JP2018161349A - 磁気共鳴イメージング装置、および、信号送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲＩ装置の受信信号をデジタル化したビットデータを無線伝送し、劣化させることなく復元して、画像再構成を行う。【解決手段】受信コイルユニットは、受信信号を所定の周期でサンプリングしてデジタル化することによりビットデータを得て、ビットデータを順次並べてビットストリームを生成し、無線送信する。本体装置は、受信コイルユニットが無線送信したビットストリームを受信し、ビットストリームをビット長ごとに切り出してビットデータを得て、ビットデータを並べてデジタル化された受信信号を復元し、受信信号を用いて被検体の画像を再構成する。受信コイルユニットは、ビットデータのビット長を受信信号の信号強度に応じて変更し、ビット長が変化する位置を示す変化位置ビット列をビットストリームに挿入する。【選択図】 図５

Description

本発明は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）技術に関する。

ＭＲＩ装置は、検査対象を横切る任意の断面内の原子核に高周波磁場を照射して核磁気共鳴（ＮＭＲ）を誘起し、発生する核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）からその断面内における断層像を得る医用画像診断装置である。

ＭＲＩの撮像において、ＮＭＲ信号を受信する受信コイルは、ケーブルによって本体装置と接続され、ケーブルを介して、本体装置とのデータ通信を行っている。このような有線ケーブルの代わりに無線機を用いることで、受信コイルと本体装置との接続をケーブルレス化する構成が特許文献１に提案されている。無線のＭＲＩ装置では、受信コイル内で受信信号をデジタル化したＲＦ信号を無線で本体装置に送信する際に、無線機の通信速度が受信データレートに対して低い場合、データの伝送のために撮像時間が余分にかかってしまう。そのため、特許文献１では、受信信号に対し、間引き処理を行うことにより、データレートを無線伝送可能なレートまで圧縮してから無線伝送し、本体装置が間引いた信号から元の信号を復元し、ＭＲＩ画像を構築する方法が提案されている。

特開２０１１−９２５５３号公報

特許文献１の技術において、受信信号を間引きする処理は、非可逆の圧縮処理であるため、間引き処理の程度により、再構築した画像のＳＮＲが劣化してしまうという問題がある。

一方、ＭＲＩ装置の受信信号は、一つの受信信号内で振幅が大きく変化するという特徴があるため、データ圧縮も受信信号のダイナミックレンジの変化に対応する必要がある。

本発明の目的は、ＭＲＩ装置の受信信号をデジタル化したビットデータを無線伝送し、劣化させることなく復元して、画像再構成を行うことにある。

上記目的を達成するために、本発明のＭＲＩ装置は、被検体の発するＮＭＲ信号を受信した受信信号を所定の周期でサンプリングしてデジタル化することによりビットデータを得て、ビットデータを順次並べてビットストリームを生成し、無線送信する受信コイルユニットと、受信コイルユニットが無線送信したビットストリームを受信し、ビットストリームをビット長ごとに切り出してビットデータを得て、ビットデータを並べてデジタル化された受信信号を復元し、受信信号を用いて被検体の画像を再構成する本体装置とを有する。受信コイルユニットは、ビットデータのビット長を受信信号の信号強度に応じて変更し、ビット長が変化する位置を示す変化位置ビット列をビットストリームに挿入する。

本発明によれば、可変ビット長とすることにより、固定ビット長のときに比べて受信信号データの転送レートを高めて無線伝送でき、劣化させることなく復元して画像再構成を行うことができるため、ＳＮＲの劣化が無い画像を得ることが可能になる。

第１の実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。 第１の実施形態のＭＲＩ装置の受信コイルユニットと本体装置の詳しい構成を示すブロック図。 被検体が発生する典型的なＮＭＲ信号（エコー）を示すグラフ。 （ａ）は、ＮＭＲ信号のビットデータを並べたビットストリームを示す説明図、（ｂ）は、圧縮後のビットストリームを示す説明図。 第１の実施形態のヘッダコードを挿入したビットストリームを説明する図。 第１の実施形態の撮像パルスシーケンスの一例と、圧縮処理の時間関係を示す説明図。 （ａ）固定ビット長のビットデータ、（ｂ）圧縮後の可変ビット長のビットデータ、（ｃ）復元後の固定ビット長のビットデータ、をそれぞれ示す説明図。 第１の実施形態のエコー圧縮部の詳しい構成を示すブロック図。 第１の実施形態の最大値判定部の動作を示すフローチャート。 第１の実施形態のエコー圧縮部の動作を示すフローチャート。 第１の実施形態のヘッダコードを説明する図。 第１の実施形態のエコー復元部の詳しい構成を示すブロック図。 第１の実施形態のエコー復元部の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態の撮像パルスシーケンスと圧縮処理との時間関係を示す説明図。 第２の実施形態のＭＲＩ装置の受信コイルユニットと本体装置の詳しい構成を示すブロック図。 第２の実施形態のエコー圧縮部の詳しい構成を示すブロック図。 第３の実施形態のビットストリームを説明する図。 第４の実施形態のＭＲＩ装置の受信コイルユニットと本体装置の詳しい構成を示すブロック図。

