JP2015061594A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、ＭＲＩ画像を収集する際の被検体の安全性及びＲＦコイルの配置の柔軟性を向上すること。【解決手段】実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、寝台と、カバー部とを備える。寝台は、被検体が載置される。カバー部は、ＲＦコイルが装着された被検体を前記寝台上で覆う。また、カバー部は、前記ＲＦコイルに配置された送信機から近距離無線通信により送信されるデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号を前記寝台に伝送する受信機を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージングに関し、特に、ＲＦ（Radio Frequency）コイルを配置するため、及び、ＲＦコイルとデータ処理システムとの間を接続するためのシステム、方法及び装置に関する。

従来、磁気共鳴イメージング装置では、被検体から発生する磁気共鳴信号（Magnetic Resonance：ＭＲ）を受信するＲＦコイルが、スキャン中に被検体に装着される場合がある。このような場合に、例えば、被検体に装着されたＲＦコイルと、受信されたＭＲ信号を処理するデータ処理システムとの間は、電線を介して接続される。しかし、ＲＦコイルとデータ処理システムとの間を電線で接続すると、被検体の安全性及びＲＦコイルの配置の柔軟性が低下する場合があり得る。

米国特許第７３９１２１４号明細書

本発明が解決しようとする課題は、ＭＲＩ画像を収集する際の被検体の安全性及びＲＦコイルの配置の柔軟性を向上することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置は、寝台と、カバー部とを備える。寝台は、被検体が載置される。カバー部は、ＲＦコイルが装着された被検体を前記寝台上で覆う。また、カバー部は、前記ＲＦコイルに配置された送信機から近距離無線通信により送信されるデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号を前記寝台に伝送する受信機を有する。

図１は、実施形態に係る、寝台に取り付けられた固定ベルトに無線アンテナが組み込まれたＭＲＩ装置の一例を示す概略ブロック図である。 図２Ａは、実施形態に係る、磁気共鳴信号データを受信するための無線信号受信機が組み込まれた固定ベルトを使用して、被検体の腕をＭＲＩ装置の寝台に固定した状態の一例を示す概略図である。 図２Ｂは、実施形態に係る固定ベルトの一部と当該固定ベルトが上に配置されたＲＦコイルの一部の一例を示す概略図である。 図３は、実施形態に係る寝台の一例を示す概略図である。 図４は、実施形態に係る、ＭＲ信号データを受信するための無線信号受信機が組み込まれた２つの固定ベルトを使用して寝台に固定された被検体の状態の一例を示す概略図である。 図５は、実施形態に係る、固定ベルトに組み込まれた無線信号受信機からＭＲデータを転送するための構成要素の一例を示すブロック図である。 図６は、実施形態に係る、ＭＲ信号データを転送するために無線信号送信機と無線信号受信機との間の接続を確立するのに使用されるプロトコル構成要素の一例を示す図である。 図７は、実施形態に係るＭＲＩスキャン方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係るＭＲＩスキャンによって収集されたＭＲ信号データをデータ処理システムへ転送するための方法の一例を示すフローチャートである。

実施形態に係るＭＲＩ装置は、寝台と、カバー部とを備える。寝台は、被検体が載置される。カバー部は、ＲＦコイルが装着された被検体を前記寝台上で覆う。また、カバー部は、前記ＲＦコイルに配置された送信機から近距離無線通信により送信されるデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号を前記寝台に伝送する受信機を有する。

なお、以下で説明する実施形態では、カバー部が、スキャンの間、寝台上の定位置に被検体を保持する固定ベルトである場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、カバー部は、スキャンの間、寝台上に置かれた被検体を覆うブランケットなどでもよい。

図１に示すＭＲＩ装置は、ＭＲＩガントリ１０（概略断面で示す）と、これに接続された各種の関連システムの構成要素２０とを含む。一般的に、少なくともＭＲＩガントリ１０は、シールドルーム内に配置される。図１に示すＭＲＩ装置の構造は、実質的に同軸の円筒形に配置された、静磁場Ｂ_０磁石１２と、Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚの傾斜磁場コイルセット１４と、大型の全身用ＲＦ（Radio Frequency）コイル（Whole Body Coil：ＷＢＣ）１６とを含む。この円筒形に配列された要素の水平軸に沿って、寝台１１によって支持された被検体（例えば、患者）９の上半身の一部を実質的に取り囲むイメージングボリューム１８が形成される。固定ベルト（「被検体固定ベルト」とも呼ばれる）５２は、被検体９を寝台１１に固定可能な位置に配置される。小型のアレイＲＦコイル（Array Coil：ＡＣ）１９は、少なくとも部分的に固定ベルト５２の下に置かれた被検体９の一部に、より近接して装着される。アレイＲＦコイル１９を使用してスキャンされる被検体９の一部は、本明細書では例えば、イメージングボリューム１８における「スキャン対象の被写体」又は「被写体」と呼ぶ。当業者には自明であるように、全身用ＲＦコイルと比較して小さい表面ＲＦコイル等のコイルやアレイＲＦコイルは、特定の身体部分（例えば、腕、肩、肘、手首、膝、脚、胸、背骨等）に合わせて設計されることが多い。そのような小型のＲＦコイルを、本明細書では、アレイコイル（Array Coil：ＡＣ）又はフェーズドアレイコイル（Phased Array Coil：ＰＡＣ）と呼ぶ。これらのコイルには、イメージングボリューム内にＲＦ信号を送信するように構成された少なくとも１つの送信コイル、及び、上記の例における被検体上半身等のイメージングボリューム内の被写体からＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つの受信コイルが含まれてもよい。

