JP2010115256A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易化したプローブユニットと制御／映像化ユニット間のクロック信号の高精度な同期を保証するＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】プローブユニットは、磁気共鳴信号を検出するプローブと、磁気共鳴信号をサンプリングするアナログ−ディジタル変換器と、ディジタル信号を第１の無線信号に変換して第１の無線チャネルにより送信する第１の送信機と、第２の無線チャネルにより第２の無線信号を受信し、第１の受信信号を得る第１の受信機と、第１の受信信号から再生クロック信号を生成するクロック再生部とを有し、制御／映像化ユニットは、第１の無線信号を受信して第２の受信信号を得る第２の受信機と、基準クロック信号を生成するクロック生成部と、第２の受信信号に対してデータ処理を行うデータ処理部と、搬送波を基準クロック信号で振幅変調した信号を第２の無線信号に変換して第２の無線チャネルにより送信する第２の送信機とを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、磁気共鳴信号及びクロック信号を無線で伝送する磁気共鳴映像装置に関する。

磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ装置）において、磁気共鳴信号を受信して検出するための検出コイルは、被検体と共にガントリ内の撮像空間に配置される。検出コイルにより検出された磁気共鳴信号は、一般には撮像空間内からガントリ外へ引き出されたケーブルを介して装置本体（以下、制御／映像化ユニットという）へ伝送される。制御／映像化ユニットでは、磁気共鳴信号に対して画像再構成処理を含むデータ処理を行うことにより映像化を行う。

このような一般的な構成では、ケーブルがしばしば邪魔になる。この問題を回避するため、特許文献１に開示されているように、ＲＦプローブと呼ばれる検出コイルを含むプローブユニットにおいて磁気共鳴信号をアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）によりディジタル化した後に、無線信号に変換して制御／映像化ユニットへ無線で伝送することが考えられている。

ここで、プローブユニット内のＡＤＣにおいてはサンプリングクロック信号が必要となる。制御／映像化ユニット側で用いられる基準クロック信号に対して、サンプリングクロック信号が高い精度で周波数同期を確立することが求められる場合、クロック信号源としては、恒温槽入り水晶発振器（oven controlled crystal oscillator：OCXO)や温度補償型水晶発振器（temperature controlled crystal oscillator：TCXO）のような高精度の発振器が必要となる。このような高精度の発振器はサイズが大きいため、これをプローブユニット内に設けることは、プローブユニットの大型化及び重量化を招き、被検者に大きな負担となる。

特許文献１には、制御装置からサンプリングクロック信号を無線でプローブユニットへ伝送してもよいことが記載されており、このようにすればプローブユニット内にクロック信号源を設ける場合のような問題は解消される。ただし、特許文献１ではサンプリングクロック信号の無線伝送方法及び受信信号からのクロック信号の再生方法については、特に開示されていない
一方、特許文献２には角度変調波を復調する復調装置に用いられるクロック再生回路が開示されている。特許文献２のクロック再生回路では、復調装置に入力されるＱＰＳＫ信号のような角度変調波を復調する際にクロック信号を再生している。具体的には、発振器とミキサとローパスフィルタから構成される周波数変換器により入力される角度変調波の周波数変換を行い、周波数変換後の信号をＡＤＣによりディジタル化した後、ディジタル信号処理部に入力して復調とクロック信号の再生を行う。
特開平５−２６１０８３号公報 特開平６−２３２９３０号公報

特許文献１には、制御装置からプローブユニットへのサンプリングクロック信号の無線伝送方法について及びクロック信号の再生方法は開示されていないが、仮に特許文献２に記載されたクロック再生回路を用いた場合、発振器とミキサとローパスフィルタから構成される周波数変換器とＡＤＣ及びディジタル信号処理部が必要であり、かつ再生クロック信号の精度は発振器の精度及びＡＤＣに用いられるクロック信号の精度に依存するという問題があった。

また、磁気共鳴信号取得期間中にクロック信号の再生を一旦停止する再生停止区間が存在し、再生停止区間の前後でクロック信号の位相を同一に保つ必要がある場合や、磁気共鳴信号取得期間中にクロック信号の送受信アンテナ間距離が変化してもクロック信号の位相を同一に保つ必要がある場合があるが、これらの問題に対する方策は特許文献１及び特許文献２には開示されていない。

本発明は、プローブユニットの構成を簡易化しつつプローブユニットと制御／映像化ユニット間のクロック信号の高精度な同期を保証する磁気共鳴映像装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による磁気共鳴映像装置は、被検体からの磁気共鳴信号を検出するプローブと、前記磁気共鳴信号をサンプリングクロック信号によりサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と、前記ディジタル信号を第１の無線信号に変換して第１の無線チャネルにより送信する第１の送信機と、第２の無線チャネルにより送信されてきた第２の無線信号を受信し、該第２の無線信号に対して包絡線検波を行って第１の受信信号を得る第１の受信機と、前記第１の受信信号からクロック成分を再生して少なくとも前記サンプリングクロックの基となる再生クロック信号を生成するクロック再生部と、を有するプローブユニットと；
前記第１の無線信号を受信して第２の受信信号を得る第２の受信機と、基準クロック信号を生成するクロック生成部と、前記第２の受信信号に対して前記基準クロック信号に同期して画像再構成を含むデータ処理を行って映像信号を得るデータ処理部と、前記基準クロック信号により搬送波を振幅変調するＡＭ変調器を含み、前記基準クロック信号を前記第２の無線信号に変換して前記第２の無線チャネルにより送信する第２の送信機と、を有する制御／映像化ユニットと；を具備することを特徴とする。