本発明の一実施形態のＭＲＩ装置について説明する。

＜＜第１の実施形態＞＞
図１は、第１の実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、ＭＲＩ装置の受信コイルユニット２００と本体装置３００の詳しい構成を示すブロック図である。図３は、被検体が発生する典型的なＮＭＲ信号を示す。図４（ａ）、（ｂ）は、ＮＭＲ信号のビットデータを並べたビットストリームを示す。図５は、ヘッダコードを挿入したビットストリームを示す。

本実施形態のＭＲＩ装置は、図１、図２のように、受信コイルユニット２００と、本体装置３００とを少なくとも備えている。受信コイルユニット２００は、被検体１０３の発する図３のようなＮＭＲ信号を受信し、得られた受信信号を所定の周期でサンプリングしてデジタル化することによりビットデータを得て、ビットデータを順次並べて、図４（ａ）、（ｂ）に示したようなビットストリームを生成し、無線送信する。本体装置３００は、受信コイルユニット２００が無線送信したビットストリームを受信し、ビットストリームをビット長ごとに切り出してビットデータを得て、得られたビットデータを並べ、デジタル化された受信信号を復元し、復元した受信信号を用いて被検体１０３の画像を再構成する。このとき、受信コイルユニット２００は、図４（ｂ）に示したように、ビットデータのビット長を受信信号の信号強度に応じて可変とし、ビット長が変化する位置を示す変化位置ビット列（以下、ヘッダコード）５１を図５のようにビットストリームに挿入する。

このようにビット長を受信信号の信号強度に応じて可変とすることにより、ダイナミックレンジの大きなＮＭＲ信号をビットストリームとして伝送する際に、信号強度をビットデータとして表すのに不要なビット長を削減することができる。これにより、図４（ａ）のように固定ビット長で表したビットストリームの不要なビット長を削減することができ、ビットデータを損なうことなく、図４（ｂ）のように圧縮したビットストリームに変換することができる。

本体装置３００は、ヘッダコード５１を読み出すことにより、可変ビットデータのビットストリームから設定されているビット長を把握して、ビットストリームを切り出すビット長をヘッダコード５１に応じて変更することにより、ビットストリームデータを適切に切り出し、受信信号の信号強度を示すビットデータを復元することができる。

よって、本実施形態のＭＲＩ装置では、固定ビット長のときに比べて受信信号データの転送レートを高めて無線伝送でき、劣化させることなく復元して画像再構成を行うことができるため、ＳＮＲの劣化が抑制された画像を得ることが可能になる。

受信コイルユニット２００が設定する可変ビット長は、例えば、サンプリング時の受信信号の信号強度ごとに、その信号強度を表すのに必要なビット長を受信コイルユニット２００が判定して変化させる構成する。受信コイルユニット２００は、圧縮部を有し、圧縮部は、サンプリング時の受信信号の信号強度を表すビットデータのデータ列の先頭の符号ビットが０である場合は、符号ビット後に連続する０を、符号ビットが１である場合は、符号ビット後に連続する１を、それぞれ不要ビットである判定してこれを除去することにより、ビット長を圧縮することができる。一方、本体装置３００は、復元部を有し、復元部は、ビットストリームをビット長ごとに切り出したビットデータの先頭の符号ビットが０である場合は、符号ビット後に連続する０を、符号ビットが１である場合は、符号ビット後に連続する１を、それぞれ追加することにより、所定の固定ビット長に復元する構成とすることができる。

本実施形態では、ヘッダコード（変化位置ビット列）は、ビット長が変化する位置のビットデータの前または後ろに挿入する。

ヘッダコードに変化後のビット長を示す情報を含ませてもよい。これにより、本体装置３００は、ビットストリームを切り出して前記ビット列を生成する際に、ヘッダコードの示すビット長に応じて、切り出すビット長を変更することができる。

また、受信コイルユニット２００は、受信信号をサンプリングしたビットデータのうち信号値が最大値のデータを判別し、最大値のビットデータよりも後のタイミングでサンプリングされた複数のビットデータを、逆順に並べ替えて、ビットストリームを生成する構成にしてもよい。このように逆順に並べ替えることにより、最大振幅に到達した後は実際には漸減していく受信信号のビット長を、漸増のみを検出して設定することが可能になる。

