JP2009189442A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ADCに入力されるアナログ信号のオフセット電圧を除去し、このオフセット電圧により発生する輝点アーチファクトの発生を防止し、高画質の画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現する。
【解決手段】ADC17の入力端子の直前に位置する増幅器15aの入力側にデジタルポテンショメータ26が接続される。FPGA27は、ADC17から出力されたデジタル信号に基いて、デジタルポテンショメータ26にオフセット成分を打ち消すためのパラメータを設定する。FPGA27は、ADC17への入力信号が0の場合の出力電圧値を検出し、検出した電圧値が0となるように、デジタルポテンショメータ26の設定値を調整する。このようにすれば、ADC17に供給されるアナログ映像信号に含まれる直流オフセット成分を除去することが可能となる。
【選択図】図2
【解決手段】ADC17の入力端子の直前に位置する増幅器15aの入力側にデジタルポテンショメータ26が接続される。FPGA27は、ADC17から出力されたデジタル信号に基いて、デジタルポテンショメータ26にオフセット成分を打ち消すためのパラメータを設定する。FPGA27は、ADC17への入力信号が0の場合の出力電圧値を検出し、検出した電圧値が0となるように、デジタルポテンショメータ26の設定値を調整する。このようにすれば、ADC17に供給されるアナログ映像信号に含まれる直流オフセット成分を除去することが可能となる。
【選択図】図2
Description
本発明は、磁気共鳴を利用して被検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置に関する。
磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)は、核磁気共鳴現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布、緩和時間分布を計測して、その計測データから被検体の断面を画像表示するものである。均一で強力な磁場発生装置内に置かれた被検体の原子核スピンは磁場の強さによって定まる周波数(ラーモア周波数)で磁場の方向を軸として歳差運動を行なう。
そこで、このラーモア周波数に等しい周波数の高周波パルスを外部より照射すると、スピンが励起され高いエネルギー状態に遷移する(核磁気共鳴現象)。この照射を打ち切ると、スピンはそれぞれの状態に応じた時定数でもとの低いエネルギー状態にもどり、このときに外部に電磁波(NMR信号)を放出する。これをその周波数に同調した受信コイルで検出する。
このとき、空間内に位置情報を付加する目的で、X、Y、Zの3軸の傾斜磁場を磁場空間に印加する。この結果、空間内の位置情報を周波数情報として捕らえることが可能となる。
このようなMRI装置における受信系においては、受信コイルで受信した信号を前段増幅器で増幅し、さらにはADCで変換前には、アナログ信号状態で周波数変換、信号増幅等の受信回路が含まれることになり、ADCへの入力段階では、定常状態においても、回路素子によって直流オフセット成分が存在する状態となっていた。
このため、NMR信号に定常状態でオフセット成分が含まれることになり、画像処理側でFFT等の処理を行った際、画像中心に輝点アーチファクトを持つ画像が得られる場合が生じるという不具合があった。
また、この輝点アーチファクトのレベルも直流オフセット成分のレベルにより輝度が変化するという不具合が生じていた。
そこで、例えば、特許文献1に記載された技術のように、ADCによるデジタルデータへの変換後、核磁気共鳴信号データ中とその変換後の周波数スペクトル中の直流オフセット値を算出し、除去していた。
しかしながら、上記従来技術のように、ADCによるデジタル信号への変換後に直流オフセットを除去する方法では、完全にはオフセット値を除去することができなかった。
また、ADCにより変換されたデジタル信号をDACによりアナログ値に戻し、ADCの入力側増幅器の入力に戻す処理を行うことも考えられるが、このような方法でも、有効にオフセット値を除去することができない。
特に、オフセット除去のアルゴリズムの精度や、DACのビット数の精度等に問題がある場合は、直流オフセット成分が除去できないという問題があった。
本発明の目的は、ADCに入力されるアナログ信号のオフセット電圧を除去し、このオフセット電圧により発生する輝点アーチファクトの発生を防止し、高画質の画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
本発明の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号を受信する受信手段と、画像表示手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段及び上記画像表示手段の動作を制御する制御手段を有し、上記受信手段は、磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、上記受信コイルが受信した磁気共鳴信号を増幅する増幅器と、上記増幅器の入力端に接続されるデジタルポテンショメータと、上記増幅器の出力信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、上記ADコンバータからの出力に基いて、上記ADコンバータに入力されるアナログ信号から直流オフセット成分を除去するために、上記デジタルポテンショメータの抵抗設定値を調整する抵抗調整手段とを備える。