本発明の第２の態様による磁気共鳴映像装置は、被検体からの磁気共鳴信号を検出するプローブと、前記磁気共鳴信号をサンプリングクロック信号によりサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と、前記ディジタル信号に対し第１の処理用クロック信号に同期して送信前処理を行い、前処理後ディジタル信号を得る送信前処理部と、前記前処理後ディジタル信号を第１の無線信号に変換して第１の無線チャネルにより送信する第１の送信機と、第２の無線チャネルにより送信されてきた第２の無線信号を受信し、該第２の無線信号に対して包絡線検波を行って第１の受信信号を得る第１の受信機と、前記第１の受信信号からクロック成分を再生して再生クロック信号を生成するクロック再生部と、前記再生クロック信号を逓倍して前記サンプリングクロック信号及び前記第１の処理用クロック信号を生成する第１の逓倍器と、を有するプローブユニットと；前記第１の無線信号を受信して第２の受信信号を得る第２の受信機と、基準クロック信号を生成するクロック生成部と、前記基準クロック信号を逓倍して第２の処理用クロック信号を生成する第２の逓倍器と、前記第２の受信信号に対し前記第２の処理用クロック信号を用いて画像再構成を含むデータ処理を行い、磁気共鳴映像データを得るデータ処理部と、前記基準クロック信号により搬送波信号を振幅変調するＡＭ変調器を含み、前記基準クロック信号を前記第２の無線信号に変換して前記第２の無線チャネルにより送信する第２の送信機と、を有する制御／映像化ユニットと；
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、制御／映像化ユニットからプローブユニットへクロック信号をＡＭ変調により伝送し、プローブユニットにおいて包絡線検波によってクロック信号を再生して各部に必要なクロック信号を生成することにより、プローブユニットを高精度発振器が不要な簡易な構成としつつ、プローブユニットと制御／映像化ユニット間のクロック信号の高精度な同期を確保することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置を示している。静磁場磁石１１、傾斜磁場コイル１２、ＲＦコイルユニット１３、プローブユニット１４、プローブユニット１５及びベッド１６の天板１７は、いわゆるガントリ内に配置される。ベッド１６は移動可能であり、その位置は後述するベッド位置制御部によって制御される。傾斜磁場コイル１２には傾斜磁場電源１８が接続され、ＲＦコイルユニット１３には高周波送信器１９が接続される。プローブユニット１４は、図示しない有線チャネルを介して制御／映像化ユニット２０に接続される。もう一つのプローブユニット１５は、無線チャネルを介して制御／映像化ユニット２０に接続される。

静磁場磁石１１は中空の円筒形をなし、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１１としては、例えば永久磁石または超伝導磁石等が使用される。傾斜磁場コイル１２は中空の円筒形をなし、静磁場磁石１１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３種のコイルが組み合わされている。傾斜磁場コイル１２は、上記の３種のコイルが傾斜磁場電源１８から個別に電流供給を受けることによって、磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って傾斜する傾斜磁場を発生する。ここで、Ｚ軸方向は例えば静磁場方向と同方向とする。

Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えばスライス選択用傾斜磁場Ｇss、位相エンコード用傾斜磁場Ｇpe及びリードアウト用傾斜磁場Ｇroにそれぞれ対応される。スライス選択用傾斜磁場Ｇssは、任意に撮影断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇpeは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇroは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数を変化させるために利用される。

被検体Ｐは、ベッド１６の天板１７に載せられて傾斜磁場コイル１２の内部の空間（撮像空間という）内に挿入される。ベッド１６は、後述するベッド制御部により制御されて天板１７を長手方向（図１中における左右方向）及び上下方向に移動させる。通常、天板１７の長手方向が静磁場磁石１１の中心軸と平行になるようにベッド１６は設置される。

ＲＦコイルユニット１３は、１つまたは複数のコイルを円筒状のケースに収容して構成され、傾斜磁場コイル１２の内側に配置される。ＲＦコイルユニット１３は、高周波送信器１９からラーモア周波数に対応するＲＦパルス（高周波パルス）の供給を受けて高周波磁場を発生する。プローブユニット１４は、磁気共鳴信号を検出するＲＦコイルである少なくとも一つのＲＦプローブを含み、天板１７上に載置されるか、または天板１７に内蔵される。一方、プローブユニット１５も同様に磁気共鳴信号を検出するＲＦコイルであるＲＦプローブを含み、被検体Ｐに装着される。

プローブユニット１４及び１５は、撮影時には被検体Ｐと共に撮像空間内に挿入され、被検体Ｐでの磁気共鳴現象により生じる磁気共鳴信号を検出する。プローブユニット１４及び１５としては、様々なタイプのものが任意に装着可能である。プローブユニット１５は、ＭＲＩ装置の本体から独立したユニットであり、検出した磁気共鳴信号を無線チャネルにより制御／映像化ユニット２０へ送信する機能を備える。

制御／映像化ユニット２０は、傾斜磁場電源１８及び高周波送信器１９を制御する。さらに、制御／映像化ユニット２０はプローブユニット１４との間では有線チャネルを介して送受信を行い、またプローブユニット１５との間では無線チャネルを介して送受信を行い、プローブユニット１４及び１５から送信される磁気共鳴信号に対して画像再構成を含むデータ処理を行うことにより、被検体Ｐ内の映像を示す映像信号を生成する。

次に、図２〜図１０を用いて無線化されたプローブユニット１５及び制御／映像化ユニット２０について詳しく説明する。なお、図２中に示す制御／映像化ユニット２０では、傾斜磁場電源１８及び高周波送信器１９の制御に関する構成については、本質的でないため図示を省略している。図２はプローブユニット１５及び制御／映像化ユニット２０の概略的な構成を示しており、図３〜図１０は図２中の各部をより詳しく示している。

（プローブユニット１５の概略について）
図２中に示すプローブユニット１５は、ＲＦプローブ１０１、アナログ処理部１０２、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０３、送信前処理部１０４、送信部１０５、送信アンテナ１０６、受信アンテナ１０７、受信部１０８、クロック再生部１０９及び逓倍器１１０を有する。送信部１０５と送信アンテナ１０６は第１の送信機を構成し、受信アンテナ１０７と受信部１０８は第１の受信機を構成する。

