JP2006102493A - 磁気共鳴検出器及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネット・ボア内の受信コイルとマグネット・ボアの外部にある電子回路との間で高い忠実度で信号を伝送するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】磁気共鳴（ＭＲ）システム及び対象に関する情報を作成する方法を提供する。本ＭＲシステムは、シールドされた環境の内部で複数の信号を検知するように構成させた少なくとも１つのＭＲ検出器（１８）と、アナログ信号をディジタル化してディジタル信号を発生させるように構成させたディジタル化回路（２４）と、を備えている。ＭＲ検出器と共にディジタル化回路もシールドされた環境の内部に配置されている。本システムはさらに、複数のディジタル信号を複数の電子デバイス（３４）に伝送するように構成させた第１の伝送素子（２１）を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は全般的にはイメージング・システム及びスペクトロスコピー・システムに関し、またより具体的には磁気共鳴システム及び方法に関する。

磁気共鳴（ＭＲ）システムなどの高磁場システムは、シールドされた環境の内部に配置されるのが典型的である。シールド環境は、磁気共鳴システムのマグネット・ボアを配置させる場所である。撮像対象に関する情報を伝達する電磁気信号を検出するためには磁気共鳴検出器が使用されるのが典型的である。次いで、この電磁気信号は増幅されると共に、後続の処理のためにシールド環境の外部に配置されたオペレータ・コンソールに送られる。

ＭＲＩシステムには検知素子として幾つかのＭＲ検出器が使用されており、これらの検出器は電磁気信号を検知して伝送するために使用される。ＭＲ検出器は、無線周波数コイル、表面コイル及び表面コイル・アレイなどの受信コイルを含むことがある。画質、撮像範囲あるいは撮像速度を向上させるために、ＭＲＩシステムはＭＲ検出器を幾つか含むことがある。

ＭＲシステム内のＭＲ検出器の数の増加に関わる問題点の１つは、導体ケーブルも対応して増加することである。導体ケーブルはＭＲ検出器からのアナログＲＦ信号を撮像ボリューム及びマグネット・ボアの外部に配置された電子回路まで伝達するために使用される。導体ケーブルはさらに、マグネット・ボアの外部にあるシステム電子回路から制御信号及び電気エネルギーをＭＲ検出器に伝えるためにも使用される。この電気エネルギーはＭＲ検出器上または該検出器の近傍に取り付けた前置増幅器に給電するために使用されることがある。

導体ケーブルは、嵩張り、剛性でありかつ機械的な取り扱いが困難である可能性がある。さらに導体ケーブルは、撮像対象にやけどを生じさせる可能性があるような無線周波数ループを生成する可能性もある。さらに、導体ケーブルとこの導体ケーブル上に使用されている導電性シールドとは、過渡信号や干渉信号を捕捉してこれらをＭＲ検出器アレイに結合させ、これにより画像アーチファクトや画像劣化を生じさせる傾向がある。

ＭＲ検出器の数を増加させる際の別の問題点は、ＭＲ検出器及び導体ケーブルを据え付けるために要するスペースが対応して増大することである。さらに、こうしたシステムを実現させることはシステムのコストの全体的な上昇をもたらす。
米国特許第５７３９９３６号

したがって、マグネット・ボア内の受信コイルとマグネット・ボアの外部にある電子回路との間において高い忠実度で信号を伝送することが必要とされている。

簡潔に言えば、本発明の一態様ではＭＲシステムを提供する。本ＭＲシステムは、シールドされた環境の内部で複数の信号を検知するように構成された少なくとも１つのＭＲ検出器を備えている。本ＭＲシステムはさらに、アナログ信号をディジタル化してディジタル信号を発生させるように構成されたディジタル化回路（以下では、少なくとも１つのディジタル化回路と呼ぶことにする）を備えている。ＭＲ検出器と同様に、ディジタル化回路もシールドされた環境の内部に配置されている。本ＭＲシステムはさらに、複数のディジタル信号を複数の電子デバイスに伝送するように構成された第１の伝送素子を備えている。

