empfängt die Steuer/Bildgebungseinheit 20 Signale zu und von der Sondeneinheit 14 über einen verdrahteten Kanal und sendet und empfängt Signale zu und von der Sondeneinheit 15 über einen Funkkanal, wodurch Datenverarbeitung einschließlich Bildregeneration an den aus den Sondeneinheiten 14 und 15 gesendeten Magnetresonanzsignalen durchgeführt wird, um ein Bildsignal zu erzeugen, welches das Videobild eines inneren Teils des Patienten P angibt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 wird die Funksondeneinheit 15 und Steuer/Bildgebungseinheit 20 detailliert beschrieben werden. Man beachte, dass 2 nicht die Struktur der Steuer/Bildgebungseinheit 20, die sich auf die Steuerung der Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung 18 und die Hochfrequenzsendeeinheit 19 bezieht, zeigt, da die Struktur für die vorliegende Erfindung nicht essentiell ist. 2 zeigt schematisch die Sondeneinheit 15 und die Steuer/Bildgebungseinheit 20 und die 3 bis 10 zeigen alle Elemente von 2 detaillierter.
(Schematische Struktur der Sondeneinheit 15)
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Sondeneinheit 15 eine RF-Sonde 101, einen Analogprozessor 102, einen Analog-Digital-Wandler ADC 103, einen Vorübertragungsprozessor 104, eine Sendeeinheit 105, eine Sendeantenne 106, eine Empfangsantenne 107, eine Empfangseinheit 108, einen Taktsignalregenerator 109 und einen ersten Typ-Multiplikator 110. Die Sendeeinheit 105 und die Sendeantenne 106 stellen einen ersten Sender bereit, während die Empfangsantenne 107 und die Empfangseinheit 108 einen ersten Empfänger bereitstellen.
(Analogprozessor 102 in der Sondeneinheit 15)
In der Sondeneinheit 15 wird das durch die RF-Sonde 101 detektierte Magnetresonanzsignal am Analogprozessor 102 eingegeben. Der Analogprozessor 102 umfasst einen Vorverstärker 121, einen Frequenzwandler 122, einen Filter 123 und einen Verstärkungsjustierer 124, wie in 3 gezeigt. Das Magnetresonanzsignal aus der RF-Sonde 101 wird an den Vorverstärker 121, wie etwa einen Verstärker niedrigen Rauschens (LNA, low noise amplifier) gesendet, wo es Spannungsverstärkung unterworfen wird. Danach wird das sich ergebende Signal durch den Frequenzwandler 122 frequenzgewandelt, basierend auf einem aus dem ersten Typ-Multiplikator 110 gelieferten Umwandlungs-Taktsignal CK3, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal einer voreingestellten Frequenz erhalten wird.
Unter der Annahme, dass die Frequenz vor Umwandlung fa und die Frequenz nach Umwandlung fb ist, führt der Frequenzwandler 122 ein- oder mehrmals Frequenzwandlung durch, in welcher das eingegebene Magnetresonanzsignal mit einem Sinussignal mit einer Frequenz von fa – fb oder fa + fb multipliziert wird. In diesem Fall sei angenommen, dass das Sinussignal basierend auf dem Umwandlungs-Taktsignal CK3 erzeugt wird.
Das aus dem Frequenzwandler 122 ausgegebene Zwischenfrequenzsignal wird aus dem Analogprozessor 102 über den Filter 123 und den Verstärkungsjustierer 124 ausgegeben.
Rückkehrend zu 2 wird das aus dem Analogprozessor 102 ausgegebene Signal, d. h. das nach Frequenzwandlung, Filterung und Verstärkungsjustierung erhaltene Magnetresonanzsignal am Analog-Digital-Wandler (ADC) 103 eingegeben, wo es basierend auf einem Abtasttaktsignal CK4 abgetastet wird, um ein Digitalsignal zu bilden. Das als Digitalsignal aus dem ADC 103 ausgegebene, sich ergebende Magnetresonanzsignal wird am Vorübertragungsprozessor 104 eingegeben.
(Vorübertragungsprozessor 104 in der Sondeneinheit 15)
Der Vorübertragungsprozessor 104 wird verwendet, um am digitalisierten Magnetresonanzsignal aus dem ADC 103 eine Digitalsignalverarbeitung durchzuführen, die vor dem Senden notwendig ist (Vorübertragungsverarbeitung) und umfasst einen Frequenzwandler 141, einen Filter 142, einen Abtastratenwandler 143 und einen Informationsquellenkompressor 144, wie in 4 gezeigt. Das digitalisierte Magnetresonanzsignal aus dem ADC 103 wird durch den Frequenzwandler 141 frequenzgewandelt, basierend auf einem Umwandlungstaktsignal CKS. Das resultierende Magnetresonanzsignal wird über den Filter 142 am Abtastratenwandler 143 eingegeben, wo eine für den ADC 103 zur Durchführung von Oversampling, nämlich Dezimierung, notwendige Abtastratenwandlung ausgeführt wird. Der Abtastratenwandler 143 empfängt ein (nicht gezeigtes) Taktsignal, das sich vom Taktsignal CK5 unterscheidet und synchronisiert sich mit diesem Taktsignal. Das Magnetresonanzsignal nach Abtastratenwandlung wird in seiner Datenmenge durch den Informationsquellenkompressor 144 reduziert und wird dann als ein Post-Vorverarbeitungssignal ausgegeben. Das Post-Vorverarbeitungssignal, das aus dem Vorverarbeitungsprozessor 104 ausgegeben wird, wird an der Sendeeinheit 105 eingegeben.
(Sendeeinheit 105 in der Sondeneinheit 15)
Wie in 5 gezeigt, umfasst die Sendeeinheit 105 eine Fehlerkorrekturcodier-/Verschachtelungseinheit 151, einen Modulator 152, einen Frequenzwandler 153 und einen Leistungsverstärker 154. Das aus Vorübertragungsprozessor 104 ausgegebene Vorverarbeitungssignal wird zuerst an der Fehlerkorrekturcodier-/Verschachtelungseinheit 151 eingegeben, wo es einer Fehlerkorrekturcodierung und einem Verschachtelungsprozess zum Steigern der Fehlerresistenz unterworfen wird.