固定ベルト５２は、１つ又は複数の制御側無線アンテナ（無線信号受信機及び／又は無線信号送受信機）５４を有する。複数の制御側無線アンテナ５４は、アレイＲＦコイル１９とＭＲＩデータプロセッサ４２との間で行われる通信のために、１つ以上の電線５８を介して、ＭＲＩデータプロセッサ４２に接続される。１つ以上の制御側無線アンテナ５４は、ＭＲＩ装置のスキャン動作中は、対応するコイル側無線アンテナ（無線信号送信機及び／又は無線信号送受信機、図１では図示せず）との接続を確立する。コイル側無線アンテナは、アレイＲＦコイル１９に物理的に接続される。

ＭＲＩシステムコントローラ２２は、ディスプレイ２４、キーボード２６、及びプリンタ２８に接続される入出力ポートを有する。当業者には自明であるように、ディスプレイ２４は、制御入力もできるようにタッチスクリーンタイプのものでもよい。

また、ＭＲＩシステムコントローラ２２は、Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚの傾斜磁場コイルドライバ３２、並びに、ＲＦ送信部３４及び送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ３６（同じＲＦコイルが送信及び受信の両方に使用される場合）を制御するＭＲＩシーケンスコントローラ３０に接続される。ＭＲＩシーケンスコントローラ３０は、ＭＲＩイメージング（核磁気共鳴イメージング、又は、ＮＭＲイメージングとしても知られる）技術を実行するための適切なプログラムコード構造３８を含む。ＭＲＩイメージング技術には、例えば、パラレルイメージングや、その他のイメージングシーケンスが含まれる。

ＭＲＩ装置の構成要素２０は、ディスプレイ２４に出力される処理画像データを作成するための入力データをＭＲＩデータプロセッサ４２へ送るＲＦ受信部４０を含む。ＭＲＩデータプロセッサ４２は、ＭＲＩ画像メモリ４６に記憶された設定パラメータ、画像処理プログラムコード構造４４、及び、プログラム記憶装置５０に記憶されたＭＲＩ画像再構成のためのプログラムコードへのアクセス用に構成される。画像処理プログラムコード構造及びＭＲＩ画像再構成のためのプログラムコードは、ＭＲＩ画像を再構成するための制御ロジックに加え、全身用ＲＦコイル１６及び／又はアレイＲＦコイル１９からＭＲデータを得るための制御ロジックを含んでもよい。

なお、図１では、ＲＦ送信部３４、送信／受信スイッチ３６、及びＲＦ受信部４０は、全身用ＲＦコイル１６及びアレイＲＦコイル１９から離れて配置されているが、実施形態によっては、いずれかが全身用ＲＦコイル１６及びアレイＲＦコイル１９のどちらか又は両方に近接して配置されてもよいし、又は、その表面上に配置されてもよい。

また、図１には、ＭＲＩ装置のプログラム記憶装置５０の一般的な説明を示している。プログラム記憶装置５０では、記憶されたプログラムコード構造（例えば、画像再構成のためのプログラム構造や、グラフィカルユーザーインタフェースを規定して、それに対する操作者の入力を受け取るためのプログラム構造など）が、ＭＲＩ装置の様々なデータ処理構成要素へアクセス可能な非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶される。当業者には自明であるように、プログラム記憶装置５０を分割して、そのうちの少なくとも一部を、（通常のように記憶して、ＭＲＩシステムコントローラ２２に直接接続するのではなく）構成要素２０の処理コンピュータのうち通常動作において当該プログラムコード構造を最優先で必要とする別のコンピュータに直接接続してもよい。

実際に、図１の説明は、当業者には自明であるように、後述する例示的な実施形態を実施するために変更された典型的なＭＲＩ装置の非常に高度な概略図を示したものである。システムの構成要素は、様々な論理集合の「ボックス」に分割することができ、通常、多数のデジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）と、マイクロプロセッサと、専用処理回路（例えば、高速Ａ／Ｄ変換用、高速フーリエ変換用、アレイ処理用等）とを含む。これらのプロセッサの各々は、通常、クロック制御された「ステートマシン」であり、物理的なデータ処理回路は、クロックサイクル（または、所定数のクロックサイクル）毎に、ある物理状態から別の物理状態に移る。

処理回路（例えば、ＣＰＵ、レジスタ、バッファ、演算装置等）の物理状態が、動作の過程で、あるクロックサイクルから別のクロックサイクルに徐々に変化するだけでなく、関連付けられたデータ記憶媒体（例えば、磁気記憶媒体内のビット記憶場所）の物理状態が、このようなシステムの操作過程において、ある状態から別の状態に変換される。例えば、画像再構成の工程や、場合によっては、コイル感度マップ生成の工程の終わりに、物理的な記憶媒体内におけるコンピュータ可読でアクセス可能なデータ値の記憶場所の配列は、ある先行状態（例えば、全て一様に「０」値、又は全て「１」値）から、そのような配列の物理的な場所の物理状態が最小値と最大値との間で変化して、実世界の物理的事象及び条件（例えば、イメージングボリューム空間にわたる被検体の内部物理構造）を表す新しい状態に変換される。当業者には自明であるように、そのような記憶データ値の配列は、命令レジスタに順次読み込まれ、ＭＲＩ装置の構成要素２０の１つ以上のＣＰＵによって実行されたとき、ＭＲＩ装置内で特定のシーケンスの動作状態を引き起こし遷移させるコンピュータ制御プログラムコードの特定構造が物理的構造を表し構成するのと同様に、物理的構造を表し構成する。

