JP2009538201A - チャネル評価を伴うｍｒｉシステムにおける超広帯域無線伝送 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの無線周波数コイル（２８、３０）が検査領域（１４）内に配置される。無線周波数コイル（２８、３０）は、無線で、付随する無線送受信器（６０、６４；６２、６６）からスペクトル拡散較正信号を受信し、該付随する無線送受信器に複数チャネルのデータをスペクトル拡散データ（パイロットデータ）信号で送信する。チャネル評価部（１０４、１０６）が、無線送受信器（６０、６４；６２、６６）とコイル（２８、３０）との間の較正信号に基づいて、周波数に依存した信号強度特性を評価する。信号強度調整部（１０８、１１０）が、送信されるデータ信号が、受信した較正信号から評価された信号特性に基づいて補償され、それにより周波数依存性が補償されたデータ信号が生成されるよう、データ信号強度に周波数に依存した調整（例えば、プレイコライゼーション）を行う。

Description

本出願は磁気共鳴技術に関する。本発明は、特に、無線多重送信／受信（例えば、ＳＥＮＳＥ）コイルを用いる磁気共鳴撮像と併用されるものであり、特にそれを参照して説明される。しかしながら、認識されるべきことには、以下の説明はその他の種類の磁気共鳴システム、磁気共鳴スペクトロスコピーシステム及びそれらに類するものとも併用され得るものである。

ＳＥＮＳＥ磁気共鳴撮像技術においては、複数のコイル素子が、共通の撮像スライス又はボリュームの磁気共鳴撮像データを同時に収集するように用いられる。ＳＥＮＳＥ技術を用いて撮像データを素早く収集するため、各コイル素子はｋ空間の異なる部分をサンプリングする。アンダーサンプリングされた画像データが、スライス又はボリュームの対応する折り畳み画像群へと再構成される。折り畳み画像群は、スライス又はボリュームの折り畳まれていない画像が生成されるように、コイルの感度特性に基づいて展開される。ＳＥＮＳＥ撮像技術は例えば非特許文献１や特許文献１に記載されている。

従来、各コイルはＭＲＩシステムの受信チャネル及び／又は送信チャネルに、接続ケーブル内の有線回線を介して接続されていた。各コイルからＭＲシステムの検査空間を通って受信チャネル及び／又は送信チャネルまで走るケーブルを有することは煩わしく且つ不都合であるため、コイル群との無線通信を提供するために様々な試みが為されてきた。このようなシステムにおいて、一般的に、検出されたＭＲ信号及び／又は制御信号は、コイル群へ、またコイル群から、超広帯域（ＵＷＢ）無線伝送標準プロトコルを使用する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）によって伝送されている。

このような無線ＭＲシステムの欠点は周波数選択性フェージング（fading）である。検査空間の開口部（ボア）、及びＭＲシステムのスキャナを囲むＲＦケージは高度に反射性であるため、信号の反射、回折及び散乱が増大する。周囲の様々な箇所からの反射は、或る一定の位置で、伝送ＲＦ信号を部分的に相殺し、他の周波数において伝送ＲＦ信号を増大させる。このような相殺周波数及び増強周波数は固定されたものではない。さらに、磁気共鳴信号との干渉を抑制するため、無線送受信器は例えば５００ＭＨｚ超といった高いデータレート又は周波数で送受信しなければならない。このことは、振幅のノッチ（部分的な相殺）及びスパイク（増強）を有する周波数スペクトルを生じさせる。

一般的に、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）の利得は、定格信号とそれより大きい信号を捕捉するように設定される。一般的なＡＤＣは有限数のビットのみを有するため、ノッチ部の信号強度は“規定の”量子化雑音を下回り、この弱められた信号は区別されることができず、処理されない。結果として、ＯＦＤＭ手法は、高ビット数のアナログ−デジタル変換器を用いるシステムでのみ効果的となり得る。