以下、実施形態のＭＲＩ装置をさらに具体的に説明する。

図１に示したように、本実施形態のＭＲＩ装置１００は、被検体１０３の撮像部位が配置される撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生装置１０１と、撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル１０２と、被検体１０３に高周波磁場パルスを照射する送信コイル１０７と、受信コイルユニット２００と、被検体１０３を搭載する寝台１１５と、本体装置３００とを備えて構成される。

本体装置３００は、図１および図２から明らかなように、傾斜磁場コイル１０２に傾斜磁場を発生させる電流を供給する傾斜磁場電源１０５と、送信コイル１０７に高周波磁場パルスを発生させるための高周波信号を供給する高周波発生器１０６と、これらの動作を制御するシーケンサ１０４と、受信コイルユニット２００から送信されたビットストリームを無線で受信する無線通信部３０１と、エコー復元部３０２と、画像構成部３０３と、表示装置３０４と、記憶装置１１２と、入力装置１１６とを備えている。

受信コイルユニット２００は、図２のように、受信コイル２０１と、受信回路２０２と、信号処理部２０３と、エコー圧縮部２０４と、無線通信部２０５と、タイミング制御部２０６とを備えている。

このような構成のＭＲＩ装置において画像を撮像する場合、シーケンサ１０４は、入力装置１１６等を介してユーザが指定した撮像パルスシーケンス６０１を実行し、ＮＭＲ信号（以下、エコー信号または受信信号とも呼ぶ）を取得する。まず、ユーザは、寝台１１５を操作して、撮像空間に被検体１０３を配置する。例えば、撮像パルスシーケンス６０１が、図６に示したような、スピンエコーシーケンスである場合、シーケンサ１０４は、傾斜磁場コイル１０２からスライスエンコード傾斜磁場を印加しながら、送信コイル１０７から高周波磁場パルス（以下、ＲＦパルスと呼ぶ）６１１を送信して被検体１０３のスピンを励起し、位相エンコード傾斜磁場６１２を印加した後、読出し傾斜磁場を印加しながらエコー信号６１３を受信コイル２０１により受信する。

スピンエコーシーケンスにおいて、受信コイル２０１から出力される受信信号（エコー信号）の波形は、一例を図３に示したように、その振幅は、細かい増減はあるものの、ある最大ピークに向かって増加した後、減少する。最大ピークである位置(３)の振幅と最小である位置(１)の振幅とは大きく異なり、その比（ダイナミックレンジ）が大きい。

図２の受信回路２０２は、受信コイル２０１が受信したエコー信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、サンプリング時点の振幅（以下、信号強度ともいう）を固定ビット長のデジタル信号で表すビットデータを得る（図４（ａ））。信号処理部２０３は、必要に応じて、ビットデータにフィルタ処理やダウンコンバート等を実施する。エコー圧縮部２０４は、サンプリング時点の受信信号の振幅を表すビットデータから、その時の振幅を表すのに不要なビット長を削除することにより、ビットデータを圧縮した後、圧縮したビットデータを並べてビットストリームを生成する（図４（ｂ））。

図７（ａ）、（ｂ）に、エコー圧縮部２０４が行う圧縮の基本概念を示す。受信回路２０２は、受信信号のサンプリング時に、固定ビット長（図７（ａ）では、８ビット）の２進数で表されるビットデータに受信信号を変換する。このとき、先頭のビットは符号ビット７１であり、その振幅値の符号（正か負か）を示し、残り７ビットは、振幅（信号強度）を２進数で示すデータビット７２である。エコー圧縮部２０４は、このビットデータに対して、符号ビット７１を残し、振幅を示すデータビット７２から不要なビットを削除し、固定ビット長（８ビット）以下の長さの可変ビット長に変更する（図７（ｂ））。

具体的には、エコー圧縮部２０４は、最上位の符号ビット７１が１か０かを読み込んで判別し、符号ビット７１が０（振幅値が正）の場合は、符号ビット７１の次のビット（すなわちデータビット７２の先頭のビット）が０であるかを判別する。次のビットが０である場合は、さらに次のビットが０であるかを判別し、１のビットが現れるまで繰り返し各ビットを順に判別する。これによりデータビット７２の先頭から０が一つ以上連続している場合、一つ以上連続する０のビットは不要ビット７３であるのでそれを除去する。

一方、符号ビット７１が１（振幅値が負）の場合は、符号ビット７１の次のビット（すなわちデータビット７２の先頭のビット）が１であるかを判別する。次のビットが１である場合は、さらに次のビットが１であるかを判別し、０のビットが現れるまで繰り返し各ビットを順に判別する。これによりデータビット７２の先頭から１が一つ以上連続している場合、一つ以上連続する１のビットは不要ビット７３であるのでそれを除去する。

このように、エコー圧縮部２０４は、不要ビット７３を、振幅値を表すデータビット７２から削除することができるため、振幅値を表すビットに影響を与えることなく、データビット７２の長さを短くして圧縮できる。エコー圧縮部２０４は、不要ビット７３を削除したビットデータを並べてビットストリームを生成する（図４（ｂ））。