Nachfolgend führt der Modulator 152 am aus den Fehlerkorrektur- und Verwebungsprozessen resultierenden Datensignal eine Modulationsoperation zum Abbilden der Daten auf einer IQ-Ebene und eine Formgebungsoperation an einem einzelnen Träger oder Multiträgersignal durch. Danach wird das durch den Modulator 152 erhaltene Basisbandsignal an den Frequenzwandler 153 gesendet, wo es in ein Signal einer für einen ersten Funkkanal verwendeten Trägerfrequenz f_rf frequenzgewandelt (hoch-konvertiert) wird, basierend auf einem aus dem ersten Typ-Multiplikator 110 gelieferten Umwandlungstaktsignal CK6.
Um die Frequenz des Basisbandsignals in die Trägerfrequenz f_rf1 zu wandeln, führt der Frequenzwandler 153 Frequenzwandlung am Basisbandsignal einmal oder mehrmals durch. Bei der Frequenzwandlung wird das Basisbandsignal mit einem Sinuswellensignal multipliziert, das aus dem Umwandlungstaktsignal CK6 erzeugt wird.
Das Signal der Trägerfrequenz f_rf1, das aus dem Frequenzwandler 153 ausgegeben wird, wird durch den Leistungsverstärker 154 amplifiziert auf ein vorgegebenes Leistungsniveau und an die Senderantenne 106 gesendet, und dann über den ersten Funkkanal an die Steuer/Bildgebungseinheit 20.
(Umriss der Steuer/Bildgebungseinheit 20)
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuer/Bildgebungseinheit 20 eine Empfangsantenne 201, eine Empfangseinheit 202, einen Datenprozessor 203, eine Anzeigeeinheit 204, einen Taktsignalgenerator 205, einen ersten Typ-Multiplikator 206, eine Sendeeinheit 207 und eine Sendeantenne 208. Die Empfangsantenne 207 und die Empfangseinheit 202 bilden einen zweiten Empfänger und die Sendeantenne 208 und die Sendeeinheit 207 bilden einen zweiten Sender. Die Empfangseinheit 202, der erste Typ-Multiplikator 206 und die Sendeeinheit 207 können unabhängig von der Steuer/Bildgebungseinheit 20 vorgesehen und nahe dem Portal lokalisiert sein.
(Empfangseinheit 202 in der Steuer/Bildgebungseinheit 20)
In der Steuer/Bildgebungseinheit 20 wird das über den ersten Funkkanal aus der Sondeneinheit 12 gesendete Signal durch die Empfangsantenne 201 empfangen und an der Empfangseinheit 202 eingegeben. Die Empfangseinheit 202 enthält einen Vorverstärker 221, einen Frequenzwandler 222, einen Demodulator 223, einen Entschachtelungs-/Fehlerkorrektur-Decodierer 224 und einen Informationsquellen-Expandierer 225.
Das von der Antenne 201 empfangene Signal wird vom aus beispielsweise einem LNA gebildeten Vorverstärker 221 verstärkt und dann einem Frequenzwandler 222, den Demodulator 223, dem Entschachtelungs-/Fehlerkorrektur-Decodierer 224 und dem Informationsquellen-Expandierer 225 gesendet, wo das Signal einer Verarbeitung umgekehrt zu derjenigen unterworfen wird, die in der in 5 gezeigten Sendeeinheit 105 durchgeführt wird.
Es wird nämlich das aus dem Vorverstärker 221 ausgegebene Empfangssignal durch den Frequenzwandler 222 in das Basisbandsignal herunter konvertiert, basierend auf dem Umwandlungstaktsignal CK1. Um die Trägerfrequenz f_rf1 des aus dem Vorverstärker 221 ausgegebenen Empfangssignals zu wandeln, führt der Frequenzwandler 222 eine Frequenzwandlung am Empfangssignal ein- oder mehrmals durch. Bei der Frequenzwandlung wird das Empfangssignal mit einem aus dem Umwandlungstaktsignal CK1 erzeugten Sinuswellensignal multipliziert.
Das aus dem Frequenzwandler 222 ausgegebenen Basisbandsignal wird weiter einer Demodulation unterworfen, die vom Demodulator 223 durchgeführt wird und der Modulation durch dem Modulator 152 entspricht, dann Entschachtelung und Flusskompensation-Decodierung unterworfen, die den Prozessen durch die Fehlerkorrekturcodier-/Verschachtelungseinheit 151 entsprechen und dann Expansionsverarbeitung unterworfen, die das Gegenstück zur Verarbeitung des Informationskompressors 144 ist. Als Ergebnis werden Magnetresonanzsignaldaten erhalten.
Die so erhaltenen Magnetresonanzsignaldaten werden am Datenprozessor 203 eingegeben. Der Datenprozessor 203 hat eine Struktur mit beispielsweise einer bekannten Datensammeleinheit, Speichereinheit und Bild-Rekonstruktionseinheit. Der Datenprozessor 203 wird verwendet, um die Magnetresonanzsignaldaten aus der Empfangseinheit 202 zu sammeln und sie in der Speichereinheit zu speichern. Die Bild-Rekonstruktionseinheit führt Bild-Rekonstruktionsverarbeitung, wie etwa Fourier-Transformation, am in der Speichereinheit gespeicherten Magnetresonanzsignal durch, wodurch die Videodaten (Magnetresonanz-Videodaten) eines gewünschten Nuklear-Spins in einem Patienten P erhalten werden. Die Bild-Rekonstruktionseinheit kann die Spektraldaten des erwünschten Nuklear-Spins erfassen oder kann Projektionsdaten entsprechend den Elementspulen erzeugen, die längs der jeweiligen Achsen angeordnet sind, basierend auf den mit dem durch die von der (nicht gezeigten) Hauptsteuerung bezeichneten bestimmten Elementspule empfangenen Magnetresonanzsignal assoziierten Magnetresonanzsignaldaten. Die Speichereinheit speichert Magnetresonanzsignaldaten, Videodaten und Spektraldaten für jeden Patienten.
Die oben erwähnte Serie von Prozessen durch den Datenprozessor 203 wird gemäß einem Prozesstaktsignal CK2 durchgeführt, das aus dem ersten Typ-Multiplikator 206 geliefert wird. Die Videodaten oder andere Arten von Daten, die vom Datenprozessor 203 gesendet werden, werden auf der Anzeigeeinheit 204 nach Bedarf angezeigt.