他の１つの問題は、ＯＦＤＭに基づくシステムの受信器は高い精度で同期化される必要があることである。一般的に、受信器の送信器との同期化を可能にするため、各伝送データパケットの先頭部のプリアンブルが用いられる。標準的なプリアンブルの長さは２４シンボルである。同期化期間の間、例えばスキャナがアイドリング状態にあるなどにより、システムはデータの送受信を行わないので、ＭＲＩシステムのスループットが損なわれる。
米国特許第６３８０７４１号明細書 Pruessmann等、1999年、Magnetic Resonance in Medicine、第42巻、p.952-962

本開示は、上述の問題及びその他の問題を解決する、新たな改善された方法及び装置を提供することを目的とする。

一態様に従って、磁気共鳴システムが開示される。少なくとも１つの無線周波数コイルが検査領域内に配置される。無線周波数コイルは、無線で、付随する無線送受信器からスペクトル拡散較正信号を受信し、且つ該付随する無線送受信器に複数チャネルのデータをスペクトル拡散データ信号で送信する。チャネル評価部が、無線送受信器とコイルとの間の較正信号に基づいて、周波数に依存した信号強度特性を評価する。信号強度調整部が、送信されるデータ信号が、受信した較正信号から評価された信号特性に基づいて補償され、それにより周波数依存性が補償されたデータ信号が生成されるよう、データ信号強度に周波数に依存した調整を行う。

他の一態様に従って、磁気共鳴撮像方法が開示される。無線周波数コイルとそれに付随する無線送受信器との間のスペクトル拡散較正信号が無線で受信される。周波数に依存した信号強度特性が、無線送受信器とコイルとの間の較正信号に基づいて評価される。この評価に基づいて、周波数依存性が補償されたデータ信号が生成されるよう、検査領域内で収集されたデータを搬送するスペクトル拡散データ信号に、周波数に依存した信号強度調整が行われる。補償されたデータ信号が、付随する無線送受信器に伝送される。

他の一態様に従って、磁気共鳴システムが開示される。少なくとも１つの周波数コイルが検査領域内に配置される。コイルは無線で、スペクトル拡散較正信号を受信し、且つ付随する無線送受信器にスペクトル拡散データ信号を送信する。チャネル評価部が、無線送受信器とコイルとの間で伝送された較正信号に基づいて信号特性を評価する。プリアンブル装置が、評価された信号特性に基づいて各伝送データパケットのプリアンブルの大きさを調整する。

１つの効果は、周波数フェージング効果が抑制あるいは排除されるように送信電力が補償されることである。

以下の詳細な説明を読み、理解することにより、本発明の更なる効果が当業者に認識される。

本発明は、様々な構成要素及びそれらの配置、並びに様々な段階及びそれらの編成の形態を取り得る。図面は、好適実施形態を例示するためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

図１を参照するに、磁気共鳴撮像システム８はスキャナ１０を含み、スキャナ１０は検査領域１４を画成する筐体１２を含んでいる。検査領域１４の内部では、患者又はその他の撮像対象１６が患者支持台又はベッド１８上に配置されている。筐体１２内に配置された主磁石２０は、検査領域１４内に主磁場Ｂ_０を生成する。主磁石２０は、典型的に、冷凍シュラウド２２によって囲まれた超伝導磁石であるが、抵抗性あるいは永続性の主磁石が使用されることも可能である。選定された傾斜磁場を検査領域１４内の主磁場に重ね合わせるため、筐体１２の内部又は表面に傾斜磁場コイル２４が配置されている。ここではボア型システムが例示されているが、オープン型又はその他の種類のシステムも意図される。