別の実施形態では、磁気共鳴システムを使用して対象に関する情報を作成するための方法を提供する。本方法は、シールドされた環境の内部で複数のアナログ信号を検知する工程と、このアナログ信号をディジタル化してディジタル信号を発生させる工程と、を含む。このディジタル化はシールド環境内で実施される。本方法はさらに、このディジタル信号をシールド環境の内部に配置された複数の電子デバイスに伝送する工程を含む。

代替的な一実施形態では、磁気共鳴（ＭＲ）システム内で使用するように適応させた一体型受信器回路を提供する。この一体型受信器は、複数のアナログ信号を検知するように適応させた受信器コイルと、この受信器コイルと結合させている複数のアナログ信号を対応する複数のディジタル信号に変換するように構成させたディジタル化回路と、を備えている。

本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。

図１は、本発明の態様に従って使用できる高磁場磁気共鳴（ＭＲＩ）システム１０の例示的な一実施形態のブロック図である。材料特性を解析するために使用できる磁気共鳴スペクトロスコピー・システムなどの別の磁気共鳴システムも、本技法の恩恵を受けることができる。ＭＲＩシステムに関する以下の検討はこうした実施形態の１つに関する単なる一例であり、モダリティや解剖構造に関して限定することを意図していない。

本明細書で使用する場合、「高磁場（ｈｉｇｈ ｆｉｅｌｄ）」という用語は、そのＭＲＩシステムにより発生させる磁場が約０．５テスラを超えることを意味している。本発明の実施形態では、その高磁場は０．５テスラから７テスラまでであることが望ましい。このＭＲＩシステムは例えば、本発明の方法を実施するように適応させたＧＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＧＥ−Ｓｉｇｎａ ＭＲスキャナとすることが可能である、ただし別のシステムも同様に使用可能である。構成要素の各々については以下でさらに詳細に記載することにする。

本明細書で使用する場合、「ように適応させた（ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ）」、「構成させた（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）」その他の表現は、記載の効果を提供するようにそのシステムの各構成要素を協働可能とするためのシステム内のデバイスに言及したものであり、またこれらの用語はさらに、与えられた入力信号に応答して出力を提供するようにプログラムしたアナログ式やディジタル式のコンピュータ、特定用途向けデバイス（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、増幅器、その他などの電気的または光学的構成要素の動作機能、並びに構成要素を互いに光学的または電気的に結合させている機械的デバイスに言及したものでもある。

ＭＲシステムの動作は、プロセッサ２８及びオペレータ・インタフェース３０を含んだオペレータ・コンソール３２から制御されている。コンソール３２は、オペレータに対してオペレータ・インタフェース３０を介した画像の作成及び表示の制御を可能とさせているプロセッサ２８を備えている。このプロセッサはバックプレーンを通じて互いに連絡している多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画像プロセッサ・モジュール、ＣＰＵモジュール、パルス発生器モジュール、並びに当技術分野でフレーム・バッファとして知られている画像データ・アレイを記憶するためのメモリ・モジュールが含まれる。このプロセッサは、典型的には、画像データ及びプログラムを記憶するためにディスク記憶装置及びテープ駆動装置（図示せず）とリンクしており、さらに高速シリアル・リンクを介して独立のシステム制御部（図示せず）と連絡している。

パルス発生器モジュールはシリアルリンクを介してオペレータ・コンソールにつながっている。システム制御部は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するコマンドをオペレータから受け取っている。このパルス発生器モジュールは、所望のスキャンシーケンスを実行するように各システム構成要素を操作している。これによって、発生させる無線周波数（ＲＦ）パルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを生成している。パルス発生器モジュールは、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために、１組の傾斜増幅器（図示せず）と接続させている。