(Taktsignalgenerator 205)
Der Taktsignalgenerator 205 erzeugt ein Referenztaktsignal CK0, das wiederholt in der Amplitude bei einer vorgegebenen Frequenz variiert und wie in den 7A bis 7D gezeigt konfiguriert ist. Der Taktsignalgenerator 205, der in 7A gezeigt ist, wird nur durch einen Quarzoszillator 211 realisiert. Der in 7B gezeigte Taktsignalgenerator 205 umfasst der Quarzoszillator 211 und eine Phasen-verriegelte Schleife (PLL) 212. Der in 7C gezeigte Taktsignalgenerator 205 umfasst den Quarzoszillator 211 und einen direkten Digital-Synthetisierer (DDS) 213, der durch den Quarzoszillator 211 angetrieben wird. Der in 7D gezeigte Quarzoszillator 205 umfasst den Quarzoszillator 211, den vom Quarzoszillator 211 getriebenen DDS 213 und den nach dem DDS 213 vorgesehen PLL 212.
Der PLL 212 hat eine allgemeine Struktur, die einen Phasenkomparator 2121, einen Schleifenfilter 2122 und einen Spannungssteuerungsoszillator (VCO) 2123 umfasst. Wenn nötig, wird dieser Struktur ein Teller 2124 hinzugefügt. Der Phasenkomparator 2121 vergleicht die Phase eines Eingangsreferenzsignals mit derjenigen eines vom VCO 2123 direkt oder über den Teiler 2124 rückgekoppelten Signals und gibt ein Signal entsprechend der Phasendifferenz zwischen diesen aus. Die Signalausgabe aus dem Phasenkomparator 2121 wird durch den Schleifenfilter (allgemein ein Tiefpassfilter) 2122 in eine Frequenzsteuerspannung gefiltert. Die Frequenzsteuerspannung wird am Frequenzsteueranschluss des VCO 2123 eingegeben. Als Ergebnis gibt der VCO 2123 ein Signal synchron zum am Phasenkomparator 2121 eingegebenen Referenzsignal aus.
(Erster Typ-Multiplikator 206)
Das aus dem Taktsignalgenerator 205 ausgegebene Referenztaktsignal CK0 wird zum ersten Typ-Multiplikator 206 und der Sendeeinheit 207 geliefert. Der erste Typ-Multiplikator 206 verwendet das Referenztaktsignal CK0 als Referenzfrequenzsignal und multipliziert das Referenzfrequenzsignal mit einem voreingestellten Multiplikationsverhältnis, wodurch das Umwandlungstaktsignal CK1 für die Empfangseinheit 202 und das Verarbeitungstaktsignal CK2 für den Datenprozessor 203 erzeugt werden.
Die Sendeeinheit 207 beinhaltet einen AM-Modulator zur AM-Modulation des Trägerwellensignals unter Verwendung des Referenztaktsignals CK0 aus dem Taktsignalgenerator 205, wandelt das Referenztaktsignal CK0 in ein Funksignal um und liefert das Funksignal an die Sendeantenne 208. Der AM-Modulator kann Amplitudenmodulation zum Bereitstellen nichtdiskreter Amplituden, die durch Analog-AM-Modulation repräsentiert sind, oder zur Bereitstellung diskreter Amplituden, die beispielsweise durch Ein/Aus-Keying (OOK) repräsentiert sind, durchführen.
(Sendeeinheit 207 in der Steuer/Bildgebungseinheit 20)
9 zeigt ein spezifisches Beispiel der Sendeeinheit 207 in der Steuer/Bildgebungseinheit 20. Wie gezeigt, umfasst die Sendeeinheit 207 einen zweiten Typ-Multiplikator 271, einen Trägerwellengenerator 272 und einen Leistungsverstärker 273. Das Referenztaktsignal CK0 aus dem Taktsignalgenerator 205 wird an den zweiten Typ-Multiplikator 271 gesendet, wo es einer AM-Modulation unterworfen wird, in welcher das Signal mit einem Trägerwellensignal einer Frequenz f_rf2 multipliziert wird, das vom Trägerwellengenerator 272 gesendet wird. Als Ergebnis wird das Funksignal als eine aus dem zweiten Typ-Multiplikator 271 gesendete AM-Welle auf einen vorgegebenen Leistungspegel durch den Leistungsverstärker 273 verstärkt und dann der Sondeneinheit 15 von der Sendeantenne 208 über einen zweiten Funkkanal gesendet.
Das aus der Steuer/Bildgebungseinheit 20 über den zweiten Funkkanal gesendete und unter Verwendung des Referenztaktsignals AM-modulierte Funksignal wird durch die Empfangsantenne 107 der Sondeneinheit 15 empfangen und an der Empfangseinheit 108 eingegeben. Die Empfangseinheit 108 wiederum führt Hülldetektion des AM-modulierten Funksignals aus der Empfangsantenne 107 durch und gibt ein sich aus der Hülldetektion ergebendes Empfangssignal aus.
(Empfangseinheit 108 der Sondeneinheit 15)
10 zeigt ein spezifisches Beispiel der Empfangseinheit 108. Wie gezeigt, umfasst die Empfangseinheit 108 einen Vorverstärker 181, einen Gleichrichter 182 und einen Filter 183. Das AM-modulierte Funksignal aus der Empfangsantenne 107 wird durch den Vorverstärker 181, wie etwa einen LNA, spannungsverstärkt, dann durch den Gleichrichter 182 gleichgerichtet und durch den Filter 183 gefiltert, wodurch es einer Hülldetektion unterworfen wird. Ein aus der Hülldetektion resultierendes Empfangssignal wird am Taktsignal-Regenerator 109 eingegeben.
(Taktsignal-Regenerator 109)
Beim Empfangen des Empfangssignals aus der Empfangseinheit 108 regeneriert der Taktsignal-Regenerator 109 ein Taktsignal und gibt ein regeneriertes Taktsignal aus. Der Taktsignal-Regenerator 109 kann das Taktsignal unter Verwendung des unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen PLL oder unter Verwendung eines Bandpassfilters (BPF) mit einer genauen Frequenzauswahleigenschaft für Taktsignale extrahieren oder regenerieren. Falls der PLL als der Taktsignal-Regenerator 109 verwendet wird, kann das Taktsignal mit höherer Genauigkeit regeneriert werden als die Taktsignalextraktion unter Verwendung des BPF. In diesem Fall jedoch enthält der PLL eine Rückkopplungsschleife und daher ist eine lange Zeit erforderlich, um ein stabiles Signal zu erhalten. Im Hinblick die Reaktionsgeschwindigkeit wird der BPF bevorzugt.