検査領域１４付近に、ＲＦコイルシステム又は構成２６が配置されている。コイルシステム２６は、検査領域１４内に配置された、例えば感度エンコーディング（ＳＥＮＳＥ）コイルといった、１つ以上の多重送信コイル若しくは受信コイル、又はその他のＲＦコイルを含む。この典型的な実施形態において、コイルシステム２６は、例えば頭部コイル２８及び表面コイル３０である、各々が複数の独立したＳＥＮＳＥコイル素子３２を含む第１及び第２の局部ＳＥＮＳＥコイルを含んでいる。コイル素子３２の数は、４、８、１６等とし得る。第１及び第２のＳＥＮＳＥコイル２８、３０の各々のコイル素子群３２は、磁気共鳴信号に対して相異なる感度を有し、故に、ＳＥＮＳＥエンコーディングを可能にする。必要に応じて、筐体１２は更に、磁気共鳴の選択的な励起及び／又は検出を行う全身コイル３６を収容あるいは支持する。局部コイル２８、３０は、必要に応じての全身コイルによって励起された磁気共鳴を受信するために用いられ得る。あるいは、磁気共鳴は局部コイル２８、３０によって励起され且つ受信されることも可能である。コイル２８、３０、３６は遮蔽体３８によって、その他の素子から遮蔽されている。

選定された傾斜磁場を検査領域１４内の主磁場に重ね合わせるため、磁気共鳴撮像コントローラ４０は、傾斜磁場コイル２４に結合された傾斜磁場コントローラ４２を操作する。磁気共鳴撮像コントローラ４０はまた、１つ以上のコイル２８、３０、３６に結合された無線周波数（ＲＦ）送信器又は送信チャネル４４を操作して、撮像のため、ほぼ磁気共鳴周波数にある選定された無線周波数励起パルスを検査領域１４内に注入する。多重送信システムにおいては、各コイル素子３２が、対応する送信器又は送信チャネル４４を有する。

図１に加えて図２及び３を参照するに、少なくとも第１の通信位置又は通信地点４６が検査領域１４の周りに配置されている。この典型的な実施形態において、第１の通信位置４６は、検査領域１４を画成するボア５０の中心部４８の周りのほぼ１０時３０分の位置に配置され、第１の取付機構又は取付手段５４によってボア円筒５２に固定されている。また、第２の通信位置又は通信地点５６は、ボア５０の中心部４８の周りのほぼ１時３０分の位置に配置され、第２の取付機構又は取付手段５８によってボア円筒５２に固定されている。当然ながら、ボア５０の内部の、あるいはそれに隣接する、その他の位置も意図される。各位置４６、５６は１つ又は複数の送受信器を含む。この典型的な実施形態においては、各位置４６、５６は２つの送受信器６０、６２；６４、６６を含んでおり、各送受信器は受信器７２及び送信器７４を含んでいる。例えば、第１の通信位置４６の送受信器６０及び第２の通信位置５６の送受信器６４は第１のコイル２８と無線通信を行い、第１の通信位置４６の送受信器６２及び第２の通信位置５６の送受信器６６は第２のコイル３０と無線通信を行う。送受信器６０、６２、６４、６６は、各々の対応する無線周波数送信チャネル４４に、１つ又は複数の送信／受信スイッチ７６を介して結合されている。

無線周波数励起パルス群が、撮像対象１６内に、選定された傾斜磁場によって空間的にエンコーディングされた磁気共鳴信号を励起する。さらに、撮像コントローラ４０が、コイル素子３２に第１及び第２の位置の送受信器と送信／受信スイッチ７６とを介して結合された無線周波数受信器又は受信チャネル７８を操作し、無線で受信された、各コイル素子によって受信された空間エンコーディングされた磁気共鳴信号を復調する。受信された、空間エンコーディングされた磁気共鳴データは、磁気共鳴（ＭＲ）データメモリ８０に格納される。

再構成用のプロセッサ、アルゴリズム又はその他の手段８２が、格納された磁気共鳴データを、検査領域１４内に位置する撮像対象１６又はその選択部分の１つ以上の再構成画像へと再構成する。再構成プロセッサ８２は、フーリエ変換再構成法、又はデータ収集にて使用された空間エンコーディングに適合するその他の好適な再構成法を用いる。例示したＳＥＮＳＥの実施形態においては、ＳＥＮＳＥ折り畳み展開（unfolding）アルゴリズムが用いられる。再構成画像は、画像メモリ８４に格納され、ユーザインタフェース８６上に表示され、ローカルエリアネットワーク又はインターネット上で伝送され、プリンタによって印刷され、あるいは、その他の方法で利用され得る。例示した実施形態においては、ユーザインタフェース８６はまた、放射線医又はその他のユーザが撮像コントローラ４０と相互作用して、撮像シーケンスの選定、変更又は実行を行うことを可能にする。他の実施形態においては、スキャナ１０を操作するためと、再構成画像の表示又はその他の操作を行うためとに、別々のユーザインタフェースが設けられる。