無線通信部２０５は、エコー圧縮部２０４が生成した圧縮されたビットストリームを本体装置３００へ送信する。タイミング制御部２０６は、本体装置３００から送信されたタイミング信号により、受信信号の受信の開始や終了、ならびに、無線通信の開始や終了を制御する。

エコー圧縮部２０４のさらに詳しい構成および動作について説明する。上述したように、エコー信号の波形は、最大ピーク位置の振幅（３）が、最小振幅である位置の振幅（１）と大きく異なるため、これらの振幅（信号強度）をビットデータを表わすのに必要なｂｉｔ数が異なる。エコー圧縮部２０４は、このことを鑑みてデータを圧縮する。

図８にエコー圧縮部２０４の詳しい構成を示す。図８のように、エコー圧縮部２０４は、最大値判定部８０３と、受信バッファ８０４と、符号判定部８０５と、有効ビット長カウンタ８０６と、比較器８０７と、ヘッダコード生成部８０８と、無線送信バッファ８０９とを有する。最大値判定部８０３には、連続ゼロ数記憶部８１０と、最大値アドレス記憶部８１１が接続され、受信バッファ８０４には、位置判定部８１２が接続されている。比較器８０７には、ビット長記憶部８１４が接続されている。また、符号判定部８０６から比較器８０７に対して並列に、可変長ビット生成部８１４が接続されている。

受信コイル２０１が受信した受信信号は、受信回路２０２によって所定のサンプリング周期でＡＤ変換されることにより図７（ａ）のように、固定ビット長（例えば８ビット）のビットデータに順次変換され、信号処理部２０３が必要に応じてフィルタ処理等を施した後、エコー圧縮部２０４に出力される。上述したように、受信信号の振幅は、初期では小さい（振幅（１））が、徐々に大きくなり（振幅（２））、最大値（振幅（３））を示し、その後、徐々に小さくなるという特徴がある（図３）。本実施形態のエコー圧縮部２０４は、漸増した後漸減する受信信号の振幅を表すのに必要な可変ビット長を設定する際に、漸増のみを検出することで足りるように、振幅が最大値に到達する前と後で信号の読出し方向を逆向きにする。具体的には、最大値判定部８０３は、信号処理部２０３からのサンプリング時点の振幅を示す固定ビット長のビットデータを順次受け取り、データビット７２の示す振幅値が最大のビットデータを図９のフローに従って判定する。

すなわち、最大値判定部８０３は、信号処理部２０３からビットデータを受け取ったならば、その振幅値が、最大値アドレス記憶部８１１に記憶されている暫定最大値（初期値は０）と比較し（ステップ９０１）、暫定最大値よりも大きければ、最大値アドレス記憶部８１１に記憶されている暫定最大値を今回のビットデータの振幅値で更新した後、受信バッファ８０４にビットデータを格納する（ステップ９０２）。このとき、受信バッファ８０４のデータアドレスも最大値アドレス記憶部８１１に格納する。一方、上記ステップ９０１において、今回のビットデータの振幅値が、最大値アドレス記憶部８１１に記憶されている暫定最大値以下である場合には、最大値アドレス記憶部８１１の暫定最大値の更新は行わない。これを受信回路２０２によるエコー信号の読出し時間が終了するまで、すなわち、信号処理部２０３からのビットデータの受け取りが終了するまで繰り返す（ステップ９０３）。その後、最大値判定部８０３は、最大値アドレス記憶部８１１の暫定最大値を初期値であるゼロにリセットする（ステップ９０４）。

また、最大値判定部８０３は、上記ステップ９０１〜９０４と並行して、信号処理部２０３から受け取ったビットデータを構成するビットデータにおいて、０が何個連続しているかをカウントする。最大値判定部８０３は、カウントしたゼロの連続数が、連続ゼロ数記憶部８１０に記憶されている暫定最大連続ゼロ数よりも大きければ、暫定最大連続ゼロ数を更新する。この最大連続ゼロ数は、ヘッダコード５１が可変ビット長のビットデータとは異なることを示すために用いられる。