以下に説明する例示的な実施形態は、ＲＦコイルと制御システムと間の改良された通信方法を提供する。例示的な実施形態は、特に、ＭＲＩ画像を収集する際の被検体の安全性及びＲＦコイルの配置の柔軟性を向上することができる。

スキャン工程の間、被検体がＭＲＩガントリに配置された状態で、被検体の身体の特定の部分において核スピンを励起するために、全身用ＲＦコイル１６及び／又はアレイＲＦコイル１９等の１つ以上のＲＦコイルが、ＲＦパルスを被検体の選択された部分に送信する。例えば、ＭＲＩガントリ内に配置された全身用ＲＦコイル１６を用いて、特にその領域における核スピンを励起する。続いて、先の励起の結果として生成されたＭＲ信号（例えば、エコー信号）が、１つ以上の受信ＲＦコイルによって受信される。ＲＦパルスの送信及びＭＲ信号の受信は、同じＲＦコイル（例えば、ＲＦ励起パルスの送信と対応するＭＲ信号の受信との両方を行うように構成された全身用ＲＦコイル１６）で行われてもよいし、異なるＲＦコイルによって行われてもよい（例えば、全身用ＲＦコイル１６がＲＦパルスを送信し、アレイＲＦコイル１９が、対応するＭＲ信号を受信する）。診断等の用途のＭＲＩ画像を生成するためには、ＭＲ信号に対応するデータが、例えば、ＭＲＩデータプロセッサ４２を含む処理装置等の制御システムへ処理のために通信される必要がある。ＭＲ信号に対応するデータは「ＭＲ信号データ」と呼ばれ、デジタル化されたＭＲ信号を表す。

スキャンを繰り返す間に収集されるＭＲ信号のデータ量は、大きい可能性がある。ＭＲ信号データの送信における比較的高いデータ速度要件及び信頼性要件を満たすために、ＲＦコイルからデータ処理システムまでの経路のほぼ全ての距離で、通常、電線又は光ファイバーが用いられる。

しかし、受信ＲＦコイルからデータ処理システムまでの経路を電線にすると、被検体の配置やＲＦコイルの配置に利用できる選択肢を大幅に制限してしまう可能性がある。例えば、被検体の付近に電線があると、それが被検体と接触したり、励起パルスが送信される際に生成される高いＲＦ場の経路になったりすることにより、火傷の危険性が伴う。被検体及びＲＦコイルの電線上に誘導されるＲＦパルスに関連するＲＦエネルギーは、被検体が適切にセットアップされていない場合には、被検体の組織を加熱し、損傷を与える可能性がある。さらに、ＲＦコイルを被検体上に配置するという選択肢は、電線が被検体の動き等と干渉を起こす可能性があるため、被検体の安全性に関する要件のために、制限される可能性がある。受信ＲＦコイルからのデータが、受信ＲＦコイルに電線で接続された無線信号送信機から無線で送信される際にも、同様の懸念が存在しうる。なぜなら、無線信号送信機と寝台に固定された無線信号受信機との間で無線接続を確立するために、ＲＦコイルからの電線を寝台上の位置まで引き延ばさなくてはならない場合があり得るからである。

本明細書に記載の実施形態は、被検体の安全性、ＲＦコイルの配置の選択肢の可用性、及びスキャン工程の効率を向上させるために、無線通信を利用する。被検体の安全性は、露出した電線によって起こり得る火傷の危険性を低減することによって改善される。例えば、無線信号送信機が、受信ＲＦコイルの表面に直接取り付けられるか、少なくとも非常に近接して取り付けられることによって、受信ＲＦコイルに接続された無線信号送信機との間の露出した電線に起因する危険性を、完全に又は実質的に排除する。さらに、ＲＦコイルから無線信号送信機までの電線を短くするか排除することができるようにするために、ＲＦコイルから離れた位置まで無線信号送信機を引き離さなくても無線接続が確立できるように、複数の無線信号受信機を適宜に配置し、それにより、電線の露出を減少させる。ＲＦコイルの配置の選択肢の可用性は、無線信号送信機と無線信号受信機との間の接続を、固定ベルトが配置できる任意の位置で確立できるようにすることによって改善される。さらに、少なくともいくつかの実施形態では、ＲＦコイルからの電線をＭＲＩ制御システムまで延びるケーブル配線に手動で接続する必要性が排除又は削減され、それによって、スキャン工程の効率が改善される。

図２Ａは、実施形態に係る、ＭＲ信号データを受信するための無線信号受信機２０６が組み込まれた固定ベルト２０４を使用して、被検体２１２の腕２１４をＭＲＩ装置の寝台２１６に固定した状態の例を示す概略図である。固定ベルト２０４と腕２１４との間には、ＲＦコイル２０２が配置される。パッド２１０は、ＲＦコイル２０２と腕２１４との間や、ＲＦコイル２０２と被検体２１２の身体の残りの部分との間等、様々な位置に配置される。例えば、固定ベルト２０４は、図１に示す固定ベルト５２に対応し、ＲＦコイル２０２は、図１に示すアレイＲＦコイル１９に対応する。

なお、ここでは、ＲＦコイル２０２が固定ベルト２０４と腕２１４との間に配置される場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、ＲＦコイル２０２は、固定ベルト２０４とは別の固定手段によって被検体２１２に配置されてもよい。その場合には、固定ベルト２０４は、被検体２１２のみを覆い、ＲＦコイル２０２は、別の固定手段によって被検体２１２に配置されて固定される。

パッド２１０は、被検体やＲＦコイルの位置決めを改善するために使用されてもよく、また、被検体とＲＦコイル２０２とが直接接触するのを防ぐために使用されてもよい。例えば、パッド２１０は、ポリウレタン、発泡体、又は同様の材料を使用して形成される。