説明した磁気共鳴撮像システム８は一例である。一般的に、実質的に如何なる磁気共鳴撮像スキャナも複数素子無線周波数コイルを組み込むことが可能である。例えば、スキャナはオープン磁石型スキャナ、バーティカルボア型スキャナ、低磁界型スキャナ又は高磁界型スキャナ等であってもよい。

なおも図３を参照するに、較正モードにおいて、対応する第１（第２）のコイル２８（３０）の第１（第２）の受信器１００（１０２）は、受信した広帯域較正信号を周期的に分析し、該較正信号が多数の隣接反射面から跳ね返るときに受信信号が周波数選択性の増強及び相殺によって減衰あるいは増幅される１つ以上の周波数を評価する。例えば、較正信号は超広帯域に含まれる全周波数に共通の一定振幅を有する。チャネル評価部１０４（１０６）が、各周波数の受信較正信号の振幅を所定の閾値と比較し、信号が最も強い周波数を決定する。例えば、強度が閾値より高い信号及びどれだけ高いかが決定される。この閾値は、例えば、最小の振幅を有する較正信号の周波数成分に相当するように設定され得る。第１（第２）の受信器１００（１０２）によって受信される較正信号は低いレートのデータであるので、チャネル評価部１０４（１０６）は、電流信号経路に沿った信号の正確な特性を提供することができる。第１（第２）の信号強度調整部、調整アルゴリズム、装置又は手段１０８（１１０）が、最も強い信号を有する周波数の増幅量を低減する。例えば、より強い信号の周波数の信号増幅率又は強度が１０ｄＢだけ低減される。他の一例として、各周波数の増幅率は対応する受信信号強度に反比例するように低減されてもよい。他の一例として、増幅率は、全ての周波数が共通の強度となるように、必要なだけ増大あるいは低減されてもよい。伝送距離は短いため、この共通の強度は比較的小さくすることができる。最も強い信号の信号強度が低減された後、より弱い既知の信号がアナログ−デジタル変換器１１２（１１４）の値域に合致するように、該アナログ−デジタル変換器の利得を設定することができる。第１（第２）のコイル２８（３０）に対応する第１（第２）の送信器１１６（１１８）は、決定された減衰に従って各周波数の振幅が調整あるいは低減された一連の信号を送信する。その結果、送受信器６０、６４；６２、６６によって受信される広帯域信号は、各周波数で、実質的に同一の振幅範囲を有する。斯くして、超広帯域送信電力は、周波数選択性フェージングが排除されるように補償される。この較正は、例えば約１ｍｓごとに、周期的に繰り返される。約２．４ＧＨｚの搬送周波数が好ましいが、５００ＭＨｚを超える如何なる周波数も許容される。５００ＭＨｚ未満の周波数は、特に一層高い磁界のシステムにおいて、共鳴信号や励起及び操作に使用されるＲＦ信号と干渉を起こすことがある。

以上では、超広帯域通信信号を用いて受信共鳴信号を各コイル素子３２からボアに搭載された送受信器６０、６２、６４、６６に伝達することを説明した。信号は、送受信器で受信された後、遮蔽空間などの端部に位置する受信器に、有線によって伝達され、あるいは広帯域技術を用いて光学的に赤外線で再送信され、等々されることができる。当然ながら、送受信器側でアナログ−デジタル変換を行うことも意図される。

ＲＦ励起・操作信号を送受信器から局部コイル素子群に伝達することにも同一の技術を用いることが可能である。撮像対象内にＲＦ励起・操作パルスを生成するための送信器と電源とが局部コイルに搭載され得る。較正信号が局部コイルから送受信器に伝送され、トランスデューサ内の超広帯域送信器の減衰係数が上述のように調整される。