図１０のフローに示したように、位置判定部８１２は、符号判定部８０５が次に読み出しを行うビットデータの受信バッファ８０４におけるデータアドレスが、最大値アドレス記憶部８１１に格納されている最大値のアドレスであるかどうかを判定し（ステップ９１１）、最大値ビットデータのアドレスでない場合には、そのアドレスが最大値よりも前にサンプリングされたビットデータのアドレスか、最大値よりも後にサンプリングされたビットデータのアドレスかを判定し（ステップ９１３）、最大値よりも前にサンプリングされたビットデータのアドレスである場合は、ステップ９１４に進む。ステップ９１４では、符号判定部８０５は、受信バッファ８０４から次のデータアドレスのビットデータ（振幅値）を読み出す（図７（ａ））。そして、符号判定部８０５は、読み出したビットデータの最上位の符号ビット７１が１か０かを読み込んで判別する（ステップ９１６）。有効ビット長カウンタ８０６は、符号判定部８０５が判定した符号ビット７１が０（振幅値が正）の場合は、符号ビット７１の次のビット（すなわちデータビット７２の先頭のビット）が０であるかを判別し、次のビットが０である場合は、さらに次のビットが０であるかを判別する処理を、１のビットが現れるまで繰り返す。これによりデータビット７２の先頭から０が一つ以上連続している場合、一つ以上連続する０のビットの数を不要ビット７３の数としてカウントし、固定ビット長から不要ビット７３の数を差し引いたビット長を、今回のビットデータ（振幅）を表すのに必要なビット長として算出する（ステップ９１７）。同様に、ステップ９１６において、符号ビット７１が１（振幅値が負）の場合は、有効ビット長カウンタ８０６は、符号ビット７１の次のビット（すなわちデータビット７２の先頭のビット）が１であるかを判別し、次のビットが１である場合は、さらに次のビットが１であるかを判別する処理を、０のビットが現れるまで繰り返す。これによりデータビット７２の先頭から１が一つ以上連続している場合、一つ以上連続する１のビットの数を不要ビット７３の数としてカウントし、固定ビット長から不要ビット７３の数を差し引いたビット長を、今回のビットデータ（振幅）を表すのに必要なビット長として算出する（ステップ９１７）。

比較器８０７は、有効ビット長カウンタ８０６が算出した必要なビット長と、ビット長記憶部８１４に格納されている暫定ビット長（初期値０）とを比較し（ステップ９１８）、暫定ビット長より必要なビット長が長ければ、暫定ビット長をステップ９１７で計算した必要なビット長に更新するとともに、ヘッダコード生成部８０８に必要なビット長を出力する。ヘッダコード生成部８０８は、必要なビット長が前回とは異なることを示すヘッダコード５１を生成し、無線送信バッファ８０９に書き込む（ステップ９１９）。

図１１にヘッダコード５１の一例を示す。ヘッダコード５１は、ヘッダ識別ビット列１１１とビット長列１１３からなる。ヘッダ識別ビット列１１１は、連続する０が、信号処理部２０３から出力された固定ビット長のビットデータよりも連続する０の数よりも多いことにより、ヘッダコード５１であることを示すビット列である。ヘッダ識別ビット列１１１の連続する０の数は、連続ゼロ数記憶部８１０に格納されている受信信号のビットデータにおいて連続する０の最大値よりも大きい数に設定される。これにより、ビットストリームを受信した本体装置３００は、受信信号の振幅を示すデータ内の連続する０の数よりも長い０の列が含まれていることを検出したならば、それがヘッダ識別ビット列１１１であると判別することができる。ビット長列１１３は、このヘッダコード５１よりも後の可変長データ列４１のビット長を示している。

つぎに、可変長ビット生成部８１５は、符号判定部８０５がステップ９１６で符号判定したのと同じアドレスのビットデータを受信バッファ８０４から受け取るとともに、比較器８０７を介して不要ビット７３の数を受け取り、ビットデータのデータビット７２の先頭から不要ビット７３を削除する。これにより、圧縮された可変ビット長のビットデータを生成し、無線送信バッファ８０９に書き込む（ステップ９２０）。

一方、上述のステップ９１１において、位置判定部８１２は、符号判定部８０５が次に読み出しを行うビットデータの受信バッファ８０４におけるデータアドレスが、最大値アドレス記憶部８１１に格納されている最大値のアドレスである場合、最大値マーカコード５２（図５参照）を生成して無線送信バッファ８０９に書き込む。そして、ステップ９１３に進み、次に読み出すデータアドレスが、最大値よりも後にサンプリングされたものである場合、ステップ９１５に進んで、受信バッファにアドレスの末尾から時系列とは逆の順番にビットデータを読み出し（ステップ９１５）、読み出したビットデータに対して、ステップ９１６〜９２０を順に行う。このように、振幅が最大値以降のビットデータを末尾から順に読み出すことにより、図３のように、時系列であれば最大値から漸減する受信信号の振幅データを、末尾から読み出すことで最小値から最大値に向かって漸増するデータと同様に扱うことができるため、受信信号の前半と同様に処理することができる。末尾から読み出したデータは、本体装置３００において復元後に並べ替えてから画像再構成を行えばよい。

無線通信部２０５は、無線送信バッファ８０９に書き込まれたビットデータを書き込まれた順に読み出して時系列に連結してビットストリームを生成し、無線送信する。これにより、図５に示したように、可変長データ列のビット長を示すヘッダコート５１と、可変長データ列４１と、最大値マーカコード５２が連結されたビットストリームが無線送信される。