パルス発生器モジュールが発生させる傾斜波形は、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ増幅器（図示せず）から構成される傾斜増幅器システム（図示せず）に加えられる。各傾斜増幅器は、全体を１５で表したボア内の対応する傾斜コイルを励起させ、収集する信号の位置エンコードのために使用される磁場傾斜を発生させている。この傾斜コイル・ボア１５は、偏向用マグネット１６及び全身用受信コイル１８を含むマグネット・ボア１４の一部を形成している。図示した実施形態では、受信コイルは無線周波数コイルである。撮像ボリューム２０は、マグネット・ボア１４の内部の対象を受け入れるためのエリアとして表しており、患者ボアを含んでいる。本明細書で使用する場合、ＭＲＩスキャナの使用可能なボリュームとは一般に、ボリューム２０内部のうちその主磁場、傾斜磁場及びＲＦ磁場の均一性が撮像に受け入れ可能な既知のレンジ域内にあるような患者ボア内部の連続したエリアであるボリュームであると規定している。

送信器モジュールはパルスを発生させるように適応させており、またこのパルスは受信コイル２６に提供されている。対象内の励起した原子核が放射して得られた信号は、同じ受信コイル１８によって検知されてディジタル化回路２４に提供されることがある。

ディジタル化回路２４はアナログ信号をディジタル化してディジタル信号を発生させるように構成されている。一実施形態では、次いでこのディジタル信号は第１の伝送素子２１を介して電子デバイス３４に送られる。図示した実施形態では、第１の伝送素子は光学コンジットである。

受信コイルとディジタル化回路はシールドされた環境１２内に配置されていることに留意されたい。一実施形態では、そのディジタル化回路は磁気ボアの内部に配置されている。図示した実施形態では、ディジタル化回路は撮像ボリューム２０の内部に配置されている。

電子デバイスによって調整されたディジタル信号は、次いで第２の伝送素子２６を介してオペレータ・コンソール内のメモリ・モジュールに転送される。第２の伝送素子の例としては、光学コンジット、同軸ケーブル及びワイヤレス・ネットワーク（ただし、これらに限らない）が含まれる。スキャンが完了するとデータの全体アレイがメモリ・モジュール内に収集される。プロセッサ（図示せず）はデータをフーリエ変換して画像データのアレイを作成するように動作する。オペレータから受け取ったコマンドに応答して、これらの画像データはさらに、画像プロセッサによって処理され、引き続いて表示されることがある。

一実施形態では、そのディジタル信号は連続出力として伝送されている。別の実施形態では、そのディジタル化回路は、複数のディジタル信号を発生させるように構成させた複数のディジタル化回路（図示せず）を含むことがある。次いでこのディジタル信号は、電子デバイス及び／またはプロセッサに並列に送られる。さらに具体的な実施形態では、そのディジタル化回路は、複数のディジタル信号を発生させるように構成させた複数のディジタル化回路を備えている。さらにこれらの複数のディジタル信号は合成させ、電子デバイス及び／またはプロセッサに伝送するための単一のディジタル信号を生成させている。

図１に示すように、マグネット・ボア１４、傾斜コイル１５、偏向用マグネット１６、受信コイル１８及びディジタル化回路は、シールド室１２の内部に配置されている。オペレータ・コンソールはシールド室の外部に配置されている。ＭＲ信号は第２の伝送素子を用いてオペレータ・コンソールに送られる。

上で記載したように、ディジタル化回路は０．５テスラから１８テスラまでの範囲の強い磁場内で使用されるように適応させている。このディジタル化回路を実現する方式について図２から図４までを参照しながらさらに詳細に記載することにする。

図２は、本発明の一態様に従って実現させたディジタル化回路の一実施形態のブロック図である。ディジタル化回路は直接変換システム４０を備えている。直接変換システムの各構成要素については以下で詳細に記載することにする。

直接変換システムは、低ノイズ増幅器２２からアナログ信号を受け取っている。このアナログ信号は、所望の量の利得をこのアナログ信号向けに導入するように適応させた可変利得ブロック４２に提供される。可変利得ブロックは可変利得増幅器（ＶＧＡ）、減衰器、あるいはこれらの任意の組み合わせを含むことがあることに留意されたい。