なおも図３を参照するに、各送受信器６０、６２、６４、６６は、第１及び第２のアンテナ１２０、１２２に動作的に結合されている。各送受信器６０、６２、６４、６６のダイバーシティスイッチ１３０は、第１及び第２のアンテナのうちの一方への接続を選択し、ダイバーシティ受信及びダイバーシティ送信を実現する。例えば、ダイバーシティ決定は、送信を行った同一アンテナ上で求められる受信信号の品質に基づいて行われる。他の一実施形態においては、２つのアンテナからの信号が結合される。

図４を参照するに、受信器の送信器との同期化を可能にするため、各伝送データパケット１５２の先頭部（例えば、データ部１５０の前）にプリアンブル１４８が用いられる。媒体品質、伝送パラメータ及び伝送長に応じて、標準のプリアンブル長（２４シンボル）が減少される。受信信号の分析に基づいて、プリアンブル装置、アルゴリズム、機構又は手段１６０、１６２がプリアンブルの長さを、例えば、プリアンブル標準の２４シンボルからの１２シンボル減らして、１２シンボルとして選択する。他の一実施形態においては、プリアンブル装置１６０、１６２はプリアンブルの長さを、プリアンブル標準の２４シンボルからの１８シンボル減らして、６シンボルとして選択する。当然ながら、プリアンブルの長さは６と１２との間の如何なるシンボル数とし得ることが意図される。斯くして、標準のプリアンブルサイズを少なくとも１２シンボルだけ削減することによって、送信がほぼ連続的に行われ、システムのスループットは損なわれない。一実施形態において、迅速な再同期のため、短いプリアンブルがデータストリームに挿入される。

好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。以上の詳細な説明を読み、理解した者は改良及び改変に想到し得る。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。

磁気共鳴撮像システムを例示する図である。 磁気共鳴撮像システムの正面図を詳細に例示する図である。 磁気共鳴システムの詳細部を例示する図である。 プリアンブルを含むデータパケットを例示する図である。

Claims (20)