(Erster Typ-Multiplikator 110)
Das regenerierte Taktsignal aus dem Taktsignal-Regeneiator 109 wird am ersten Typ-Multiplikator 110 eingegeben. Der erste Typ-Multiplikator 110 verwendet als Referenzfrequenz die Frequenz des regenerierten Taktsignals aus dem Taktsignal-Regenerator 109 und multipliziert die Referenzfrequenz mit einem voreingestellten Multiplikationsverhältnis, um dadurch Taktsignale zu erzeugen, die für die Elemente der Sondeneinheit 15 notwendig sind, d. h. das an den Analogprozessor 102 zu sendende Umwandlungstaktsignal CK3, das an den ADC 103 zu sendende Abtasttaktsignal CK4, das an den Vorübertragungsprozessor 104 zu sendende Umwandlungstaktsignal CK5 und das an die Sendeeinheit 105 zu sendende Umwandlungstaktsignal CK6.
(Taktsignalsynchronisierung zwischen Sondeneinheit 15 und Steuer/Bildgebungseinheit 20)
Die oben beschriebene Struktur der ersten Ausführungsform ermöglicht es der Sondeneinheit, von einfacher Struktur gemacht zu werden und ermöglicht es den Taktsignalen für die Sondeneinheit 15 und die Steuer/Bildgebungseinheit 20, hochgenau synchronisiert zu werden.
Selbst falls entsprechende hochgenaue Oszillatoren für die Sondeneinheit 15 und die Steuer/Bildgebungseinheit 20 vorgesehen werden, kann die Frequenz des Referenztaktsignals zur Datenverarbeitung nicht komplett identisch mit der des Taktsignals für die Sondeneinheit-Seite gemacht werden. Falls jedoch das Referenztaktsignal per Funk aus der Steuer/Bildgebungseinheit 20 unter Verwendung eines gewissen Verfahrens an die Sondeneinheit 15 übertragen wird, können die Taktsignale zwischen der Steuer/Bildgebungseinheit 20 und der Sondeneinheit 15 von zueinander gleicher Frequenz gemacht werden und daher miteinander synchronisiert werden, unter Verwendung des z. B. aus einem PLL gebildeten Taktsignal-Regenerators 109.
In der ersten Ausführungsform, da das AM-Modulationsschema zur Übertragung des Referenztaktsignals eingesetzt wird, kann die Empfangseinheit 108 der Sondeneinheit 15 ein Empfangssignal ohne einen hochgenauen Oszillator unter Verwendung einer Hülldetektionswelle zum Detektieren der Hülle des Empfangsfunksignals erhalten und die Taktregenerationseinheit 109 kann das Taktsignal basierend auf dem so erhaltenen Empfangssignal regenerieren.
Da somit kein genauer Oszillator in der Sondeneinheit 15 erforderlich ist, kann die Sondeneinheit 15 kompakt und leicht hergestellt werden und die Last auf den Patienten P kann reduziert werden. Weiterhin ist diese Struktur frei vom Problem, dass die Genauigkeit des regenerierten Taktsignals von der Genauigkeit des Oszillators und der Genauigkeit des für den ADC verwendeten Taktsignals abhängt.
Wenn die Hochfrequenzspuleneinheit 13 ein elektromagnetisches Impulssignal an den Patienten P anlegt und die Sondeneinheiten 14 und 15 ein als elektromagnetisches Echo aus dem Patienten P emittiertes Magnetresonanzsignal empfangen, wie bei der MRI-Vorrichtung der ersten Ausführungsform, ist es wünschenswert, dass die Bänder der ersten und zweiten Funkkanäle mit Zentralfrequenz f_rf1 und f_rf2, die zwischen der Sondeneinheit 15 und der Steuer/Bildgebungseinheit 20 eingesetzt werden, die Frequenzen vermeiden sollten, die identisch mit der Frequenz des elektromagnetischen Impulssignals und dessen Oberschwingungen sind. Indem so die Bänder der ersten und zweiten Funkkanäle eingestellt werden, wird verhindert, dass das magnetische Impulssignal und das Magnetresonanzsignal mit den ersten und zweiten Funkkanälen interferieren.
Wenn andererseits die Sondeneinheit 15 ein Taktsignal als ein periodisches Signal regeneriert und der erste Typ-Multiplikator 110 verschiedene Taktsignale erzeugt, ist es wünschenswert, dass die Grundwelle und die Oberschwingungen jedes Taktsignals nicht gleich den Frequenzen des Magnetimpulssignals und des Magnetresonanzsignals sind. Dies verhindert eine Degradierung der Qualität der Magnetresonanz-Videodaten, die auftreten wird, falls elektromagnetische Interferenz (EMI) durch die Sondeneinheit 15 das Magnetimpulssignal und das Magnetresonanzsignal stört.
(Ein Fall, bei dem eine Taktsignal-Regenerations-Stoppzone existiert)
Es wird eine Beschreibung der Auswahl der Frequenz des Referenztaktsignals CK0, das aus der Steuer/Bildgebungseinheit 20 an die Sondeneinheit 15 zu senden ist, wenn der Taktsignal-Regenerator 109 der Sondeneinheit 15 kein zuverlässiges Taktsignal aus irgendeinem Grund ausgeben kann, oder wenn eine Zone (nachfolgend als ”die Taktsignal-Regenerations-Stoppzone” bezeichnet), in der die Ausgabe des Taktsignals gestoppt ist, existiert, gegeben.
Die Taktsignal-Regenerations-Stoppzone tritt auf (a) wenn die Qualität des von der Sondeneinheit 15 über den zweiten Funkkanal empfangenen Taktsignals aufgrund Übertragungsverlusts von Funksignalen oder elektromagnetischer Interferenz degradiert ist, oder (b) wenn die gesamte Vorrichtung eine Fehlfunktion aufgrund von Bestrahlung starker elektromagnetischer Welle aufweist, oder (c) wenn der Taktsignal-Regenerator 109 absichtlich und zeitweilig gestoppt wird, um die oben erwähnten Umstände zu vermeiden. Beispielsweise, wenn die Sondeneinheit 15 in dem Portal der MRI-Vorrichtung platziert ist, kann die Zone, in der das RF-Impulssignal als starke elektromagnetische Welle angelegt wird, der Taktsignal-Regenerations-Stoppzone entsprechen.