ＲＦコイル２０２は、腕等の領域をスキャンするために特別に設計されたアレイＲＦコイル又は表面ＲＦコイルであってもよい。その他の実施形態では、ＲＦコイル２０２は、身体のその他の部分をスキャンするために設計されたが、腕をスキャンするために使用されているコイルであってもよい。実施形態によっては、ＲＦコイル２０２は、２つ以上のコイル（例えば、別個の後面コイル及び前面コイル）を有してもよい。ＲＦコイル２０２は、その外側に配置される１つ以上の無線信号送信機（図示せず）を有する。例えば、１つ以上の無線信号送信機は、ＲＦコイル２０２と固定ベルト２０４との間に配置されてもよい。無線信号送信機は、電線による被検体の火傷の危険性が生じないように、ＲＦコイル２０２に直接取り付けられてもよく、又は、非常に短い電線を介してＲＦコイル２０２に取り付けられてもよい。例えば、１つの実施形態では、無線信号送信機は、ＲＦコイル２０２の外側表面に取り付けられるが、別の実施形態では、ＲＦコイル２０２上の任意の位置に短い電線で取り付けられる。当業者には自明であるように、無線信号送信機は、必ずしもＲＦコイル２０２の物理的なコイル要素に取り付けられなくてもよく、通常は、カバー等のように、ＲＦ信号を受信する物理的なコイル要素を収容する別の構造物に取り付けられる。

ＲＦコイル２０２は、無線信号送信機だけでなく、アナログ／デジタル変換器、パラレル／シリアル変換器、変調器等のように、受信したＭＲ信号を送信可能なデジタル化されたＭＲ信号データに変換するために必要となるその他の構成要素を有してもよい。ここで、アナログ／デジタル変換器は、ダイレクトサンプリング方式でＭＲ信号をデジタル信号に変換してＭＲ信号データを生成する機能を有してもよい。ダイレクトサンプリング方式とは、周波数変換を行わずに、アナログ信号を直接アナログ／デジタル変換して検波する信号処理方式である。ＭＲ信号に対してダイレクトサンプリングを実行する場合、ダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS: direct digital synthesizer)により生成されたＭＲ信号の検波用キャリアを用いて、デジタル信号の検波が実行される。なお、ここでいうダイレクトデジタルシンセサイザは、任意の波形や周波数をデジタル的に生成する回路又はシステムである。さらに、ＲＦコイル２０２は、電力を供給するための再充電電池（図示せず）、又は、受電装置（図示せず）を有してもよい。電池の再充電や受電装置への電力供給は、例えば、無線充電等の任意の既知の技術を使用して行われてもよい。

実施形態によっては、ＲＦコイル２０２には、基準信号（例えば、サンプリングクロック）、及び、アナログ／デジタル変換を開始又は停止するためのトリガー信号が、無線で供給される。例えば、固定ベルト２０４の制御側無線アンテナ２０６は、無線信号受信機に加え、１つ以上の無線信号送信機を有してもよい。それに応じて、コイル側無線アンテナは、無線信号送信機に加え、１つ以上の無線信号受信機を有してもよい。ここで、無線信号送信機及び無線信号受信機の両方がコイル側無線アンテナ及び制御側無線アンテナにある場合、互いの送信機と受信機とからなる２つのペアの間で、別個の無線接続が確立されてもよい。例えば、通信を行うコイル側無線アンテナと制御側無線アンテナ２０６とのペアごとに、２つの別個の無線接続が確立されてもよい。なお、基準信号、アナログ／デジタル変換のトリガー信号等のように、ＲＦコイル２０２の制御や設定等に関する情報は、例えばＭＲＩシーケンスコントローラ３０から伝達されてもよい。

固定ベルト２０４は、被検体又は被検体の一部を実質的に寝台２１６上の定位置に保持するために使用される。固定ベルト２０４は、スキャンの間に被検体が動かないようにするために、多くのＭＲＩ装置において利用可能となっている。図示されているように、実施形態では、固定ベルト２０４は複数の制御側無線アンテナ２０６を組み込んで構成される。

複数の制御側無線アンテナ（例えば、近距離無線通信（Near Field Wireless Communication：ＮＦＣ）アンテナ）２０６は、固定ベルト２０４の外側又は内側のどちらの表面に配置されてもよい。実施形態によっては、制御側無線アンテナ２０６は、固定ベルト２０４の内部、例えば、外側表面と内側表面の間に組み込まれてもよい。複数の制御側無線アンテナ２０６は、任意のパターンにより設定されたレイアウトで配置されてもよい。例えば、制御側無線アンテナ２０６のレイアウト（例えば、空間的な配置）は、実質的に固定ベルト２０４の全長にわたって、又は、選択された局所領域において、固定ベルト２０４の制御側無線アンテナ２０６が、固定ベルト２０４と被検体の腕２１４との間に位置するＲＦコイル２０２に配置されたコイル側無線アンテナ（図示せず）の配置密度と比較して高い密度で固定ベルト２０４に配置される。制御側無線アンテナ２０６をコイル側無線アンテナよりも高い密度で配置することによって、ＲＦコイルの配置の柔軟性が向上するため、例えば、制御側無線アンテナ２０６とコイル側無線アンテナとの間の位置関係を気にせずに、最適な画像を得ることができる位置となるようにＲＦコイルの位置を微調整することができる。

複数の制御側無線アンテナ２０６は、例えば、図２Ａに示される固定ベルト２０４の外側表面の長さ方向に沿って配置されてもよい。複数の制御側無線アンテナ２０６は、例えば、図１に示されるＭＲＩデータプロセッサ４２等のデータ処理システムに、可撓性を有する電線（通信線）２０８を介して接続されてもよい。