なお、図６にエコー信号の受信と圧縮処理のタイムチャートを示す。受信回路２０２および信号処理部２０３における信号処理、ならびに、最大値判定部８０３による最大値判定処理は、エコー信号の受信と並列に行われる。符号判定部８０５、有効ビット長カウンタ８０６、ヘッダコード生成８０８および可変長ビット生成８１５による圧縮処理は、パルスシーケンス６０１のエコー信号受信後の次のエコー信号受信中までに行われる。

本体装置３００の無線通信部３０１（図２）は、受信コイルユニット２００の無線通信部２０５が送信したデータ（ビットストリーム）を受信する。エコー復元部３０２は、エコー圧縮部２０４が圧縮したビットデータの復元し、図３の受信信号（エコー）を復元する処理を行う。画像構成部３０３は、復元された受信信号を用いて画像を再構成する。タイミング制御部３０５は、無線通信部３０１の受信の開始や終了を指示するとともに、受信コイルユニット２００のタイミング制御部２０６にタイミング信号を送信する。

図１２に、エコー復元部３０２の詳しい構成を示す。エコー復元部３０２は、無線受信バッファ１２１と、最大値マーカ判定部３０２と、ヘッダコード判定部３０３と、コード復元部３０４と、書込みバッファ３０５とを備えている。最大値マーカ判定部３０２には、最大値アドレス記憶部３０６と、読出し制御部３０９が接続されている。ヘッダコード判定部３０３には、ビット長記憶部３０７がコード復元部３０４には、書き込み制御部３０８がそれぞれ接続されている。

これらエコー復元部３０２の各部の動作を、図１３のフローチャートに従って説明する。無線受信バッファ１２１には、無線通信部３０１が受信したビットストリームが格納される。読出し制御部３０９は、無線受信バッファ１２１に格納されたビットストリームの先頭から可変長データ（ビット列）を、ビット長記憶部３０７に記憶されているビット長で切りだして、最大値マーカ判定部３０２へ受け渡す（ステップ１３１）。最大値マーカ判定部３０２は、読みだされたビット列が、最大値マーカコード５２（図５）であるかどうか判定し（ステップ１３２）、最大値マーカコードでない場合は、ヘッダコード判定部３０３は、読み出されたデータがヘッダコード５２であるかどうかを判定する（ステップ１３４）。具体的には、ヘッダコード判定部３０３は、連続する０の数が受信信号の振幅を示すデータ内の連続する０の数よりも長い０の列であるヘッダ識別ビット列１１１が含まれているかどうかを判定し、ヘッダ識別ビット列１１１が含まれていた場合には、読み出されたデータがヘッダコード５１であると判定する。そして、ステップ１３５において、ヘッダコード５１のヘッダ識別ビット列１１１の後のビット長列１１３の数値をこれ以降ビット列に設定されている可変ビット長として読み取る。ヘッダコード判定部３０３は、読み取った可変ビット長によって、ビット長記憶部３０７に格納されている可変ビット長を更新する。一方、ステップ１３４において、ビット列がヘッダコード５１ではない場合、ステップ１３６に進み、コード復元部３０４は、ビット列の最上位ビットである符号ビット７１と、２番目以降のデータビット７２との間に、０の列または１の列の復元ビット７４を図７（ｃ）のように挿入することにより、圧縮されたビット列を復元する。復元ビット７４は、符号ビット７１が０であれば０の列であり、符号ビット７１が１であれば１の列である。復元ビット７４で追加する０または１のビット数は、可変ビット長と、所定の固定ビット長との差のビット数である。コード復元部３０８は、書き込み制御部３０８を示すアドレスの書き込みバッファ３０５に、復元したビット列を書き込むとともに、書き込み制御部３０８の示すアドレスをインクリメントする。これにより、書き込みバッファ３０５に可変ビット長のビット列を所定の固定ビット長に復元して書き込むことができる。

一方、ステップ１３２において、最大値マーカ判定部３０２は、読み込んだビット列が最大値マーカコード５２である場合は、その最大値アドレスを最大値アドレス記憶部３０６に格納し、ステップ１３１に戻る。

読み出し制御部３０９は、無線受信バッファ１２１内のデータストリームをすべて読み出すまで、ビット列の読出しを繰り返す（ステップ１３８、１３１）。

画像構成部３０３は、最大値アドレス記憶部３０６に格納されている最大値のアドレスを読み出して、この最大値アドレス以降は、書き込みバッファ３０５内で、受信信号を示すデータは時系列とは逆の順に並んでいることを把握し、受信信号を並べ替える。最大値アドレスよりも前のデータは、そのままの順番とする。これにより、図３の受信信号（エコー）を復元し、これを用いて画像を再構成する。再構成した画像は、表示装置３０４に表示するとともに、記憶装置１１２に格納する。