また、本発明時共鳴イメージング装置における受信手段は、磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、上記受信コイルが受信した磁気共鳴信号を増幅する増幅器と、増幅器の入力端に接続されるデジタルポテンショメータと、増幅器の出力信号をデジタル信号に変換するADコンバータとを備え、制御手段は、ADコンバータからの出力に基いて、ADコンバータに入力されるアナログ信号から直流オフセット成分を除去するために、デジタルポテンショメータの抵抗設定値を調整する。
本発明によれば、ADCに入力されるアナログ信号のオフセット電圧を除去し、このオフセット電圧により発生する輝点アーチファクトの発生を防止し、高画質の画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明が適用されたMRI装置の全体概略構成図である。図1において、このMRI装置は、核磁気共鳴(NMR)現象を利用して被検体1の断層画像を得るものであり、静磁場発生系2により静磁場が発生されるが、図面の都合上、静磁場発生手段は省略してある。
MRI装置は、静磁場発生系2と、CPU8と、シーケンサ4と、送信系5と、傾斜磁場発生系3と、受信系6と、信号処理系7と、操作系25とを備える。
静磁場発生系2の静磁場発生手段は、ベッド26上の被検体1に強く均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式あるいは超電導方式等の静磁場発生手段である。
傾斜磁場発生系3の傾斜磁場コイル9は、X、Y、Zの3軸に3組配置され、シーケンサ4により制御される傾斜磁場電源10の出力電流によって被検体1の周りに必要な傾斜磁場空間を形成し、NMR信号に位置情報を与える。
送信系5の変調器12は、シーケンサ4のコントロールに従って高周波発振器11からの高周波信号を変調し、高周波増幅器13を介して高周波コイル14aに供給する。高周波コイル14aは、被検体1にスピン励起のための高周波パルスを照射する。
この結果生じるNMR信号は、受信系6の受信コイル14bで検出され、前段増幅器15b、入力増幅器15aを介してADC(ADコンバータ)17に供給される。ADC17でアナログ信号からデジタル信号に変換されたNMR信号は、FPGA(大規模PLD)27に供給される。
このFPGA27は、受信系6に入力信号が無い定常状態のADC17の出力信号をモニタし、解析することができる。FPGA27は、ADC17からの出力されたデジタル信号に基いてデジタルポテンショメータ(デジタル可変抵抗器)26にオフセット成分を打ち消すためのパラメータ(抵抗値)を設定する。つまり、FPGA27は、抵抗調整手段として機能する。デジタルポテンショメータ26は、ADC17の入力端子に接続されている。
FPGA27からのデジタル信号は、CPU8に供給され、画像再構成演算等が行なわれる。そして、再構成された画像が、信号処理系7のディスプレイ20に表示される。
なお、信号処理系7は、ディスプレイ20の他に、光ディスク19、磁気ディスク18、ROM21、RAM22を備える。また、操作系25は、トラックボール又はマウス23、キーボード24を備える。
次に、本発明の第1の実施形態の要部である受信系6について、図2を参照して説明する。
図2において、増幅器15aは、複数備えられており、ADC17の入力端子の直前に位置する増幅器15aの入力側にデジタルポテンショメータ26が接続されている。
FPGA(若しくはCPU等)27は、上述したように、ADC17から出力された信号に基いて、デジタルポテンショメータ26にオフセット成分を打ち消すためのパラメータを設定する。FPGA27は、ADC17からの出力の解析の際には、規定された閾値内の数回の平均値を用いるようにし、それに基づきデジタルポテンショメータ26の設定値を決定するようにする。
つまり、ADC17へのNMR入力信号が0の場合の出力電圧値を検出し、検出した電圧値が0となるように、デジタルポテンショメータ26の設定値を調整する。このようにすれば、ADC17に供給されるアナログ映像信号に含まれる直流オフセット成分を除去することが可能となる。
なお、定常状態(ADC17へのNMR入力信号が0)におけるオフセット状態の確認になるので、MRI装置の電源投入時、及び受信コイル14bの変更時、MRI装置の長時間の使用時等に、受信経路のオフセット状態を確認しポテンショメータ26の設定を行えるようにすることが望ましい。
このオフセット調整は非常に微小な調整になるため、図2に示すように、固定抵抗Rをデジタルポテンショメータ26と並列に接続し、デジタルポテンショメータ26の抵抗ステップよりもさらにより精度を細かく設定できるようにすることで、よりオフセット成分を小さくするように調整できる。
これにより、定常状態のオフセット成分がよりゼロに近づくことになり図3に示すようにアーチファクトのない良好な画像が得られることが可能になる。なお、図3の(A)は、オフセット成分により画像28にアーチファクト16が発生している状態の説明図であり、図3の(B)は、本発明の受信系3によりADC17のアナログ信号の時点でオフセット成分が除去された場合の状態の図であり、画像29にはアーチファクトが発生していない状態を示す。
以上のように、本発明の第1の実施形態によれば、デジタルポテンショメータ26の設定値により、ADC17に入力されるアナログ信号のオフセット電圧が除去されるので、輝点アーチファクトの発生を防止し、高画質の画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