（プローブユニット１５内のアナログ処理部１０２について）
プローブユニット１５において、ＲＦプローブ１０１により検出される磁気共鳴信号は、アナログ処理部１０２に入力される。アナログ処理部１０２は、図３に示されるように前置増幅器１２１、周波数変換器１２２、フィルタ１２３及び利得調整器１２４を有する。ＲＦプローブ１０１からの磁気共鳴信号は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）のような前置増幅器１２１により電圧増幅がなされた後、周波数変換器１２２によって逓倍器１１０から供給される変換用クロック信号ＣＫ３に従って周波数変換され、所定周波数の中間周波信号とされる。

周波数変換器１２２においては、変換前の周波数をｆａ、変換後の周波数をｆｂと表すと、周波数ｆａ−ｆｂ、もしくはｆａ＋ｆｂの正弦波信号を入力の磁気共鳴信号に乗積する周波数変換処理を一回以上実施するが、この正弦波信号は変換用クロック信号ＣＫ３から生成されるものとする。

周波数変換器１２２から出力される中間周波信号は、フィルタ１２３及び利得調整器１２４を介してアナログ処理部１０２から出力される。

図２に説明を戻すと、アナログ処理部１０２から出力される信号、すなわち、周波数変換、フィルタ及び利得調整後の磁気共鳴信号は、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０３に入力され、サンプリングクロック信号ＣＫ４に従ってサンプリングされることにより、ディジタル信号に変換される。ＡＤＣ１０３から出力されるディジタル化された磁気共鳴信号は、送信前処理部１０４に入力される。

（プローブユニット１５内の送信前処理部１０４について）
送信前処理部１０４は、ＡＤＣ１０３からのディジタル化された磁気共鳴信号に対して、送信前に必要なディジタル信号処理（送信前処理）を施すものであり、図４に示されるように周波数変換器１４１、フィルタ１４２、サンプルレート変換器１４３及び情報源圧縮器１４４を有する。ＡＤＣ１０３からのディジタル化された磁気共鳴信号は、周波数変換器１４１により変換用クロック信号ＣＫ５に従って周波数変換される。周波数変換後のディジタル化された磁気共鳴信号は、さらにフィルタ１４２を介してサンプルレート変換器１４３に入力される。サンプルレート変換器１４３では、ＡＤＣ１０３がオーバサンプリングを行う場合に必要なサンプルレート変換、すなわちデシメーションが行われる。サンプルレート変換後の磁気共鳴信号は、さらに情報源圧縮器１４４によって情報量の削減が行われ、前処理後信号として出力される。送信前処理部１０４から出力される前処理後信号は、送信部１０５に入力される。

（プローブユニット１５内の送信部１０５について）
送信部１０５は、図５に示されるように誤り訂正符号化／インタリーブ部１５１、変調器１５２、周波数変換器１５３及び電力増幅器１５４を有する。送信前処理部１０４から出力される前処理後信号に対し、まず誤り訂正符号化／インタリーブ部１５１によって誤り耐性を高めるための誤り訂正符号化とインタリーブが行われる。

次に、変調器１５２によって誤り訂正符号化／インタリーブ後のデータをＩＱ平面上にマッピングする変調操作、及びシングルキャリアまたはマルチキャリア信号への整形が施される。次に、変調器１５２により得られるベースバンド信号は、周波数変換器１５３によって逓倍器１１０から供給される変換用クロック信号ＣＫ６に従って、第１の無線チャネルで使用される搬送波周波数f_rf1へと周波数変換（アップコンバート）される。

周波数変換器１５３においては、ベースバンド信号の周波数を搬送波周波数f_rf1に変換する際に、元のベースバンド信号に対して正弦波信号を乗積する周波数変換処理を一回以上実施するが、この正弦波信号は変換用クロック信号ＣＫ６から生成されるものとする。

周波数変換器１５３から出力される搬送波周波数f_rf1の信号は、電力増幅器１５４により所要電力レベルまで増幅され、送信アンテナ１０６へ供給されることによって、第１の無線チャネルを介して制御／映像化ユニット２０へ送信される。

（制御／映像化ユニット２０の概略について）
制御／映像化ユニット２０は、図２中に示すように受信アンテナ２０１、受信部２０２、データ処理部２０３、表示部２０４、クロック再生部２０５、逓倍器２０６、送信部２０７及び送信アンテナ２０８を有する。受信アンテナ２０１と受信部２０２は第２の受信機を構成し、送信部２０７と送信アンテナ２０８は第２の送信機を構成する。なお、受信部２０２、逓倍器２０６及び送信部２０７は、制御／映像化ユニット２０から独立してガントリ付近に設置されていてもよい。

（制御／映像化ユニット２０内の受信部２０２について）
制御／映像化ユニット２０では、プローブユニット１５から第１の無線チャネルを介して送信されてきた信号が受信アンテナ２０１によって受信され、受信部２０２に入力される。受信部２０２は、図６に示されるように前置増幅器２２１、周波数変換器２２２、復調器２２３、デインタリーブ／誤り訂正復号器２２４及び情報源伸張器２２５を有する。

アンテナ２０１からの受信信号は、ＬＮＡのような前置増幅器２２１により電圧増幅がなされた後、周波数変換器２２３、復調器２２３、デインタリーブ／誤り訂正復号器２２４及び情報源伸張器２２５において、図５に示した送信部１０５の処理と逆の処理が行われる。

すなわち、前置増幅器２２１から出力される受信信号は、周波数変換器２２３により逓倍器２０６からの変換用クロック信号ＣＫ１に従ってベースバンド信号に周波数変換（ダウンコンバート）される。周波数変換器２２３においては、前置増幅器２２１から出力される受信信号の搬送波周波数f_rf1をベースバンド信号の周波数に変換する際に、受信信号に対し正弦波信号を乗積する周波数変換処理を一回以上実施するが、この正弦波信号は変換用クロック信号ＣＫ１から生成されるものとする。