このように、本実施形態のＭＲＩ装置は、受信信号の信号強度をビットデータとして表すのに不要なビット長を削減することによりビット列を圧縮しているため、必要なビットデータを損なうことなく圧縮できる。よって、無線伝送可能な圧縮したビットストリームでありながら、精度よく復元して画像再構成を行うことができる。

なお、エコー圧縮部２０４およびエコー復元部３０２は、プログラムをＣＰＵが実行することによりソフトウエアでその機能が実行される構成であってもよいし、その一部または全部が、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣ等のハードウエアにより構成されていてもよい。

＜＜第２の実施形態＞＞
図１３に第２の実施形態にかかるＭＲＩ装置の実施形態を示す。

第２の実施形態は、第１の実施形態のエコー圧縮部２０４を並列に複数備える。これにより、図１３のように、圧縮処理が次のエコー信号受信までに終了しない場合であっても、複数のエコー圧縮部２０４が圧縮処理を並列に行うことにより、リアルタイムで圧縮処理が可能である。他の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

＜＜第３の実施形態＞＞
図１５に、第３の実施形態にかかるＭＲＩ装置の受信コイルユニット２００と本体装置３００の構成を示す。また、図１６に圧縮装置の構成を、図１７にビットストリームの構成を示す。図１５、図１６のように、第３の実施形態のＭＲＩ装置は、第１の実施形態のヘッダコード生成部８０８の代わりに、変化点マップ記憶部１５１、１５２を備えている。

第３の実施形態では、第１の実施形態１と同様に、図１０と同様の動作により可変長データ列４１を生成するが、ステップ９１９においてヘッダコード５１を生成する代わりに、変化点アドレス１７０を生成し、変化点マップ記憶部１５１に順次記憶していく。変化点アドレス１７０は、可変ビット長を変更した時点の可変長データ列４１の送信バッファ８０９への書き込みアドレス１７０ａと、変更後の可変ビット長を順に示すビット列１７０ｂとを含む。そして、図１７に示すように、すべての可変長データ列４１の最後に、変化点マップ記憶部１５１内の変化点アドレス１７０を順次並べた変化点マップ列１７１を送信する。

本体装置３００の変化点マップ記憶部１５２は、無線通信部３０１が受信したビットストリームから変化点マップ列１７１を読み出して記憶する。データ復元部３０２は、図１３のフローと同様に復元処理を行うが、ステップ１３４、１３５のヘッダコードかどうかを判断するのではなく、ステップ１３１で読み込んだビット列が、変化点マップ記憶部１５２に格納されている変化点アドレス１７０のアドレスであるかどうかを判断し、変化点アドレス１７０である場合には、変化点アドレス１７０の示す可変ビット長を読み出して、ステップ１３６に進んで復元ビット７４をビット列に挿入して固定長ビット列に復元する。

他の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態のＭＲＩ装置によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

＜＜第４の実施形態＞＞
図１８に第４の実施形態にかかるＭＲＩ装置の実施形態を示す。図１８のように、第４の実施形態のＭＲＩ装置は、受信コイルユニット２００にシーケンスプロファイル記憶部１８１を、本体装置３００にシーケンスプロファイル生成部１８２を備えている。

本実施形態では、受信コイルユニット２００は、予め定めておいた、受信信号の信号強度の変化パターン（シーケンスプロファイル）に従って、ビット長を変化させる。具体的には、本体装置３００は、どのタイミングでビット長を変化させるかの情報を定めるシーケンスプロファイルを生成する。例えば、シーケンスプロファイルは、予め計算や実験により求めたおいた図３の受信信号（エコー）の包絡線形状とすることができる。

受信コイルユニット２００は、本体装置で生成され、無線送信されたシーケンスプロファイルを受信し、シーケンスプロファイルをもとに圧縮処理を行い、本体装置３００はシーケンスプロファイルをもとに復元処理を行う。具体的には、本実施形態では、第１の実施形態の図１０のフローにおいて、ステップ９１７で受信信号の振幅を表すのに必要なビット長の計算を行わず、シーケンスプロファイルに従ってステップ９２０においてビット長を変化させる。シーケンスプロファイルが定めるビット長が受信信号の振幅を表すのに不足している場合には、シーケンスプロファイルが定めるビット長で表すことができる最も大きな値を生成する。また、ステップ９１８、９１９において、ヘッダコードを生成しない。