固定ベルト２０４は、寝台２１６に取り付けられるように構成されており、寝台２１６に着脱可能に取り付けられてもよく、取り外しできないように取り付けられてもよい。寝台２１６への取り付け箇所は、寝台２１６の側端であってもよい。実施形態によっては、固定ベルト２０４、又は、固定ベルト２０４の寝台２１６への取り付け箇所は、寝台２１６の定位置に固定されてもよい。別の実施形態では、固定ベルト２０４の取り付け箇所は、寝台２１６の対応する側面にわたって移動可能（例えば、スライド可能）であってもよい。実際に、固定ベルト２０４（及びその取り付け場所、又は、その一方）を動かすことによって、固定ベルト２０４が被検体を拘束する位置を寝台２１６の側面に沿って変えてもよい。

固定ベルト２０４の表面上に配置されるか、又は、固定ベルト２０４の内部に組み込まれる電線２０８は、１つ以上の個別のデータ通信線を有してもよい。１つの実施形態によれば、電線２０８は、固定ベルト２０４に配置された複数の制御側無線アンテナ２０６のそれぞれに対して少なくとも１つの個別の電線を含む。別の実施形態によれば、それぞれの電線は、２つ以上の制御側無線アンテナ２０６によってアクセスされるように構成されてもよい。電線２０８には、適切なシールド等が施されてもよい。

別の実施形態では、（例えば、プロトコル変換のための）１つ以上のコントローラが、電線２０８に組み込まれてもよい。コントローラは、固定ベルト２０４又は寝台２１６に配置される。電線２０８は、寝台２１６の表面に沿って、固定ベルト２０４とデータ処理システムとの間に設けられる。電線２０８は、寝台２１６の端部で他のデータ伝送ケーブルへと続くか接続され、ＭＲ信号又はＭＲ信号に対応するデータをＭＲＩデータプロセッサ４２へ伝送する。

図２Ｂは、図２Ａに示す構成において無線信号送信機２２０と無線信号受信機２０６との間の接続又は近接続が確立される領域の一例を拡大した概略図である。図に示す領域では、固定ベルト２０４の３つの無線信号受信機２０６がＲＦコイル２０２に近接しており、２つの無線信号送信機２２０がＲＦコイルの外側表面に取り付けられている場合の例を示している。図２Ｂに示されるように、無線信号送信機２２０は、無線信号受信機２０６よりも低い空間密度（例えば、２つの無線信号送信機２２０の間の距離が、より大きい）で配置されている。図に示す例では、無線接続は、図に示す中段の無線信号受信機２０６と、それに最も近い無線信号送信機２２０（図の例では、下側の無線信号送信機２２０）との間の空間２２４で、最も良好に確立されうる。

１つの実施形態では、無線信号受信機及び無線信号送信機は、相互に近接する物体間での無線接続をサポートする。いくつかの例示的な実施形態で使用されるＮＦＣプロトコルでは、対応する送信機及び受信機のペアの距離が、数ｃｍ程度（例えば、２ｃｍ）以下であることが要求される。実施形態における無線接続にＮＦＣを使用すると、送信機と受信機との間の距離が非常に小さいため、他の多くの無線接続技術で伴う電力、信頼性、干渉、安全性等の問題の多くが生じない。図６に関連して、以下に例示的なＮＦＣ接続を説明する。

無線信号受信機２０６及び無線信号送信機２２０の数は、例えば、対応すべきデータ転送速度、ＲＦコイルの寸法、ＲＦコイル１つ当たりのチャネル数、ＲＦコイルや被検体の位置決めにおける所望の柔軟性、固定ベルトの位置、及び、データ転送プロトコルの転送速度等を考慮して決定してもよい。実施形態によっては、例えば、１６チャネルのＲＦコイルは、少なくとも２つの接続を要し、各接続がコイル側無線アンテナと制御側無線アンテナ間との間の接続を要する。それにより、転送プロトコルの転送速度が３７５メガビット／秒である場合に、１チャネル当たり３２メガバイト／秒のイメージングデータ速度を提供することができる（例えば、１１チャネルのそれぞれに対して１対のコイル側無線アンテナ及び制御側無線アンテナ）。

その全体を参照することにより本明細書に援用される、２０１３年７月１８日に出願された同時係属中の米国特許出願第１３／９４５，３７０号明細書には、ＮＦＣ接続に使用可能な無線信号受信機及び無線信号送信機の例がさらに記載されている。

図３は、実施形態に係る寝台３１４の一例を示す図である。寝台３１４は、図２Ａに示す寝台２１６、及び、図１に示す寝台１１に対応する。寝台３１４は、ＭＲＩガントリ３２６を出入り自在に構成される。例えば、寝台３１４が完全にＭＲＩガントリ３２６の外にあるか、又は、部分的にＭＲＩガントリ３２６の外にある状態で、被検体を寝台３１４に位置決めしてスキャンの準備をしてもよい。被検体の準備は、例えば、寝台３１４上に被検体を位置決めすること、被検体の選択された部位に１つ以上のＲＦコイルを配置すること、及び、１つ以上の固定ベルト３０４を使用して被検体を寝台に固定することを含む。被検体の準備が完了した後に、被検体が実質的に動かない状態で寝台３１４に配置された状態で、寝台３１４がスキャンの行われるＭＲＩガントリ３２６へ移動される。

寝台３１４には、それぞれに複数の無線信号受信機３０６が組み込まれた２つの固定ベルト３０４が取り付けられている。固定ベルト３０４の無線信号受信機３０６は、電線３０８を介して、データ処理システムに接続される。