周波数変換器２２３から出力されるベースバンド信号は、さらに復調器２２３によって変調器１５２における変調処理に対応する復調処理と、誤り訂正符号化／インタリーブ部１５１での処理に対応するデインタリーブ及び誤り訂正復号、及び情報源圧縮器１４４の処理と逆の伸張処理が行われることにより、磁気共鳴信号データが得られる。

こうして得られる磁気共鳴信号データは、データ処理部２０３に入力される。データ処理部２０３は、公知の例えばデータ収集部、記憶部及び画像再構成部を備えた構成となっており、受信部２０２からの磁気共鳴信号データを収集し、それらを記憶部に格納する。画像再構成部は、記憶部に記憶された磁気共鳴信号データに対してフーリエ変換等の画像再構成処理を行い、被検体Ｐ内の所望核スピンの映像データ（磁気共鳴映像データ）を求める。画像再構成部は、さらに所望核スピンのスペクトラムデータを求めてもよいし、図示しない主制御部により指定される特定要素コイルで受信された磁気共鳴信号に関する磁気共鳴信号データに基づいて、要素コイルの配列方向の投影データをそれぞれ生成してもよい。記憶部は、磁気共鳴信号データと映像データさらにはスペクトラムデータを被検者毎に記憶する。

データ処理部２０３の上述した一連の処理は、逓倍器２０６からの処理用クロック信号ＣＫ２に従って行われる。こうしてデータ処理部２０３により得られる映像データその他のデータは、表示部２０４において適宜表示される。

（クロック生成部２０５について）
クロック生成部２０５は、一定周波数で振幅変化を繰り返す基準クロック信号ＣＫ０を生成するデバイスであり、例えば図７Ａ〜図７Ｄに示すように構成される。図７Ａに示すクロック生成部２０５は、水晶発振器２１１単体によって実現される。図７Ｂに示すクロック生成部２０５は、水晶発振器２１１とその後段に配置されるＰＬＬ(Phase-Locked Loop)２１２からなる。図７Ｃに示すクロック生成部２０５は、水晶発振器２１１と水晶発振器２１１によって駆動されるＤＤＳ(Direct Digital Synthesizer)２１３から構成される。図７Ｄに示すクロック生成部２０５は、水晶発振器２１１と水晶発振器２１１で駆動されるＤＤＳ２１３及びＤＤＳ２１３の後段に配置されるＰＬＬ２１２からなる。

ＰＬＬ２１２は、例えば図８に示されるように、位相比較器２１２１、ループフィルタ２１２２及び電圧制御発振器（ＶＣＯ）２１２３からなる一般的な構成であり、必要に応じて分周器２１２４が追加される。位相比較器２１２１では、入力される基準信号の位相とＶＣＯ２１２３から直接または分周器２１２４を介して帰還される信号の位相との比較を行い、両者の位相差に応じた信号を出力する。位相比較器２１２１からの出力信号はループフィルタ（一般にはローバスフィルタ）２１２２によりフィルタリングされることによって周波数制御電圧とされ、ＶＣＯ２１２３の周波数制御端子に供給される。これによりＶＣＯ２１２３からは、位相比較器２１２１に入力される基準信号に同期した信号が出力される。

（逓倍器２０６について）
クロック生成部２０５から出力される基準クロック信号ＣＫ０は、逓倍器２０６と送信部２０７に供給される。逓倍器２０６は、基準クロック信号ＣＫ０を基準周波数として、基準周波数を所定の逓倍比で逓倍することによって、受信部２０２への変換用クロック信号ＣＫ１、及びデータ処理部２０３への処理用クロック信号ＣＫ２を生成する。

送信部２０７は、クロック生成部２０５からの基準クロック信号ＣＫ０で搬送波信号を振幅変調（ＡＭ）変調するＡＭ変調器を含み、基準クロック信号ＣＫ０を無線信号に変換して送信アンテナ２０８に供給する。ここで、ＡＭ変調器はアナログＡＭ変調に代表される連続的な振幅を有する振幅変調を行ってもよいし、オン・オフ・キーイング（ＯＯＫ）などに代表される離散的な振幅を有する振幅変調を行ってもよい。

（制御／映像化ユニット２０内の送信部２０７について）
図９は、制御／映像化ユニット２０内の送信部２０７の具体例であり、乗算器２７１、搬送波発生器２７２及び電力増幅器２７３からなる。クロック生成部２０５からの基準クロック信号ＣＫ０は、乗算器２７１において搬送波発生器２７２からの周波数f_rf2の搬送波信号に乗積されることによってＡＭ変調が行われる。これにより乗算器２７１から出力されるＡＭ波の無線信号は、電力増幅器２７３において所要電力レベルまで増幅された後、送信アンテナ２０８により第２の無線チャネルを介してプローブユニット１５へ送信される。

一方、こうして制御／映像化ユニット２０から第２の無線チャネルを介して送信される、基準クロック信号によってＡＭ変調された無線信号は、プローブユニット１５において受信アンテナ１０７で受信され、受信部１０８に入力される。受信部１０８では、受信アンテナ１０７からのＡＭ変調された無線信号に対して包絡線検波を行い、受信信号を出力する。

（プローブユニット１５内の受信部１０８について）
図１０は、受信部１０８の具体例であり、前置増幅器１８１、整流器１８２及びフィルタ１８３からなる。受信アンテナ１０７からのＡＭ変調された無線信号は、ＬＮＡのような前置増幅器１８１により電圧増幅がなされた後、整流器１８２により整流され、さらにフィルタ１８３を通過することにより包絡線検波がなされる。こうして受信部１０８から包絡線検波によって得られる受信信号は、クロック再生部１０９に入力される。