Dann unter Bezugnahme auf 11 wird ein Problem beschrieben, das auftritt, wenn die Taktsignal-Regenerations-Stoppzone während der Beobachtung eines Magnetresonanzsignals existiert. Man nehme an, dass das durch den Datenprozessor 208 der Steuer/Bildgebungseinheit 20 zu erfassende Magnetresonanzsignal ein unter Verwendung eines Referenztaktsignals CK0 einer Frequenz 11 abgetastetes Signal ist. Wie vorstehend erwähnt, ist es nicht unüblich, dass der ADC 103 der Sondeneinheit 15 Abtasten (oversampling) mit einer Frequenz höher als f1 durchführt und der dem ADC 103 folgende Vorübertragungsprozessor 104 Abtastratenwandlung (Dezimierung) durchführt.
Man nehme auch an, dass ein Taktsignal (nachfolgend Übertragungs-Taktsignal) einer Frequenz f2 (> f1) aus der Steuer/Bildgebungseinheit 20 an die Sondeneinheit 15 gesendet und als Abtasttaktsignal für den ADC 103 verwendet wird, und ein durch Teilen des Übertragungs-Taktsignals erzeugtes geteiltes Taktsignal der Frequenz f1 als ein Taktsignal für den Abtastratenwandler 143 verwendet wird. Wenn f2/f1 = N, falls das Übertragungs-Taktsignal unter Verwendung eines Teilerverhältnisses von N unterteilt wird, werden N Taktsignale mit verschiedenen Phasen und derselben Frequenz f1 erzeugt.
11 zeigt einen Beispielfall, bei dem N = 2, wenn mit der Führungsflanke eines Übertragungs-Taktsignals von f2 synchronisierende Unterteilungs-Taktsignale erhalten werden, tatsächlich Teilungstaktsignale 1 und 2 mit derselben Frequenz f1 und unterschiedlichen Phasen erhalten werden. Aufgrund dieser Unsicherheit bei der Phase können die Teilungstaktsignale mit dem Übertragungs-Taktsignal (Referenztaktsignal) vor und nach der Taktsignal-Regenerations-Stoppzone asynchron sein. Daher, falls die Taktsignal-Regenerations-Stoppzone während der Beobachtung eines Magnetresonanzsignals existiert, kann eine Phasenverschiebung in der erhaltenen Magnetresonanzsignalsequenz auftreten, wodurch die Qualität der Magnetresonanz-Videodaten degradiert wird.
Obwohl in der obigen Ausführungsform beschrieben ist, dass ein Oversampling im ADC 103 durchgeführt wird und eine Dezimierung im Vorübertragungsprozessor 104 durchgeführt wird, wird dasselbe Problem wie oben erwähnt auftreten, selbst wenn Frequenzwandlung oder Filterung zwischen Oversampling und Dezimierung durchgeführt wird.
Wenn andererseits die Sondeneinheiten 15-Seite eine Mehrzahl von Taktsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen aber zueinander in Phase erfordert, wäre es ineffizient, dass die Steuer/Bildgebungseinheit 20 Seite die Taktsignale ausgibt. Im Hinblick darauf wird in der ersten Ausführungsform das oben erwähnte Problem durch übertragen von Taktsignalen, die in Phase mit dem Referenztaktsignal CK0 sind und Frequenzen niedriger als die Frequenz des Referenztaktsignals CK0 haben, eliminiert.
12 zeigt einen Fall, bei dem die Frequenz des Übertragungs-Taktsignals gleich derjenigen des Referenztaktsignals CK0 ist. Die Steuer/Bildgebungseinheit 20 sendet das Referenztaktsignal CK0 der Frequenz f1 als das Übertragungs-Taktsignal.
Die Sondeneinheit 15 regeneriert das Übertragungs-Taktsignal (Referenztaktsignal CK0) aus dem Empfangssignal und erzeugt das Umwandlungstaktsignal CK3, das Abtasttaktsignal CK4 der Frequenz f2 und das Umwandlungstaktsignal CK5 durch Multiplizieren des regenerierten Taktsignals mit voreingestellten Werten. Nachdem der ADC 103 Abtastung unter Verwendung des Abtasttaktsignals CK4 durchführt, falls der Frequenzwandler 140 Frequenzwandlung unter Verwendung des Umwandlungstaktsignals CK3 der gleichen Frequenz f1 wie das Referenztaktsignal CK0 durchführt und der Abtastratenwandler 143 Dezimierung durchführt, tritt keine Phasenverschiebung vor und nach der Taktregenerations-Stoppzone auf.
13 zeigt einen Fall, bei dem die Frequenz des Übertragungs-Taktsignals nicht höher als die Frequenz des Referenztaktsignals CK0 ist. Die Steuer/Bildgebungseinheit 20 liefert der Sondeneinheit 15 ein Taktsignal einer Frequenz f3 als Übertragungs-Taktsignal, das sich aus der Teilung des Referenztaktsignals CK0 der Frequenz 11 ergibt.
Die Sondeneinheit 15 regeneriert das Übertragungs-Taktsignal (Referenztaktsignal CK0) aus dem Empfangssignal und erzeugt das Umwandlungstaktsignal CK3, das Abtasttaktsignal CK4 der Frequenz f2 und das Umwandlungstaktsignal CK5 durch Multiplizieren des regenerierten Taktsignals mit voreingestellten Werten. Nachdem der ADC 103 das Abtasten unter Verwendung des Abtasttaktsignals CK4 durchführt, falls der Frequenzumwandler 141 eine Frequenzumwandlung unter Verwendung des Umwandlungstaktsignals CK3 der Frequenz f1 durchführt und der Abtastratenwandler 143 Dezimierung durchführt, tritt keine Phasenverschiebung vor und nach der Taktregenerations-Stoppzone auf.