例えば、寝台３１４の下端部には、１つ以上の（電線３０８用の）ケーブルリトラクタ３２２が配置される。また、寝台３１４の片側には、ケーブルハウジング３２４が配置される。ケーブルリトラクタ３２２及びケーブルハウジング３２４は、被検体に火傷の危険性を与え得るような露出した電線があったとしても、それを最小限に抑えられるように、電線が柔軟に接続されるようにするものである。例えば、ケーブルリトラクタ３２２は、寝台３１４がＭＲＩガントリ３２６の内外へ移動される際に、被検体に近い場所に過不足なく柔軟に電線を保持してケーブルハウジング３２４内に引き込めるように、ばね仕掛けで構成されてもよい。

図４は、実施形態に係る、ＭＲ信号データを受信するための無線信号受信機４０６が組み込まれた２つの固定ベルト４０４を使用して寝台に固定された被検体の状態の一例を示す概略図である。図４に示すように、ＲＦコイル４０２（図に示す例では、「身体中央部コイル」）が、２以上の固定ベルト４０４によって被検体上に保持されてもよい。図示していないが、無線信号送信機は、少なくとも固定ベルト４０４によって覆われた領域の下の位置で、ＲＦコイル４０２の表面上に配置される。

図５は、実施形態に係る、固定ベルトに組み込まれた無線信号受信機からＭＲデータを転送するための構成要素の一例を示すブロック図である。

５０２、５２０及び５２６のブロックは、例えば、図１に示す固定ベルト５２の制御側無線アンテナ５４からＭＲＩデータプロセッサ４２への転送等のように、ＮＦＣ受信機からデータ処理システムへのＭＲ信号転送に関わる処理の構成要素を表す。

例えば、Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔ（登録商標）受信機等のＮＦＣ送受信機５０２は、受信ＲＦコイルに取り付けられたＮＦＣ送信機から誘起電場を使用して送られたＭＲ信号データを受信するように作動する。例えば、ＭＲ信号データは、カプラ５１２における無線信号受信機によって受信されてもよい。ＲＦフィルタ５１４の後、受信されたＭＲ信号は、ＮＦＣ通信プロトコルを実装して無線信号受信機がカプラ５１２を介して対応する無線信号送信機と接続できるようにするコントローラ５１６によって、ホストシステム５２０へ転送される。コントローラ５１６は、受信したデータを、例えばセキュアデジタル入力・出力（Secure Digital Input Output：ＳＤＩＯ）等の高速データ転送フォーマットに変換する。

ホストシステム５２０は、コントローラ５１６と連携して、ＳＤＩＯ等のパラレル転送フォーマットのＭＲ信号データを受信し、受信したＭＲ信号データを、（受信機からホストシステムへの短距離と比べて）比較的長距離の転送により適した第２のプロトコルフォーマットに適合させて、ＭＲＩデータプロセッサへ届けるよう作動する。図５に示す例では、ＳＤＩＯホスト５２２が通信を確立し、ＳＤＩＯインターフェース５１８上で受信機と通信して、ＭＲ信号をＳＤＩＯフォーマットで受信する。ＳＤＩＯインターフェース５１８の転送速度（例えば、４００メガビット／秒のバス速度）に基づいて、Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔ送受信機の１対につき１つの個別のケーブルが必要となる可能性がある。ホストシステム５２０の別の構成要素であるＳＤＩＯ／ユニバーサルシリアルバス（Universal Serial Bus：ＵＳＢ）プロセッサ５２４は、受信したＳＤＩＯデータストリームをＵＳＢフォーマットに適合させ、かつ／又は必要となるケーブルの数を削減できるようにする。ＵＳＢフォーマットはパラレルであり、コイルからＭＲＩデータプロセッサへの距離に、より適している。ホストシステム５２０は、ＭＲＩ処理システム５２６に対してよりも、ＮＦＣプロトコルプロセッサ５１６に対して近接して配置される。１つの実施形態では、ホストシステム５２０は、固定ベルトに、無線信号受信機とともに配置されてもよい。別の実施形態では、ホストシステム５２０は、寝台の、例えば対応する固定ベルトが取り付けられた場所に近い位置に配置される。ＵＳＢフォーマットのＭＲ信号データは、その後、インターフェース５２８上でＭＲＩ処理システム５２６へ転送されて、処理されて診断画像となる。診断画像はその後、別のインターフェース５３２上でディスプレイ又はその他の出力装置へ転送される。

図６は、実施形態に係る、ＭＲ信号データを転送するために無線信号送信機と無線信号受信機との間の接続を確立するのに使用されるプロトコル構成要素６００の一例を示す図である。例えば、図６は、Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔプロトコルによる無線信号送信機と無線信号受信機との間の接続を説明するものである。図６は、その全体を参照することにより本明細書に援用される、Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔコンソーシアムにより出版された、Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔ^ＴＭ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ：Ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｒｅｖ １．１．， Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１０（Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔ概説：概念と技術、改定１．１．、２０１０年２月）の対応する図（図４−４）が出典となっている。

例えば、図２Ｂに示す無線信号送信機２２０等の近距離送信機（ＮＦＣ通信送信機）６０２と、例えば、図２Ｂに示す無線信号受信機２０６等の近距離受信機（ＮＦＣ通信受信機）６０４との間に、通信が確立される。

Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔプロトコルは、例えば、前述した無線信号受信機２０６及び無線信号送信機２２０等の２つのＴｒａｎｓｆｅｒｊｅｔデバイスが通信する物理層及び接続層を特定する。物理層及び接続層に加え、Ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔは、図６に対応するプロトコル変換層についても規定している。プロトコル変換層は、上層との基本的な通信のために必要な制御機能（例えば、ＭＲＩデータプロセッサ４２がＭＲ信号の収集を制御するための（単数又は複数の）アプリケーション）、及び、下層を上位アプリケーション及びシステムインターフェースにマップするアダプター機能を提供する。プロトコルコントローラにより、初期化や上位層への基本的な通信（接続のセットアップ、接続の解放、及びデバイスの認証）等の共通のサービスが可能となる。例示のＭＲＩ装置では、プロトコルコントローラを含むＴｒａｎｓｆｅｒｊｅｔプロトコルは、固定ベルト上に配置されたＮＦＣ受信機とともに備えられるＴｒａｎｓｆｅｒｊｅｔプロセッサ５１６によって実装されてもよい。第２のＴｒａｎｓｆｅｒｊｅｔプロセッサが、ＮＦＣ受信機が接続を確立する際に使用するＮＦＣ無線信号送信機とともに備えられてもよい。

通信を確立するために、近距離送信機６０２及び近距離受信機６０４は、例えば、接続ステージ６１２、デバイス認証ステージ６１４、サービスネゴシエーションステージ６１６、及び、サービス実行ステージ６１８等のいくつかのプロトコルステージを実装してもよい。通信は、対になった受信コントローラと送信コントローラとの間の２地点間接続として確立される。

接続ステージ６１２により、例えば、無線信号送信機２２０と、無線信号送信機２２０との通信範囲にある無線信号受信機２０６との間の接続が確立できる。また、このステージは、送信機及び受信機のペアが複数可能である場合に、相互に最も近接しており、及び／又は、最も安定した相互通信が可能な送信機及び受信機のペアの間で、通信が選択的に確立されることを含んでもよい。例えば、固定ベルト上での受信機の配置密度が、ＲＦコイル上での送信機の配置密度を超える実施形態では、２つ以上の受信機が特定の送信機とともにＮＦＣ通信範囲内にあってもよい。接続を確立することで、送信機とペアになるように選択された受信機として、受信機の１つを選択するようにしてもよい。その選択は、送信機と各受信機との間の距離及び／又は信号強度に基づいてなされてもよい。

デバイス認証ステージ６１４は、送信機及び受信機を相互に認証するために提供される。実施形態によっては、このステージは、例えば、送信機１式及び受信機１式が通常は特定のＭＲＩ装置によって変化しないため、縮小されるか又は回避されてもよい。

接続が確立かつ認証されて、アプリケーションサービスが開始かつ遂行されると、サービスネゴシエーションステージ６１６及びサービス実行ステージ６１８が受信機及び送信機のために提供される。例えば、アプリケーションサービスは、ＭＲデータがＲＦコイルから受信されてＭＲＩデータ処理へ送信されるための、送信機及び受信機における処理の開始に向けられてもよい。例示的な実施形態では、ホストシステム（例えば、ホストシステム５２０）がアプリケーションサービスであってもよく、基準信号を接続されたＲＦコイルへ提供する、ＭＲ信号データ受信を開始する、対応するＮＦＣ送信と受信の対の間の通信を自動で確立する等の操作を含んでもよい。

図７は、実施形態に係るＭＲＩスキャン方法７００の一例を示すフローチャートである。例えば、ＭＲＩスキャン方法７００は、ＭＲ信号を受信するＲＦコイル上に配置された無線信号送信機と、ＭＲＩ装置の寝台に取り付けられた固定ベルトに配置された無線信号受信機の間のＮＦＣ接続を含む通信経路上で、ＭＲ信号データをＲＦコイルからデータ処理システムへ送信するように構成されたＭＲＩ装置を使用して、被検体のＭＲＩスキャンを行う際に実行される一連のイベントを示す。

ステップ７０２では、被検体（例えば被写体）が、ＭＲＩ装置の寝台に配置される。上述したように、被写体の位置決めは、スキャンの準備工程の一部であってもよい。

ステップ７０４では、アレイＲＦコイル１９等のＲＦコイルが、被写体に対して選択された位置に配置される。上述したように、ＲＦコイルはＭＲ信号を受信するように構成され、ＮＦＣを使用して受信したＭＲ信号を送信するための少なくとも１つの無線アンテナを有する。ある例示的な実施形態では、ＲＦコイル及び無線送信アンテナは、図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明したように構成される。実施形態によっては、アレイＲＦコイル１９はＭＲ信号の受信だけでなく、ＲＦ励起パルスの送信も行ってよい。

ステップ７０６では、ＲＦコイルが、寝台の片側から反対側へと続く固定ベルトによって被写体に固定される。固定ベルトは、複数の無線受信アンテナで、ＲＦコイルに配置された無線送信アンテナによって送信されるＭＲ信号データを受信するように構成される。固定ベルトを含む例示固定ベルトは、図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明される。

ステップ７０８では、固定ベルト上の少なくとも１つの無線信号受信機と、ＲＦコイル上の少なくとも１つの送信機との間で接続が確立される。例えば、システムは、受信機及び送信機の１つのペアを、利用可能と考えられる複数のペアの中から自動的に選択する。受信機及び送信機のペアの間で例示的なＮＦＣ接続を確立するための例示的なプロトコル処理は、図６を参照して既に説明した。確立された接続は、ＲＦコイル上、固定ベルト上、及び／又は、ＭＲＩガントリ上のディスプレイ内に設けられた発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、又は、その他の種類の表示手段をＯＮにすることによって、操作者に示されてもよい。

ステップ７１０では、被写体が、スキャンのためにＭＲＩガントリ内に移動される。例えば、被検体が寝台に対して動かない状態で、寝台がＭＲＩガントリ内に移動される。同様に、被写体を寝台に固定するＲＦコイル及び固定ベルトも、相互に動かない状態であってもよい。