（クロック再生部１０９について）
クロック再生部１０９は、受信部１０８からの受信信号を入力としてクロック信号を再生し、再生クロック信号を出力する。クロック再生部１０９は、図８で説明したＰＬＬを用いてもよいし、クロック信号に対して高い周波数選択性を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いてクロック信号を抽出・再生してもよい。クロック信号再生部１０９としてＰＬＬを用いれば、ＢＰＦによるクロック抽出より高精度にクロック信号を再生することができる。但し、ＰＬＬはフィードバックループが存在するため、安定した信号を得るまでにより長い時間がかかり、応答速度の面ではＢＰＦの方が好ましい。

（逓倍器１１０について）
クロック再生部１０９からの再生クロック信号は、逓倍器１１０に入力される。逓倍器１１０は、クロック生成部１０９からの再生クロック信号の周波数を基準周波数として、基準周波数を所定の逓倍比で逓倍することによりプローブユニット１５内の各部で必要なクロック信号、すなわち、アナログ処理部１０２への変換用クロック信号ＣＫ３、ＡＤＣ１０３へのサンプリングクロック信号ＣＫ４、送信前処理部１０４への変換用クロック信号ＣＫ５及び送信部１０５への変換用クロック信号ＣＫ６を生成する。

（プローブユニット１５と制御／映像化ユニット２０間のクロック同期について）
以上述べた本実施形態の構成によると、プローブユニット１５の構成を簡易化しつつプローブユニット１５と制御／映像化ユニット２０との間のクロック信号の高精度な同期を保証することが可能となる。

プローブユニット及び制御／映像化ユニットのそれぞれに高精度の発振器を設置したとしても、データ処理の際の基準クロック信号の周波数にプローブユニット側のクロック信号の周波数を完全に一致させることはできない。しかし、制御／映像化ユニット２０からプローブユニット１５に基準クロック信号を何らかの方法により無線で送信すると、ＰＬＬのようなクロック再生部１０９を通すことにより、制御／映像化ユニット２０及びプローブユニット１５間でクロック信号の周波数を一致させ、同期をとることができる。

そして、本実施形態では基準クロック信号の送信にＡＭ変調方式を用いることで、プローブユニット１５内の受信部１０８では、受信した無線信号の包絡線を検出する包絡線検波の適用によって、高精度の発振器を必要とすることなく受信信号を得ることができ、これを基にクロック再生部１０９によってクロック信号の再生が可能となる。

このようにプローブユニット１５内に高精度の発振器を必要としないので、プローブユニット１５の小型化・軽量化を達成でき、被検体Ｐに対する負担を軽減できる。また、再生クロック信号の精度が発振器の精度及びＡＤＣに用いられるクロック信号の精度に依存するという問題も解消する。

本実施形態のＭＲＩ装置のように、高周波コイルユニット１３から被検体Ｐに電磁波パルスを照射し、それに呼応して放射される電磁波エコーである磁気共鳴信号をプローブユニット１４及び１５によって受信する場合、特にプローブユニット１５と制御／映像化ユニット２０との間の中心周波数をそれぞれf_rf1及びf_rf2とする第１の無線チャネル及び第２の無線チャネルの帯域は、電磁波パルスの周波数及びその高調波の周波数を避けることが望ましい。このように第１及び第２の無線チャネルの帯域を設定することによって、電磁波パルス及び磁気共鳴信号が第１及び第２の無線チャネルに与える干渉を避けることができる。

一方、プローブユニット１５内において周期信号であるクロック信号を再生し、また逓倍器１１０によって種々のクロック信号を生成する際、クロック信号の基本波及びその高調波の周波数が電磁波パルス及び磁気共鳴信号の周波数に一致しないようにすることが望ましい。このようにすることにより、プローブユニット１５から放射される電磁干渉（ＥＭＩ）が電磁波パルス及び磁気共鳴信号を乱すことに起因する磁気共鳴映像の品質低下を避けることができる。

（クロック再生停止区間が存在する場合について）
ここで、何らかの原因によりプローブユニット１５内のクロック再生部１０９が信頼できるクロック信号を出力することができないか、もしくはクロック信号の送出を停止する区間（クロック再生停止区間という）が存在する場合に、制御／映像化ユニット２０からプローブユニット１５に送出すべき基準クロック信号ＣＫ０の周波数の選択について考察する。

このようなクロック再生停止区間が存在する状況としては、（ａ）無線信号の伝搬損失や電磁波干渉によりプローブユニット１５が第２の無線チャネルを介して受信したクロック信号の品質が劣悪である状況、（ｂ）強力な電磁波の照射により装置が誤動作している状況、または（ｃ）上記のような状況を避けるために意図的、かつ一時的にクロック再生部１０９の動作を停止させる状況がある。例えば、ＭＲＩ装置のガントリ内にプローブユニット１５を設置した場合、強烈な電磁波であるＲＦパルスの照射区間がクロック再生停止区間に対応する。

次に、図１１を用いて磁気共鳴信号の観測中にクロック再生停止区間が存在する場合の問題点を説明する。制御／映像化ユニット２０内のデータ処理部２０８で収集したい磁気共鳴信号は、周波数ｆ１の基準クロック信号ＣＫ０でサンプリングされた信号であるとする。前述したように、プローブユニット１５内のＡＤＣ１０３がｆ１より高い周波数でサンプリング（オーバサンプリング）を行い、後続の送信前処理部１０４においてサンプルレート変換（デシメーション）を行う方式が採られることは珍しくない。

このとき、仮に制御／映像化ユニット２０からプローブユニット１５に周波数ｆ２（＞ｆ１）のクロック信号（伝送クロックという）を伝送し、それをＡＤＣ１０３のためのサンプリングクロック信号として用い、また伝送クロックを分周して生成した周波数ｆ１の分周クロックをサンプルレート変換器１４３のためのクロック信号として用いたとする。ここでｆ２／ｆ１＝Ｎとすると、分周比Ｎの分周を実施した場合、分周後には同一周波数ｆ１で位相が異なるＮ通りのクロック信号が得られる。