図4は、本発明の第2の実施形態の要部である受信系6を示す図である。この図4に示した受信系6の構成以外の部分は、第1の実施形態と同等であるので、図示及び詳細な説明は省略する。
第1の実施形態においては、定常状態のオフセットデータを解析しデジタルポテンショメータ26への設定値を決定するのは、受信経路内のFPGA27であったが、第2の実施形態においては、上述した第1の実施形態におけるFPGA27が行うと同様にして、定常状態のオフセットデータ解析及び設定を画像処理部(CPU)8が実行する。この場合、FPGA27は、リサンプリング等の処理に使用される。
この第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、この第2の実施形態においては、画像処理部8が自動的にデジタルポテンショメータ26への設定値を決定するように構成したが、操作者がディスプレイ20に表示された画像を観察しながら、キーボード24等を介して、オフセット調整するためのデジタルポテンショメータ26への設定値をCPU8に指令する構成とすることもできる。
図5は、本発明の第3の実施形態の要部である受信系6を示す図である。この図5に示した受信系6の構成以外の部分は、第1の実施形態と同等であるので、図示及び詳細な説明は省略する。
第1及び第2の実施形態においては、デジタルポテンショメータ26を、ADC17の直前の増幅器の入力接続する構成であった。これに対して、本発明の第3の実施形態においては、図5に示すように、受信系の複数の増幅器15aのいずれかの入力にデジタルポテンショメータ26を接続する構成となっている。なお、デジタルポテンショメータ26に並列に接続される抵抗は省略してある。
増幅器に関しては、オペアンプ等の増幅手段その他の手段を用いることができるが、デジタルポテンショメータ26を最良の形で配置し、定常状態において、ADC17によってデジタル信号に変換しFPGA27で解析を行い、デジタルポテンショメータ26に最適値を設定する。
これにより、受信系6のいずれかの増幅器15aの入力にデジタルポテンショメータ26からの出力信号を供給することで、定常状態のオフセット値を最小に設定することができる。
本発明の第3の実施形態においても、本発明の第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、この第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、画像処理部(CPU)8が定常状態のオフセットデータ解析及び設定を実行する構成とすることができる。
また、上記実施形態では、デジタルポテンショメータ26は受信系6内に1つとしたが、複数個持たせることでも、同様の効果を得ることが可能である。
ここで、本発明とは異なる例であって、本発明との比較例について説明する。図6は、比較例における受信系6を示す図である。図6において、ADC17の入力側の増幅器15aには、固定抵抗Rが接続されている。この場合、定常状態において、ADC17に入力されるアナログ信号のオフセット電圧は、受信コイル14bの前段増幅器15b、増幅器15aのアンプの特性誤差、熱雑音等により微小に生じることになる。
このオフセット電圧を有する状態のアナログ信号のまま、ADC17でアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理した場合、画像の中心付近に輝点アーチファクトのある画像になってしまう。
デジタル信号に変換後、ソフトウエアにより信号処理し、オフセット電圧を除去することも考えられるが、十分なオフセット成分除去が困難であり、輝点アーチファクトが発生してしまう。
これに対して、本発明においては、NMR入力信号が0のときの、ADC17の出力電圧レベルを検出し、オフセット成分が0となるように、デジタルポテンショメータ26の設定値を決定している。つまり、ADC17に入力されるアナログ信号の段階で直流オフセット成分を除去する処理を行っている。
したがって、直流オフセット成分を有効に除去できるので、オフセット成分による輝点アーチファクトが無い画像を得ることができる。
1・・・被検体、2・・・静磁場発生系、3・・・傾斜磁場発生系、4・・・シーケンサ、5・・・送信系、6・・・受信系、7・・・信号処理系、8・・・CPU(画像処理部)、9・・・傾斜磁場コイル、10・・・傾斜磁場電源、11・・・高周波発振信器、12・・・変調器、13・・・高周波増幅器、14a・・・高周波コイル(送信コイル)、14b・・・高周波コイル(受信コイル)、15b・・・前段増幅器、15a・・・増幅器、17・・・ADC、18・・・磁気ディスク、19・・・光ディスク、20・・・ディスプレイ、21・・・ROM、22・・・RAM、23・・・トラックボール又はマウス、24・・・キーボード、25・・・操作系、26・・・デジタルポテンショメータ、27・・・FPGA
Claims (8)
- 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号を受信する受信手段と、画像表示手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段及び上記画像表示手段の動作を制御する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記受信手段は、
磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、