1. 検査領域内に配置された少なくとも１つの無線周波数コイルを有する磁気共鳴システムであって：
   前記無線周波数コイルは無線で、付随する無線送受信器からスペクトル拡散較正信号を受信し、且つ前記付随する無線送受信器に複数チャネルのデータをスペクトル拡散データ信号で送信し、前記無線周波数コイルは：
   前記無線送受信器と当該コイルとの間の前記較正信号に基づいて、周波数に依存した信号強度特性を評価するチャネル評価部、及び
   送信される前記データ信号が、受信した前記較正信号から評価された信号特性に基づいて補償され、それにより周波数依存性が補償されたデータ信号が生成されるよう、前記データ信号の強度に周波数に依存した調整を行う信号強度調整部、
   を有する、磁気共鳴システム。
2. 前記チャネル評価部は：
   前記スペクトル拡散較正信号に含まれる複数の周波数の各々における受信信号の強度を、所定の信号強度と比較し；且つ
   前記比較に基づいて、より強い信号受信状態を有する周波数、及び、より弱い信号受信状態を有する周波数を決定する；
   ようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記信号強度調整部は：
   より強いと決定されたデータ信号の強度を低減する
   ようにプログラムされている、請求項２に記載のシステム。
4. 前記無線周波数コイルは更に：
   前記補償されたデータ信号を前記無線送受信器に送信する送信器
   を含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記検査領域の周りの少なくとも第１及び第２の通信地点に配置された複数の前記無線送受信器、
   を含む請求項１に記載のシステム。
6. 前記検査領域内にともに配置された少なくとも２つの前記無線周波数コイル；及び
   前記通信地点の各々に配置された少なくとも２つの前記無線送受信器であり、各通信地点の前記送受信器のうちの第１は、無線で、第１のコイルに前記較正信号を送信し且つ該第１のコイルから前記補償されたデータ信号を受信し、各通信地点の前記送受信器のうちの第２は、無線で、第２のコイルに前記較正信号を送信し且つ該第２のコイルから前記補償されたデータ信号を受信する、少なくとも２つの前記無線送受信器；
   を含む請求項５に記載のシステム。
7. 各送受信器は：
   ダイバーシティ受信／送信のための第１及び第２のアンテナ
   を含む、請求項５に記載のシステム。
8. 前記較正信号及び前記データ信号は超広帯域（ＵＷＢ）信号である、請求項１に記載のシステム。
9. 伝送データパケットのプリアンブルの大きさを前記評価された信号特性に基づいて調整するプリアンブル装置、
   を更に含む請求項１に記載のシステム。
10. 前記プリアンブルの大きさは６シンボル及び１２シンボルのうちの一方である、請求項９に記載のシステム。
11. 無線周波数コイルとそれに付随する無線送受信器との間のスペクトル拡散較正信号を無線で受信する段階；
    前記無線送受信器と前記コイルとの間の前記較正信号に基づいて、周波数に依存した信号強度特性を評価する段階；
    周波数依存性が補償されたデータ信号が生成されるよう、前記評価に基づいて、検査領域内で収集されたデータを搬送するスペクトル拡散データ信号に、周波数に依存した信号強度調整を行う段階；及び
    前記補償されたデータ信号を前記付随する無線送受信器に伝送する段階；
    を有する磁気共鳴撮像方法。
12. 前記評価する段階は：
    受信した前記較正信号の複数の周波数の各々における強度を、選択された信号強度と比較すること；
    前記比較に基づいて、より強い信号受信状態を有する周波数、及び、より弱い信号受信状態を有する周波数を決定すること；及び
    より強いと決定されたデータ信号の周波数の強度を低減すること；
    を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記伝送する段階は：
    前記補償されたデータ信号を前記無線送受信器に周波数選択性フェージングなしで伝送すること
    を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記較正信号及び前記データ信号は超広帯域（ＵＷＢ）信号である、請求項１１に記載の方法。
15. 前記検査領域の周りの複数の通信地点の各々に、第１及び第２の送受信器を関連付ける段階；
    前記検査領域内に前記無線周波数コイルのうちの少なくとも第１及び第２のコイルを配置する段階；
    少なくとも１つの第１の送受信器から前記第１のコイルに前記較正信号を無線伝送する段階；
    少なくとも１つの第２の送受信器から前記第２のコイルに前記較正信号を無線伝送する段階；
    前記第１のコイルからの前記補償されたデータ信号を少なくとも１つの第１の送受信器によって無線で受信する段階；及び
    前記第２のコイルからの前記補償されたデータ信号を少なくとも１つの第２の送受信器によって無線で受信する段階；
    を含む請求項１４に記載の方法。
16. 各送受信器は第１及び第２のアンテナを含み、当該方法は更に：
    ダイバーシティ受信／送信のためにアンテナの選択を行う段階、
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 周期的に、前記較正信号を再送信し、前記周波数に依存した信号強度特性を再評価する段階、
    を更に含む請求項１１に記載の方法。
18. 前記伝送する段階に先立って、各伝送データパケットのプリアンブルの大きさを調整する段階；
    前記補償されたデータ信号を調整されたプリアンブルとともに、前記付随する無線送受信器に伝送する段階；及び
    前記無線送受信器の受信器を、前記調整されたプリアンブルを用いて同期させる段階；
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
19. 検査領域内に配置された少なくとも１つの周波数コイルを有する磁気共鳴システムであって：
    前記コイルは無線で、スペクトル拡散較正信号を受信し、且つ付随する無線送受信器にスペクトル拡散データ信号を送信し、前記コイルは：
    前記無線送受信器と当該コイルとの間で伝送された前記較正信号に基づいて信号特性を評価するチャネル評価部、及び
    評価された信号特性に基づいて各伝送データパケットのプリアンブルの大きさを調整するプリアンブル装置、
    を有する、磁気共鳴システム。
20. 送信される前記スペクトル拡散データ信号が、受信した前記較正信号から評価された前記信号特性に基づいて補償されるよう、該伝送されるデータ信号の信号強度を調整する信号強度調整部、
    を更に含む請求項１９に記載のシステム。

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