これらの信号は次いで、ナイキスト型アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）４４に提供される。このナイキスト型ＡＤＣは、信号にエイリアシング効果を全く示さなくさせるにはＡＤＣのサンプリング速度をアナログ信号の周波数の少なくとも２倍とさせるとするナイキスト原理を利用することによって、アナログ信号を対応するディジタル信号に変換するように構成されている。

図３に示した別の実施形態では、その直接変換システム４０は帯域通過ＡＤＣ４６を用いて実現させている。こうした変換器では、サンプリング速度がアナログ信号の周波数の２倍と比べてより低いのが典型的である。この帯域通過ＡＤＣによって、アナログ信号が対応するディジタル信号に変換され、さらに伝送素子２６を用いて伝送される。

図４は、ヘテロダイン処理受信器システム５０を用いて実現させたディジタル化回路２４の別の実施形態のブロック図である。このヘテロダイン処理受信器システムは、可変利得ブロック５２及びバッファ５４を備えている。低ノイズ増幅器から受け取ったアナログ信号は、可変利得ブロックを通過させてミキサー５６に提供される。この可変利得５２は、アナログ信号の振幅に応じて利得を調整するための制御手段を提供する。

ミキサー５６は、ラーモア周波数のアナログ信号と局部発振器周波数の信号の両方を受け取り、対応する中間周波数信号を発生させている。ミキサー５６は、当該技術分野でよく知られているような非磁気構成要素を用いて実現させた能動式ミキサー（ａｃｔｉｖｅ ｍｉｘｅｒ）を含む。この中間周波数信号は、望ましくないサイドバンドを除去できるフィルタ５７に提供される。フィルタ処理された信号はナイキスト型ＡＤＣ５８に提供される。

ナイキスト型ＡＤＣ５８は、図２のナイキスト型ＡＤＣ４４を参照しながら記載したのと同様の方式で動作する。ナイキスト型ＡＤＣは、非磁気誘導器を伴うセラミック・フィルタや集中素子ＬＣフィルタを用いて実現されることがある。一実施形態では、そのＡＤＣの出力は連続式データ出力を有することがある。

図１を参照しながら記載したように、一実施形態では、ディジタル化回路と受信器コイルは、シールド室の内部に配置された別々の構成要素である。本発明のさらに具体的な実施形態では、図５に示すように磁気共鳴（ＭＲ）システムで使用するように適応させた一体型受信器回路７２が設けられている。各構成要素については以下で詳細に記載することにする。

この一体型受信器は、複数のアナログ信号を検知するように適応させた受信器コイル７４を備えている。この受信器コイルは、表面コイル、表面コイル・アレイ、あるいは無線周波数コイルとすることがある。この一体型受信器は、０．５テスラから１８テスラまでの範囲にある強い磁場内で使用するように適応させている。

この受信器コイルにはディジタル化回路７８を結合させており、このディジタル化回路７８は複数のアナログ信号を対応する複数のディジタル信号に変換するように構成させている。このディジタル化回路は、アナログ／ディジタル変換器やアナログ／光学変換器とすることがある。ディジタル化回路は、図２から図４までに記載した技法のうちのいずれか１つを用いて実現させることがある。

図示した実施形態では、その一体型受信器回路はさらに低ノイズ増幅器７５を含んでいる。低ノイズ増幅器７５とディジタル化回路の間には可変利得増幅器７６を結合させている。この可変利得増幅器は、複数のアナログ信号を増幅すると共にこの増幅信号をディジタル化回路に提供するように構成させている。

本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一態様により実現させた磁気共鳴イメージング・システムの一実施形態を表したブロック図である。 直接変換システムを用いて実現させたディジタル化回路の実施形態を表したブロック図である。 直接変換システムを用いて実現させたディジタル化回路の実施形態を表したブロック図である。 ヘテロダイン処理受信器回路を用いて実現させたディジタル化回路の実施形態を表したブロック図である。 本発明の一態様により実現させた一体型受信器システムの一実施形態を表したブロック図である。