図１１は、Ｎ＝２の場合に、ｆ２の伝送クロックの立ち上がりエッジに同期した分周クロックを得る際に、同一周波数ｆ１で異なる位相を持った分周クロック１と分周クロック２が得られることを例示している。このような位相の不確定性により、クロック再生停止区間の前後で分周クロックと伝送クロック（基準クロック）とのタイミング同期が崩れることがある。従って、磁気共鳴信号の観測区間中にクロック再生停止区間が存在すると、取得した磁気共鳴信号系列の中で位相ずれが発生し、磁気共鳴映像の品質が低下するという問題が発生する。

ここでは、ＡＤＣ１０３においてオーバサンプリングを行い、送信前処理部１０４においてデシメーションを行うという簡易な構成で説明したが、オーバサンプリングとデシメーションとの間で周波数変換やフィルタリングを施している場合においても、同様の問題が発生する。

一方、このようにプローブユニット１５側において、異なる周波数を持ち、互いに位相同期した複数のクロック信号が必要とされる場合、制御／映像化ユニット２０側からこれら複数のクロック信号を送出することは非効率的である。そこで、本実施形態では基準クロックＣＫ０の位相に同期し、かつ周波数が基準クロック信号ＣＫ０の周波数以下のクロック信号を伝送することにより、上記問題を解決する。

図１２は、伝送クロックの周波数が基準クロックＣＫ０の周波数と同一の場合を示している。制御／映像化ユニット２０は、周波数ｆ１の基準クロック信号ＣＫ０を伝送クロックとして送信する。

プローブユニット１５では、受信信号から伝送クロック（基準クロック信号ＣＫ０）を再生し、再生クロック信号を逓倍器１１０により逓倍することによって変換用クロック信号ＣＫ３、周波数ｆ２のサンプリングクロック信号ＣＫ４及び変換用クロック信号ＣＫ５を生成する。ＡＤＣ１０３においてサンプリングクロック信号ＣＫ４を用いてサンプリングを行った後に、基準クロック信号ＣＫ０と同じ周波数ｆ１の変換用クロック信号ＣＫ３を用いて周波数変換器１４１で周波数変換を行い、サンプルレート変換器１４３でデシメーションを実施すれば、クロック再生停止区間の前後で位相ずれは発生しない。

一方、図１３は伝送クロックの周波数が基準クロック信号ＣＫ０の周波数以下の場合を示したものである。制御／映像化ユニット２０は、周波数ｆ１の基準クロック信号ＣＫ０を分周して得た周波数ｆ３のクロック信号を伝送クロックとして、プローブユニット１５へ送信する。

プローブユニット１５では、受信信号から伝送クロック（基準クロック信号ＣＫ０）を再生し、再生クロック信号を逓倍器１１０により逓倍することによって変換用クロック信号ＣＫ３、周波数ｆ２のサンプリングクロック信号ＣＫ４及び変換用クロック信号ＣＫ５を生成する。ＡＤＣ１０３においてサンプリングクロック信号ＣＫ４を用いてサンプリングを行った後に、周波数ｆ１の変換用クロック信号ＣＫ３を用いて周波数変換器１４１で周波数変換を行い、サンプルレート変換器１４３でデシメーションを実施すれば、クロック再生停止区間の前後で位相ずれは発生しない。

前述したように、クロック信号再生部１０９に図８のようなＰＬＬを用いると、ＢＰＦによるクロック抽出・再生に比較してより高精度にクロック信号を再生することができるが、フィードバックループのため安定した信号を得るまでにより長い時間がかかる。ＭＲＩ装置のようにＲＦパルス照射区間がクロック再生停止区間にあたり、その後に磁気共鳴信号の取得を開始する場合、クロック再生停止区間から磁気共鳴信号の取得までの時間にＰＬＬが引き込みを完了できるように、図８中のループフィルタ２１２２を設計することが有効である。しかし、クロック再生停止区間から信号取得までの時間が短く、ＰＬＬ引き込みが完了できるよう設計できない場合は、ＢＰＦによるクロック信号の抽出・再生が有効である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、ＭＲＩ装置全体の概略構成は第１の実施形態と同様であり、例えば図１に示される通りである。図１５は、本実施形態における無線化されたプローブユニット１５及び制御／映像化ユニット２０を示している。

図１５において図２と同一部分に同一符号を付して第１の実施形態との相違点について説明すると、本実施形態ではプローブユニット１５内のクロック生成部２０５及び逓倍器２０６が位相可変クロック生成部２１０に置き換えられる。さらに、本実施形態ではプローブユニット１５内にベッド位置制御部２１１及び位相計算部２１２が設けられる。本実施形態によれば、以下に説明するようにクロック信号の位相補償機能により磁気共鳴信号取得中の位相ずれを防ぐことができる。

プローブユニット１５の受信アンテナ１０７は、ベッド位置制御部２１１によって制御されるベッド１６上に設置されている。一方、制御／映像化ユニット２０の送信アンテナ２０８は、固定位置に設置されている。従って、磁気共鳴信号取得中に送信アンテナ２０８と受信アンテナ１０７間の距離、すなわち第２の無線チャネルの伝搬距離が変動する。

制御／映像化ユニット２０内の受信部２０２及びデータ処理部２０３は、本実施形態では位相可変クロック生成部２１０から変換用クロック信号ＣＫ１及び処理用クロック信号ＣＫ２の供給をそれぞれ受ける。

ベッド位置制御部２１１は、ベッド１６の位置を制御するとともに、ベッド１６の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の情報を出力する。ＭＲＩ装置の場合、一般的には１次元座標（ｘ）で十分であるが、ここでは一般性を持たせるため３次元座標で説明する。