上記受信コイルが受信した磁気共鳴信号を増幅する増幅器と、
上記増幅器の入力端に接続されるデジタルポテンショメータと、
上記増幅器の出力信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、
上記ADコンバータからの出力に基いて、上記ADコンバータに入力されるアナログ信号から直流オフセット成分を除去するために、上記デジタルポテンショメータの抵抗設定値を調整する抵抗調整手段と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記抵抗調整手段は、上記ADコンバータに磁気共鳴信号が入力されていないときの、上記ADコンバータの出力端子における電圧レベルが0となるように、上記デジタルポテンショメータの抵抗設定値を調整することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記増幅器は複数個備えられ、これらの複数の増幅器のうちの一つの入力端に上記デジタルポテンショメータが接続されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記増幅器は複数個備えられるとともに、上記デジタルポテンショメータも複数個備えられ、これらの複数の増幅器のうちのいずれかの入力端に上記デジタルポテンショメータが接続されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号を受信する受信手段と、画像表示手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段及び上記画像表示手段の動作を制御する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記受信手段は、
磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、
上記受信コイルが受信した磁気共鳴信号を増幅する増幅器と、
上記増幅器の入力端に接続されるデジタルポテンショメータと、
上記増幅器の出力信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、
を備え、上記制御手段は、ADコンバータからの出力に基いて、上記ADコンバータに入力されるアナログ信号から直流オフセット成分を除去するために、上記デジタルポテンショメータの抵抗設定値を調整することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項5記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記制御手段は、上記ADコンバータに磁気共鳴信号が入力されていないときの、上記ADコンバータの出力端子における電圧レベルが0となるように、上記デジタルポテンショメータの抵抗設定値を調整することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項6記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記増幅器は複数個備えられ、これらの複数の増幅器のうちの一つの入力端に上記デジタルポテンショメータが接続されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項6記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記増幅器は複数個備えられるとともに、上記デジタルポテンショメータも複数個備えられ、これらの複数の増幅器のうちのいずれかの入力端に上記デジタルポテンショメータが接続されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008031047A JP2009189442A (ja) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | 磁気共鳴イメージング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008031047A JP2009189442A (ja) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | 磁気共鳴イメージング装置 |
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JP2009189442A true JP2009189442A (ja) | 2009-08-27 |
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JP2008031047A Pending JP2009189442A (ja) | 2008-02-12 | 2008-02-12 | 磁気共鳴イメージング装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111812567B (zh) * | 2019-04-10 | 2023-08-04 | 西门子医疗有限公司 | 具有有源反馈补偿的单级放大器 |
-
2008
- 2008-02-12 JP JP2008031047A patent/JP2009189442A/ja active Pending
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