符号の説明

１２ シールド室
１４ マグネット・ボア
１５ 傾斜コイル・ボア
１６ 偏向用マグネット
１８ 全身用受信コイル
２０ 撮像ボリューム
２１ 第１の伝送素子
２２ 低ノイズ増幅器
２４ ディジタル化回路
２６ 伝送素子
２８ プロセッサ
３０ オペレータ・インタフェース
３２ オペレータ・コンソール
３４ 電子デバイス
４０ 直接変換システム
４２ 可変利得
４４ ナイキスト型ＡＤＣ
４６ 帯域通過ＡＤＣ
５０ ヘテロダイン処理受信器システム
５２ 可変利得
５４ バッファ
５６ ミキサー
５７ フィルタ
５８ ナイキスト型ＡＤＣ
７２ 一体型受信器回路
７４ 受信器コイル
７５ 低ノイズ増幅器
７６ 可変利得増幅器
７８ ディジタル化回路

Claims (10)

1. 対象に関する情報を表す信号を発生させるための磁気共鳴（ＭＲ）システムであって、
   シールドされた環境（１２）内で複数の信号を検知するように構成された少なくとも１つのＭＲ検出器（１８）と、
   アナログ信号をディジタル化してディジタル信号を発生させるように構成されたディジタル化回路（２４）であって、前記ＭＲ検出器と共にシールド環境内に配置されているディジタル化回路（２４）と、
   前記複数のディジタル信号を複数の電子デバイス（３４）に伝送するように構成された第１の伝送素子（２１）と、
   を備えるＭＲシステム。
2. 前記ディジタル化回路は前記シールド環境内にあるマグネット・ボア（１４）の内部に配置されている、請求項１に記載のＭＲシステム。
3. 前記ディジタル化回路は前記シールド環境内にある撮像ボリューム（２０）の内部に配置されている、請求項１に記載のＭＲシステム。
4. 前記複数のディジタル信号は前記シールド環境の外部にあるプロセッサ（２８）に第２の伝送素子（２６）を用いて伝送されることがあり、該プロセッサは、該ディジタル信号を受け取って処理し対象に関する情報を作成するように構成されており、該第２の伝送素子は光ファイバ、同軸ケーブル、ワイヤレス・ネットワーク及び音響波ネットワークからなる群から選択される、請求項１に記載のＭＲシステム。
5. 前記ディジタル化回路は直接変換システム（４０）を備えており、かつ該直接変換システムはナイキスト変換器（４４）または帯域通過変換器（４６）を備えている、請求項１に記載のＭＲシステム。
6. 前記ディジタル化回路はヘテロダイン処理受信器システム（５０）を備えており、かつ該ヘテロダイン処理受信器システムはナイキスト変換器（４４）を備えている、請求項１に記載のＭＲシステム。
7. 磁気共鳴システムを用いて対象に関する情報を作成するための方法であって、
   シールドされた環境内で複数のアナログ信号を検知する工程と、
   ディジタル信号を発生させるためにアナログ信号をディジタル化する工程であって、前記シールド環境の内部で実施されているディジタル化工程と、
   前記ディジタル信号を前記シールド環境の内部に配置された複数の電子デバイスに伝送する工程と、
   を含む方法。
8. 前記ディジタル化の工程は直接変換技法またはヘテロダイン処理受信器システムを使用する工程を含む、請求項７に記載の方法。
9. 光ファイバ、同軸ケーブル及びワイヤレス・ネットワークのうちの少なくとも１つを使用して、前記ディジタル信号を前記シールド環境の外部に配置されたプロセッサに伝送する工程をさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 磁気共鳴（ＭＲ）システムで使用するように適応させた一体型受信器回路であって、
    複数のアナログ信号を検知するように適応させた受信器コイルと、
    前記受信器コイルに結合されており、かつ前記複数のアナログ信号を対応する複数のディジタル信号に変換するように構成されたディジタル化回路と、
    を備える受信器回路。

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