送信アンテナ２０８は、座標（ｘａ，ｙａ，ｚａ）の位置に固定されているとする。位相計算部２１２は、ベッド位置制御部２１１からベッド１６の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の情報を継続的に受取り、磁気共鳴信号の取得開始時のベッド位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と現在のベッド位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）から、第２の無線チャネルの伝搬距離の変化を次の式で計算する。

次に、式（１）の伝送距離の変化Δｄに対応する周波数ｆ１のクロック信号の位相変化を次の式で計算する。

但し、ｃは光速でｃ＝３．０×１０⁸［ｍ／ｓ］である。Δφの符号は正のとき基準クロックの位相から遅れていることを示し、負のとき進んでいることを示す。

式（２）は、第２の無線チャネルの伝送距離が長くなると（Δｄ：正）、クロック信号の位相が遅れ、伝送距離が短くなると（Δｄ：負）、クロック信号の位相が進むことを意味している。ここでは、ベッド位置制御部２１１がベッド１６の絶対位置を座標情報として出力するように説明しているが、磁気共鳴信号取得開始時からの相対的な位置（＝現在の座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）−磁気共鳴信号取得開始時の座標（ｘ0，ｙ0，ｚ0））を出力してもよい。

可変位相クロック生成部２１０は、例えば第１の実施形態の図２におけるクロック生成部２０５と基本的に同様、図７Ａ〜図７Ｄに示すように水晶発振器２１１単体か、または水晶発振器２１１とその後段に配置されるＰＬＬ２１２とから構成されるか、または水晶発振器２１１と水晶発振器２１１によって駆動されるＤＤＳ２１３から構成されるか、あるいは水晶発振器２１１と水晶発振器２１１で駆動されるＤＤＳ２１３及びＤＤＳ２１３の後段に配置されるＰＬＬ２１２から構成され、周波数ｆ１の処理用クロック信号ＣＫ２をデータ処理部２０３に供給する。

可変位相クロック生成部２１０は、また処理用クロック信号ＣＫ２に対し上記Δφの符号を反転した位相だけＤＤＳ２１３またはＤＤＳ２１３の後段に配置されたＰＬＬ２１２により位相調整を行う機能を有し、位相調整されたクロック信号ＣＫ０を出力する。すなわち、このクロック信号ＣＫ０はＣＫ２と同一周波数を有しながら、ベッド１６の移動による位相変化を事前に補償したクロック信号である。従って、磁気共鳴信号の取得区間中にベッド１６が移動して、第２の無線チャネルの伝搬距離が変化したとしても、プローブユニット１５内では常に制御／映像化ユニット２０での変換用クロック信号ＣＫ１及び処理用クロック信号ＣＫ２に対して一定の位相関係にあるクロック信号ＣＫ３〜ＣＫ６が得られる。よって、磁気共鳴信号取得中のクロック信号の位相ずれによる磁気共鳴映像の品質劣化を免れることができる。

また、磁気共鳴信号取得中のクロック信号の位相ずれを防ぐために、ベッド１６とプローブユニット１５の受信アンテナ１０７を連動させずに、受信アンテナ１０７を固定位置に配置することによって、受信アンテナ１０７と制御／映像化ユニット２０の送信アンテナ２０８との相対関係が変化しないようにしても良い。

このように第２の実施形態によれば、第１の実施形態の利点に加えて、磁気共鳴信号取得中のベッド１６の変位に起因する位相ずれを予め補償したクロック信号を制御／映像化ユニット２０からプローブユニット１５へ伝送することにより、プローブユニット１５で用いるクロック信号の位相ずれを避けることができるという効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係るＭＲＩ装置を示すブロック図 図１中のプローブユニット及び制御／映像化ユニットの例を示すブロック図 プローブユニット内のアナログ処理部を示すブロック図 プローブユニット内の送信前処理部を示すブロック図 プローブユニット内の送信部を示すブロック図 制御／映像化ユニット内の受信部を示すブロック図 クロック生成部の一例を示すブロック図 クロック生成部の一例を示すブロック図 クロック生成部の一例を示すブロック図 クロック生成部の一例を示すブロック図 典型的なＰＬＬを示すブロック図 制御／映像化ユニット内の送信部を示すブロック図 プローブユニット内の受信部を示すブロック図 クロック再生停止期間が存在する場合の位相ずれの問題を説明するためのタイムチャート クロック再生停止期間が存在する場合の位相ずれの問題が解決される原理を説明するためのタイムチャート クロック再生停止期間が存在する場合の位相ずれの問題が解決される原理を説明するためのタイムチャート 図１中のプローブユニット及び制御／映像化ユニットの他の例を示すブロック図

符号の説明

１１・・・静磁場磁石
１２・・・傾斜磁場コイル
１３・・・ＲＦコイルユニット
１４・・・プローブユニット
１５・・・プローブユニット（第１の装置）
１６・・・ベッド
１７・・・ベッド天板
１８・・・傾斜磁場電源
１９・・・高周波送信器
２０・・・制御／映像化ユニット（第２の装置）
１０１・・・ＲＦプローブ
１０２・・・アナログ処理部
１０３・・・アナログ−ディジタル変換器
１０４・・・送信前処理部
１０５・・・プローブユニット側送信部
１０６・・・送信アンテナ
１０７・・・受信アンテナ
１０８・・・プローブユニット側受信部（包絡線検波部）
１０９・・・クロック再生部
１１０・・・逓倍器
２０１・・・受信アンテナ
２０２・・・制御／映像化ユニット側受信部
２０３・・・データ処理部
２０４・・・表示部
２０５・・・クロック生成部
２０６・・・逓倍器
２０７・・・制御／映像化ユニット側送信部
２０８・・・送信アンテナ
２１０・・・位相可変クロック生成部
２１１・・・ベッド位置制御部
２１２・・・位相計算部