Wie zuvor erwähnt, falls der Taktsignal-Regenerator 109 einen solchen PLL wie in 8 gezeigt verwendet, kann er ein Taktsignal mit höherer Genauigkeit als in dem Fall einer Taktextraktion/Regeneration unter Verwendung eines BPF regenerieren, benötigt aber eine längere Zeit, um ein zuverlässiges Signal zu erhalten, aufgrund seiner Rückkopplungsschleife. Wenn die RF-Impulsbestrahlungszone der Taktregenerations-Stoppzone entspricht und die Erfassung eines Magnetresonanzsignals nach der Zone begonnen wird, wie in der MRI-Vorrichtung, ist es vorteilhaft, den Schleifenfilter 2122 in 8 dafür auszulegen, dem PLL zu ermöglichen, eine Phasenverriegelung abzuschließen, bis das Magnetresonanzsignal nach der Taktregenerations-Stoppzone erfasst wird. Falls jedoch der Zeitraum von der Taktregenerations-Stoppzone bis zur Signalerfassung kurz ist und daher der Schleifenfilter nicht dafür ausgelegt werden kann, Phasenverriegelung innerhalb der Zeit abzuschließen, ist eine Extraktion/Regeneration des Taktsignals unter Verwendung des BPF vorteilhaft.
<Zweite Ausführungsform>
Nunmehr wird eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform gegeben. Die MRI-Vorrichtung der zweiten Ausführungsform weist im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie die in 1 gezeigte erste Ausführungsform auf. 14 zeigt eine Funksondeneinheit 15 und eine Steuer/Bildgebungseinheit 20, die in der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden.
In 14 werden Elemente ähnlich wie in der ersten Ausführungsform durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet und es werden nur unterschiedliche Elemente beschrieben. In der zweiten Ausführungsform werden der Taktsignalgenerator 205 und der erste 206 durch einen variablen Phasentaktgenerator Typ-Multiplikator 210 ersetzt und es sind eine Bettpositions-Steuerung 301 und ein Phasenkalkulator 302 in der Sondeneinheit 15 vorgesehen. Die zweite Ausführungsform kann eine Phasenverschiebung während der Erfassung eines Magnetresonanzsignals verhindern, indem eine Taktsignal-Phasenkompensationsfunktion verwendet wird, die später beschrieben wird.
Die Empfangsantenne 107 der Sondeneinheit 15 ist auf einem durch die Bettpositionssteuerung 301 gesteuerten Bett 16 lokalisiert. Die Sendeantenne 208 der Steuer/Bildgebungseinheit 20 ist in einer vorgegebenen fixen Position vorgesehen. Dementsprechend variiert die Distanz zwischen der Empfangsantenne 107 und der Steuerdaten 208, d. h. der Übertragungsbereich des zweiten Funkkanals.
Die Empfangseinheit 202 und der Datenprozessor 203 der Steuer/Bildgebungseinheit 20 empfangen das Umwandlungstaktsignal CK1 und das Verarbeitungstaktsignal CK2 jeweils aus dem variablen Phasentaktgenerator 210.
Die Bettpositionssteuerung 301 steuert die Position des Betts 16 und gibt Informationen aus, welche die Koordinaten (x, y, z) der Position des Bettes 16 anzeigen. Bei MRI-Vorrichtungen ist es ausreichend, wenn eine erstdimensionale Koordinate (x) bestimmt wird. Um jedoch Universalität zu gewährleisten, wird die nachfolgende Beschreibung unter Verwendung dreidimensionaler Koordinaten gegeben.
Es sei angenommen, dass die Sendeantenne 208 an einer Position fixiert ist, die durch die Koordinaten (xa, ya, za) angezeigt ist. Der Phasenkalkulator 302 empfängt kontinuierlich aus der Bettpositionssteuerung 301 Informationen, welche die Positionskoordinaten (x, y, z) des Bettes 16 anzeigen und berechnet den Übertragungsbereich des zweiten Funkkanals, basierend auf den Bettpositionskoordinaten (x0, y0, z0) die angenommen werden, wenn die Erfassung des Magnetresonanzsignals gestartet wird, und der aktuellen Bettpositionskoordinaten (x1, y1, z1) unter Verwendung der vorliegenden Gleichung (1):
Nachfolgend wird die Phasenverschiebung eines Taktsignals mit der Frequenz f1, die einer Änderung Δd im Übertragungsbereich entspricht, der durch die obige Gleichung (1) berechnet ist, unter Verwendung der folgenden Gleichung (2) berechnet:
wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist (d. h. c = 3,0 × 10⁸ [m/s]), und Δϕ, wenn es einen Pluswert aufweist, anzeigt, dass die Phase des Taktsignals gegenüber derjenigen des Referenz-Taktsignals verzögert ist und, wenn es einen negativen Wert aufweist, anzeigt, dass die Phase des Taktsignals gegenüber derjenigen des Referenz-Taktsignals vorlaufen ist.
Die Gleichung (2) zeigt an, dass, falls der Übertragungsbereich des zweiten Funkkanals breit wird (Δd > 0), die Phase des Taktsignals verzögert wird, während, falls der Übertragungsbereich des zweiten Funkkanals eng wird (Δd ≤ 0), die Phase des Taktsignals vorrücken wird. Obwohl bei dieser Ausführungsform die Bettpositionssteuerung 301 Koordinateninformationen ausgibt, die die Absolutposition des Bettes 16 anzeigen, kann sie die Relativposition des Bettes 16 ausgeben (= Koordinaten (x1, y1, z1) der aktuellen Position – die Koordinaten (x0, y0, z0) der Position, die eingenommen wurde, als die Magnetresonanzsignalerfassung gestartet wurde) in Bezug auf die Position, die eingenommen wird, wenn die Magnetresonanzsignalerfassung gestartet wird.
Beispielsweise weist der variable Phasentaktgenerator 210 im Wesentlichen dieselbe Struktur wie der in 2 gezeigte Taktgenerator 205 auf, d. h. ist aufgebaut nur aus dem Quarzoszillator 211, oder dem Quarzoszillator 211 und dem PLL 212, der nach dem Oszillator 211 vorgesehen ist, oder dem Quarzoszillator 211 und dem DDS 213, der durch den Oszillator getrieben wird, oder dem Quarzoszillator 211, dem vom Oszillator DDS 213 und dem nach dem DDS 213 vorgesehen PLL 212, wie in den 7A bis 7D gezeigt. Der variable Phasentaktgenerator 210 liefert dem Datenprozessor 203 das Verarbeitungstaktsignal CK2 der Frequenz f1.
