JP2009189442A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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

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。

特開平７−２３９３２号公報

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。

本発明の第１の実施形態による磁気共鳴イメージング装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態の要部である受信系の構成図である。 直流オフセットが入った場合のアーチファクトのある画像と、直流オフセットがなく、アーチファクトが無い画像との説明図である。 本発明の第２の実施形態の要部である受信系の構成図である。 本発明の第３の実施形態の要部である受信系の構成図である。 本発明とは異なる例であって、比較のための受信系の構成図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。

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