Claims (10)

1. 被検体からの磁気共鳴信号を検出するプローブと、
   前記磁気共鳴信号をサンプリングクロック信号によりサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と、
   前記ディジタル信号を第１の無線信号に変換して第１の無線チャネルにより送信する第１の送信機と、
   第２の無線チャネルにより送信されてきた第２の無線信号を受信し、該第２の無線信号に対して包絡線検波を行って第１の受信信号を得る第１の受信機と、
   前記第１の受信信号からクロック成分を再生して少なくとも前記サンプリングクロック信号の基となる再生クロック信号を生成するクロック再生部と、
   を有するプローブユニットと；
   前記第１の無線信号を受信して第２の受信信号を得る第２の受信機と、
   基準クロック信号を生成するクロック生成部と、
   前記第２の受信信号に対して前記基準クロック信号に同期して画像再構成を含むデータ処理を行って映像信号を得るデータ処理部と、
   前記基準クロック信号により搬送波を振幅変調するＡＭ変調器を含み、前記基準クロック信号を前記第２の無線信号に変換して前記第２の無線チャネルにより送信する第２の送信機と、
   を有する制御／映像化ユニットと；
   を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。
2. 被検体からの磁気共鳴信号を検出するプローブと、
   前記磁気共鳴信号をサンプリングクロック信号によりサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と、
   前記ディジタル信号に対し第１の処理用クロック信号に同期して送信前処理を行い、前処理後ディジタル信号を得る送信前処理部と、
   前記前処理後ディジタル信号を第１の無線信号に変換して第１の無線チャネルにより送信する第１の送信機と、
   第２の無線チャネルにより送信されてきた第２の無線信号を受信し、該第２の無線信号に対して包絡線検波を行って第１の受信信号を得る第１の受信機と、
   前記第１の受信信号からクロック成分を再生して再生クロック信号を生成するクロック再生部と、
   前記再生クロック信号を逓倍して前記サンプリングクロック信号及び前記第１の処理用クロック信号を生成する第１の逓倍器と、
   を有するプローブユニットと；
   前記第１の無線信号を受信して第２の受信信号を得る第２の受信機と、
   基準クロック信号を生成するクロック生成部と、
   前記基準クロック信号を逓倍して第２の処理用クロック信号を生成する第２の逓倍器と、
   前記第２の受信信号に対し前記第２の処理用クロック信号を用いて画像再構成を含むデータ処理を行い、磁気共鳴映像データを得るデータ処理部と、
   前記基準クロック信号により搬送波信号を振幅変調するＡＭ変調器を含み、前記基準クロック信号を前記第２の無線信号に変換して前記第２の無線チャネルにより送信する第２の送信機と、
   を有する制御／映像化ユニットと；
   を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。
3. 前記第１の逓倍器は、さらに前記再生クロック信号を逓倍して第１の変換用クロック信号を生成するように構成され、
   前記プローブユニットは、前記プローブと前記アナログ−ディジタル変換器との間に挿入された、前記磁気共鳴信号に対して前記第１の変換用クロック信号を用いて周波数変換を行う第１の周波数変換器を含むアナログ処理部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴映像装置。
4. 前記第１の逓倍器は、さらに前記再生クロック信号を逓倍して第２の変換用クロック信号を生成するように構成され、
   前記第１の送信機は、前記処理後ディジタル信号に対し前記第２の変換用クロック信号を用いて周波数変換を行い、前記第１の無線信号を生成する第２の周波数変換器を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
5. 前記第２の逓倍器は、さらに前記基準クロック信号を逓倍して第３の変換用クロック信号を生成するように構成され、
   前記第２の受信機は、前記第１の無線信号に対し前記第３の変換用クロック信号を用いて周波数変換を行い、前記第２の受信信号を得る第３の周波数変換器を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
6. 前記第２の逓倍器は、さらに前記基準クロック信号を逓倍して第４の変換用クロック信号を生成するように構成され、
   前記第２の送信機は、前記基準クロック信号に対し前記第４の変換用クロック信号を用いて周波数変換を行い、前記第１の無線信号を生成する第２の周波数変換器を含むことを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
7. 前記基準クロック信号は、前記処理用クロック信号の最小の周波数と同一もしくはそれ未満の周波数を有し、かつ前記処理用クロック信号と位相が同期していることを特徴とする請求項2記載の磁気共鳴映像装置。
8. 前記第１の受信機は、前記被検体を載せて移動可能なベッドに設置された受信アンテナを用いて前記第１の無線信号を受信するように構成され、
   前記第２の送信機は、固定位置に設置された送信アンテナを用いて前記第２の無線信号を送信するように構成され、
   前記クロック生成部は、前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間の距離変化に対して前記基準クロック信号の位相補償を行うように構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の磁気共鳴映像装置。
9. 前記第１の受信機は、前記被検体を載せて移動可能なベッドに設置された受信アンテナを用いて前記第１の無線信号を受信するように構成され、
   前記第２の送信機は、固定位置に設置された送信アンテナを用いて前記第２の無線信号を送信するように構成され、
   前記制御／映像化ユニットは、前記ベッドの位置を制御すると共に、前記ベッドの位置を示す座標情報を出力する位置制御部と、前記座標情報を用いて前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離変化を計算すると共に該距離変化に対応する位相変化を計算する位相計算部と、をさらに有し、
   前記クロック生成部は、前記基準クロック信号の位相を前記位相変化分だけ調整することにより、前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間の距離変化に対して前記基準クロック信号の位相補償を行うように構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の磁気共鳴映像装置。
10. 前記第１の受信機は、固定位置に設置された受信アンテナを用いて前記第１の無線信号を受信するように構成され、
    前記第２の送信機は、固定位置に設置された送信アンテナを用いて前記第２の無線信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の磁気共鳴映像装置。

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