Der variable Phasentaktgenerator 210 hat auch eine Funktion zur Justierung der Phase des Verarbeitungstaktsignals CK2, basierend auf der durch Multiplizieren der Phasenverschiebung Δϕ mit –1 erhaltenen Phase unter Verwendung des DDS 213 oder des PLL 212, der nach dem DDS 213 vorgesehen ist, und gibt ein phasenjustiertes Taktsignal CK0 aus. Es ist nämlich das Taktsignal CK0 ein Taktsignal, das dieselbe Frequenz wie das Taktsignal CK2 aufweist und erhalten wird, indem vorab eine Phasenänderung aufgrund von Bewegung des Bettes 16 kompensiert wird. Entsprechend, selbst falls das Bett 16 während der Erfassung des Magnetresonanzsignals bewegt wird, um dadurch den Übertragensbereich des zweiten Funkkanals zu verändern, können die Taktsignale CK3 bis CK6, die alle eine voreingestellte Phasenbeziehung in Bezug auf das Umwandlungstaktsignal CK1 und das in der Steuer/Bildgebungseinheit 20 verwendete Verarbeitungs-Taktsignal CK2 aufweisen, immer in der Sondeneinheit 15 erhalten werden. Dies bedeutet, dass eine Degradierung der Qualität von Magnetresonanz-Videodaten aufgrund von Phasenverschiebung in den Taktsignalen während der Erfassung des Magnetresonanzsignals vermieden werden kann.
Weiterhin, um eine Phasenverschiebung in den Taktsignalen während der Erfassung des Magnetresonanzsignals zu verhindern, müssen Bett 16 und Empfangsantenne 107 der Sondeneinheit 15 nicht miteinander verriegelt sein, d. h. die Empfangsantenne 107 kann positional fixiert sein, um die relative Positionsbeziehung zwischen der Empfangsantenne 107 und der Sendeantenne 108 der Steuer/Bildgebungseinheit 20 zu fixieren.
Wie oben beschrieben, stellt die zweite Ausführungsform zusätzlich zum Vorteil der ersten Ausführungsform den Vorteil bereit, Phasenverschiebung in den in der Sondeneinheit 15 verwendeten Taktsignalen zu vermeiden, indem aus der Steuer/Bildgebungseinheit 20 ein Taktsignal mit einer Phasenverschiebung an die Sondeneinheit 15 gesendet wird, das vorab bezüglich Phasenverschiebung kompensiert wird, die durch den Versatz des Bettes 16 während der Erfassung des Magnetresonanzsignals verursacht wird.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten leicht ersichtlich. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen, die hierin gezeigt und beschrieben sind, beschränkt. Entsprechend können verschiedene Modifikationen gemacht werden, ohne vom Geist oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzeptes abzuweichen, wie es durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.

Claims

Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung, mit einer Sondeneinheit (14, 15) und einer Steuer/Bildgebungseinheit (20), wobei die Sondeneinheit (14, 15) beinhaltet: Mittel (101) zum Detektieren eines Magnetresonanzsignals in einem Subjekt; Mittel (103) zum Abtasten des Magnetresonanzsignals unter Verwendung eines Abtasttaktsignals und Umwandeln des abgetasteten Magnetresonanzsignals in ein Digitalsignal; Mittel (105) zum Umwandeln des Digitalsignals in ein erstes Funksignal und Übertragen des ersten Funksignals über einen ersten Funkkanal; erste Mittel (108) zum Empfangen eines zweiten, über einen zweiten Funkkanal gesendeten Funksignals und Durchführen von Detektion am zweiten Funksignal, um ein erstes Empfangssignal zu erhalten; und Mittel (109) zum Regenerieren einer Taktkomponente aus dem ersten Empfangssignal, um ein regeneriertes Taktsignal zu erzeugen, das als ein Basissignal für das Abtasttaktsignal zu verwenden ist, wobei die Steuer/Bildgebungseinheit (20) beinhaltet: zweite Mittel (202) zum Empfangen des ersten Funksignals, um ein zweites Empfangssignal zu erhalten; Mittel (205) zum Erzeugen eines Referenz-Taktsignals; Mittel (203) zum Durchführen von Datenverarbeitung am zweiten Empfangssignal synchron zum Referenz-Taktsignal, um ein Videosignal zu erhalten, wobei die Datenverarbeitung Bild-Rekonstruktionsverarbeitung beinhaltet; und einen zweiten Sender (207) einschließlich Mitteln (271) zum Modulieren einer Trägerwelle unter Verwendung des Referenz-Taktsignals, wobei der zweite Sender das Referenz-Taktsignal in das zweite Funksignal umwandelt und das zweite Funksignal über den zweiten Funkkanal sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Empfangsmittel (108) das erste Funksignal unter Verwendung einer Empfangsantenne empfängt, die auf einem Bett vorgesehen ist, das mit dem darauf montierten Subjekt beweglich ist; ein zweiter Sensor (207) das zweite Funksignal unter Verwendung einer positional fixierten Senderantenne sendet; und das Erzeugungsmittel (205) bezüglich einer Phase des Referenz-Taktsignals kompensiert, wenn eine Distanz zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne variiert.
Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung, mit einer Sondeneinheit (14, 15) und einer Steuer/Bildgebungseinheit (20), wobei die Sondeneinheit (14, 15) beinhaltet: Mittel (101) zum Detektieren eines Magnetresonanzsignals in einem Subjekt; Mittel (103) zum Abtasten des Magnetresonanzsignals unter Verwendung eines Abtasttaktsignals und Umwandeln des abgetasteten Magnetresonanzsignals in ein Digitalsignal; Mittel (105) zum Umwandeln des Digitalsignals in ein erstes Funksignal und Übertragen des ersten Funksignals über einen ersten Funkkanal; erste Mittel (108) zum Empfangen eines zweiten, über einen zweiten Funkkanal gesendeten Funksignals und Durchführen von Detektion am zweiten Funksignal, um ein erstes Empfangssignal zu erhalten; und Mittel (109) zum Regenerieren einer Taktkomponente aus dem ersten Empfangssignal, um ein regeneriertes Taktsignal zu erzeugen, das als ein Basissignal für das Abtasttaktsignal zu verwenden ist, wobei die Steuer/Bildgebungseinheit (20) beinhaltet: zweite Mittel (202) zum Empfangen des ersten Funksignals, um ein zweites Empfangssignal zu erhalten; Mittel (205) zum Erzeugen eines Referenz-Taktsignals; Mittel (203) zum Durchführen von Datenverarbeitung am zweiten Empfangssignal synchron zum Referenz-Taktsignal, um ein Videosignal zu erhalten, wobei die Datenverarbeitung Bild-Rekonstruktionsverarbeitung beinhaltet; und einen zweiten Sender (207) einschließlich Mitteln (271) zum Modulieren einer Trägerwelle unter Verwendung des Referenz-Taktsignals, wobei der zweite Sender das Referenz-Taktsignal in das zweite Funksignal umwandelt und das zweite Funksignal über den zweiten Funkkanal sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Empfangsmittel (108) das erste Funksignal unter Verwendung einer Empfangsantenne empfängt, die auf einem Bett vorgesehen ist, das mit dem darauf montierten Subjekt beweglich ist; der zweite Sender (207) das zweite Funksignal unter Verwendung einer Sendeantenne sendet, die positional fixiert ist; die Steuer/Bildgebungseinheit (20) weiterhin Mittel (301) zum Steuern einer Position des Bettes und Ausgabe-Koordinateninformationen, welche die Position des Bettes anzeigen, und Mittel (302) zum Berechnen einer Änderung in einer Distanz zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne unter Verwendung der Koordinateninformationen und zum Berechnen einer Phasenverschiebung entsprechend der Änderung beinhaltet; und das Erzeugungsmittel (205) eine Phase des Referenz-Taktsignals durch eine Phasenverschiebung justiert, um die Phase des Referenz-Taktsignals zu kompensieren, wenn die Distanz zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne variiert.
Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung, mit einer Sondeneinheit (14, 15) und einer Steuer/Bildgebungseinheit (20), wobei die Sondeneinheit (14, 15) beinhaltet: Mittel (101) zum Detektieren eines Magnetresonanzsignals in einem Subjekt; Mittel (103) zum Abtasten des Magnetresonanzsignals unter Verwendung eines Abtasttaktsignals und Umwandeln des abgetasteten Magnetresonanzsignals in ein erstes Digitalsignal; Erste Mittel (104) zum Durchführen einer Vorübertragungsverarbeitung am ersten Digitalsignal synchron zu einem ersten Verarbeitungstaktsignal, um ein zweites Digitalsignal zu erhalten; Mittel (105) zum Umwandeln des Digitalsignals in ein erstes Funksignal und Übertragen des ersten Funksignals über einen ersten Funkkanal; erste Mittel (108) zum Empfangen eines zweiten, über einen zweiten Funkkanal gesendeten Funksignals und Durchführen von Detektion am zweiten Funksignal, um ein erstes Empfangssignal zu erhalten; und Mittel (109) zum Regenerieren einer Taktkomponente aus dem ersten Empfangssignal, um ein regeneriertes Taktsignal zu erzeugen, und Erste Mittel (110) zum Multiplizieren des regenerierten Taktsignals mit einem voreingestellten Wert, um das Abtasttaktsignal und das erste Verarbeitungstaktsignal zu erzeugen, wobei die Steuer/Bildgebungseinheit (20) beinhaltet: zweite Mittel (202) zum Empfangen des ersten Funksignals, um ein zweites Empfangssignal zu erhalten; Mittel (205) zum Erzeugen eines Referenz-Taktsignals; Zweite Mittel (206) zum Multiplizieren des Referenztaktsignals mit einem ersten voreingestellten Wert, um ein zweites Verarbeitungstaktsignal zu erzeugen Zweite Mittel (203) zum Durchführen von Datenverarbeitung am zweiten Empfangssignal synchron zum Referenz-Taktsignal, um ein Videosignal zu erhalten, wobei die Datenverarbeitung Bild-Rekonstruktionsverarbeitung beinhaltet; und einen zweiten Sender (207) einschließlich Mitteln (271) zum Modulieren einer Trägerwelle unter Verwendung des Referenz-Taktsignals, wobei der zweite Sender das Referenz-Taktsignal in das zweite Funksignal umwandelt und das zweite Funksignal über den zweiten Funkkanal sendet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Multiplikatormittel (108) auch das regenerierte Taktsignal mit einem zweiten voreingestellten Wert multipliziert, um ein erstes Umwandlungs-Taktsignal zu erzeugen; und die Sondeneinheit (14, 15) weiterhin einen Analogprozessor (102) beinhaltet, der einen erste Frequenzwandler (122) enthält, der zwischen dem Detektionsmittel (101) und dem Abtastmittel (103) zwischengefügt ist, wobei der erste Frequenzwandler eine Frequenz des Magnetresonanzsignals unter Verwendung des ersten Umwandlungs-Taktsignals konvertiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Multiplikatormittel (110) auch das regenerierte Taktsignal mit einem dritten voreingestellten Wert multipliziert, um ein zweites Umwandlungs-Taktsignal zu erzeugen; und das Umwandlungsmittel (105) einen zweiten Frequenzwandler beinhaltet, der eine Frequenz des zweiten Digitalsignals unter Verwendung des zweiten Umwandlungs-Taktsignals umwandelt, um das erste Funksignal zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Multiplikatormittel (206) auch das Referenz-Taktsignal mit einem vierten voreingestellten Wert multipliziert, um ein drittes Umwandlungs-Taktsignal zu erzeugen; und das zweite Empfangsmittel (202) einen dritten Frequenzwandler (222) enthält, der eine Frequenz des ersten Digitalsignals unter Verwendung des dritten Umwandlungs-Taktsignals konvertiert, um das zweite Empfangssignal zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Multiplikormittel (206) auch das Referenz-Taktsignal mit einem fünften voreingestellten Wert multipliziert, um ein viertes Umwandlungs-Taktsignal zu erzeugen; und der zweite Sender (207) einen zweiten Frequenzwandler (271) beinhaltet, der eine Frequenz des Referenz-Taktsignals unter Verwendung des vierten Umwandlungs-Taktsignals konvertiert, um das erste Funksignal zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Taktsignal eine Frequenz gleich oder kleiner einer Minimalfrequenz des ersten Verarbeitungstaktsignals aufweist und in Phase mit dem ersten Verarbeitungstaktsignal ist.