ステップ７１２では、ＭＲイメージングが開始される。

ステップ７１４では、ステップ７０８で確立された接続により、ＭＲ信号データがＲＦコイルからＭＲＩデータプロセッサへ転送される。ＭＲ信号データの転送については、図８を参照して、以下にさらに説明される。

ステップ７１６では、ＭＲＩ画像が、受信されたＭＲ信号データに基づいて形成される。画像はその後、表示及び／又は格納されてもよい。

図８は、実施形態に係るＭＲＩスキャンによって収集されたＭＲ信号データをデータ処理システムへ転送するための方法８００の一例を示すフローチャートである。１つの実施形態では、方法８００は、上述したステップ７１４を実行する際に使用されてもよい。

ステップ８０２では、固定ベルトの受信機において、ＭＲ信号データが受信される。受信されたＭＲ信号データは、受信ＲＦコイルに取り付けられた送信機によって送信される。例示的なＮＦＣ接続は、上述したＴｒａｎｓｆｅｒｊｅｔプロトコルによって確立されてもよい。

ステップ８０４では、第１のプロセッサ（例えば、図５に示すコントローラ５１６）は、ＮＦＣ接続によって受信されたＭＲ信号データを、例えばＳＤＩＯ等のパラレルバスデータフォーマットに変換する。ＮＦＣプロトコルプロセッサは、固定ベルトに配置されていてもよい。

ステップ８０６では、第２のプロセッサ（例えば、図５に示すホストシステム５２０）が、ＭＲ信号データをパラレルバスデータフォーマットで受信し、第２のプロセッサが配置されている位置からＭＲＩデータプロセッサまでの比較的長距離により適したフォーマットへ変換する。１つの実施形態では、ＵＳＢフォーマット等のシリアルデータフォーマットが、第２のプロセッサからＭＲＩデータプロセッサへの送信に使用されてもよい。

ステップ８０８では、シリアルフォーマットのＭＲ信号データが、電線を介して、データ処理システムへ送信される。

当業者には自明であるように、上記の実施形態により、ＭＲ信号データが受信ＲＦコイルからＭＲＩデータプロセッサへ無線接続を含む経路を介して送信されるＭＲイメージングが改良される。該無線接続では、無線接続のための受信機は、寝台上に配置された被写体のイメージングのためにＭＲＩ装置が作動中に、固定ベルトが被写体の少なくとも一部の上に配置され、かつ、受信ＲＦコイルが固定ベルトと被写体の間に配置される際に、固定ベルト上に配置された複数の無線信号受信機から選択される。

特定の実施態様について説明してきたが、これらの実施態様は例示を目的に提示されているに過ぎず、本開示の範囲を限定するようには意図されていない。本明細書に記載の新規な実施形態は、他の様々な形態で具現化することができる。さらに、本開示の精神から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態の形態に、種々の省略、置換、及び改変を行うことができる。添付の請求項及びそれらの均等物は、本発明の範囲及び趣旨に含まれるような諸形態又は変更形態を対象として含むように意図されている。

１１ 寝台
５２ 固定ベルト
５４ 制御側無線アンテナ（無線信号受信機）

Claims (15)

1. 被検体が載置される寝台と、
   ＲＦコイルが装着された被検体を前記寝台上で覆うカバー部とを備え、
   前記カバー部は、前記ＲＦコイルに配置された送信機から近距離無線通信により送信されるデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号を前記寝台に伝送する受信機を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記受信機は、前記送信機の配置密度と比較して高い密度で前記カバー部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記受信機は、前記被検体上に前記カバー部が配置され、かつ、前記カバー部の付近に前記ＲＦコイルが配置された際に、前記送信機との間で前記近距離無線通信を確立することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 可撓性を有する通信線を介して前記受信機に接続され、前記デジタル信号として伝送される磁気共鳴データを処理するデータ処理システムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記カバー部は、前記ＲＦコイルを制御する制御コマンドを前記ＲＦコイルに配置された受信機へ近距離無線通信により送信する送信機をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記カバー部は、スキャンの間、前記寝台上の定位置に前記被検体を保持する固定ベルトであることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記通信線は、前記受信機に接続される第１の通信線と、シリアルデータ通信ケーブルを含む第２の通信線とを有し、プロトコル変換後に、前記第１の通信線から前記データ処理システムへシリアルにデータを送信することを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記カバー部に配置され、前記プロトコル変換を実行するコントローラをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記寝台に配置され、前記プロトコル変換を実行するコントローラをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記受信機と前記送信機との間の近距離無線通信プロトコルと、有線のパラレルバスデータプロトコルとの間の変換を行う第１のプロセッサと、
    前記有線のパラレルバスデータプロトコルとシリアルデータプロトコルとの間の変換を行う第２のプロセッサとをさらに備え、
    前記第１のプロセッサ及び前記第２のプロセッサの少なくとも一方は、前記カバー部に配置されることを特徴とする請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記通信線は、前記寝台の表面に沿って、前記カバー部と前記データ処理システムとの間に設けられることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記被検体がＭＲＩガントリの内外へ移動される際に、前記被検体に近い場所に過不足なく柔軟に前記通信線を保持するケーブルリトラクタをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 少なくとも１つの受信機を、当該受信機と前記送信機との間の距離に基づいて、通信する受信機として選択することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
14. 前記受信機と前記送信機とは、近距離無線通信プロトコルに従って相互に通信することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
15. 前記カバー部は、前記受信機を含む送受信機を有し、
    前記ＲＦコイルは、前記送信機を含む送受信機を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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