これにより、本実施形態の装置では、ビット長の計算が不要になり、ヘッダコードの生成および挿入も不要になるため、短時間でデータを圧縮することができる。

他の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

なお、受信信号の振幅は、撮像条件や被検体によって変化するだけでなく、位相エンコード傾斜磁場６１２の値によっても変化するため、本体装置３００内に、予め撮像条件や位相エンコード傾斜磁場６１２の値に応じた複数のシーケンスプロファイルを用意しておき、撮像条件や位相エンコードに応じたシーケンスプロファイルを選択して、受信コイルユニットに送信することが望ましい。また、予めプリスキャンを行って受信信号の振幅を測定し、その結果に応じて、シーケンスプロファイルを選択してもよい。

５１…ヘッダコード、５２…最大値マーカコード、７１…符号ビット、７２…データビット、７３…不要ビット、７４…復元ビット、１００…ＭＲＩ装置、１０１…静磁場発生装置、１０２…傾斜磁場コイル、１０３…被検体、１０４…シーケンサ、１０５…傾斜磁場電源、１０６…高周波発生器、１０７…送信コイル、１１２…記憶装置、１１５…寝台、１１６…入力装置、２００…受信コイルユニット、２０１…受信コイル、２０２…受信回路、２０３…信号処理部、２０４…エコー圧縮部、２０５…無線通信部、２０６…タイミング制御部、３００…本体装置、３０１…無線通信部、３０２…エコー復元部、３０３…画像構成部、３０４…表示装置、３０５…タイミング制御部

Claims (12)

1. 被検体の発するＮＭＲ信号を受信した受信信号を所定の周期でサンプリングしてデジタル化することによりビットデータを得て、前記ビットデータを順次並べてビットストリームを生成し、無線送信する受信コイルユニットと、
   前記受信コイルユニットが無線送信したビットストリームを受信し、前記ビットストリームをビット長ごとに切り出して前記ビットデータを得て、前記ビットデータを並べてデジタル化された前記受信信号を復元し、前記受信信号を用いて前記被検体の画像を再構成する本体装置とを有し、
   前記受信コイルユニットは、前記ビットデータのビット長を受信信号の信号強度に応じて変更し、前記ビット長が変化する位置を示す変化位置ビット列を前記ビットストリームに挿入す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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記受信コイルユニットは、前記サンプリングした前記受信信号の信号強度ごとに、その信号強度を表すのに必要なビット長を判定し、前記ビット長を変化させ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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記受信コイルユニットは、圧縮部を有し、前記圧縮部は、前記サンプリング時の前記受信信号の信号強度を表すビットデータのデータ列の先頭の符号ビットが０である場合は、符号ビット後に連続する０を、符号ビットが１である場合は、符号ビット後に連続する１を、それぞれ不要ビットであると判定してこれを除去することにより、ビット長を圧縮す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３に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記本体装置は、復元部を有し、前記復元部は、前記ビットストリームをビット長ごとに切り出した前記ビットデータの先頭の符号ビットが０である場合は、符号ビット後に連続する０を、符号ビットが１である場合は、符号ビット後に連続する１を、それぞれ追加することにより、所定の固定ビット長に復元することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記変化位置ビット列を前記ビット長が変化する位置のビットデータの前または後ろに挿入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１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記変化位置ビット列は、変化後のビット長を示す情報を含み、前記本体装置は、前記ビットストリームを切り出して前記ビット列を生成する際に、前記変化位置ビット列の示すビット長に応じて、切り出すビット長を変更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１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記受信コイルユニットは、前記受信信号をサンプリングした前記ビットデータのうち、表す信号値が最大値のビットデータを判別し、前記最大値の前記ビットデータよりも後のタイミングでサンプリングされた複数の前記ビットデータを、時系列の逆順に並べ替えて、前記ビットストリームを生成す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１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記変化位置ビット列は、前記ビットストリームの最後に付加されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記受信コイルユニットは、予め定めておいた、受信信号の信号強度の変化パターンに従って、前記ビット長を変化させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
10. 請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記信号強度の変化パターンは、予め複数種類用意され、前記本体装置が、前記複数種類の変化パターンから用いる変化パターンを選択して、前記受信コイルユニットに前記無線送信により送信することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
11. 被検体の発したＮＭＲ信号を受信した受信信号を所定の周期でサンプリングしてデジタル化することによりビットデータを得て、前記ビットデータを順次並べてビットストリームを生成し、無線送信する信号送信装置であって、
    ビットデータのビット長を前記受信信号の信号強度に応じて変更し、前記ビット長が変化する位置を示す変化位置ビット列を前記ビットストリームに挿入する圧縮部を有することを特徴とする信号送信装置。
12. 請求項１１に記載の信号送信装置であって、前記圧縮部は、前記サンプリング時の前記受信信号の信号強度を表すビットデータのデータ列の先頭の符号ビットが０である場合は、符号ビット後に連続する０を、符号ビットが１である場合は、符号ビット後に連続する１を、それぞれ不要ビットである判定してこれを除去することにより、ビット長を圧縮することを特徴とする信号送信装置。
    
    

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