JP5361514B2 - 磁気共鳴イメージング装置、及び磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する核磁気共鳴信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置、および磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法に係り、特に高周波受信コイルにおいて受信された受信信号を無線により信号処理系に送信する磁気共鳴イメージング装置、および磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法に関する。

従来、医療現場におけるモニタリング装置として、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置が利用されている。ＭＲＩ装置は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石内部にセットされた被検体の撮像領域に傾斜磁場コイルでＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の傾斜磁場を形成するとともに高周波送信コイルから高周波信号を送信することにより被検体内の原子核スピンを磁気的に共鳴させ、励起により生じた核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号を利用して被検体の画像を再構成する装置である。

このようなＭＲＩ装置において、ＮＭＲ信号を受信するための複数のエレメントコイルで構成される受信コイルが利用されていて、受信コイルを構成するエレメントコイルの数は、近年増加しつつある。そして、受信コイルの多エレメント化に伴い、エレメントコイルで得られた受信信号を信号処理系に伝送するためのケーブル配線も増加している。これらのエレメントコイルは撮影時に移動を伴うため、エレメントコイルに接続されたケーブル配線には諸々の制約が生じている。

また、ＡＭ信号の抑圧・復元（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ／Ｅｘｐａｎｄｅｒ）技術、ＡＣＳＢ(Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｓｉｎｇｌｅ ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ)、リニアモジュレーション等の技術を併用することによりＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を確保する試みがなされている。しかし、これらの技術では、ＭＲＩ装置において求められるダイナミックレンジに対して信号抑圧による受信信号の劣化が避けられないのみならず、回路が更に複雑になってしまうという問題がある。

加えて、従来の無線コイルシステムでは、撮影部位によって配置が変わる受信用エレメントコイルの送信器と信号処理系に設けられる受信器との間における空間距離を一様にする手段が講じられていない。ＳＮＲにばらつきが生じると画質が劣化するおそれがあるため、ＳＮＲのばらつきを抑えるために、エレメントコイルの配置に制約を与える必要がある。

そこで、受信信号が無線送信される際、受信信号の空間伝播に伴う信号減衰による信号雑音比の低下を改善することが可能な磁気共鳴イメージング装置が提案されている（特許文献１参照）。この磁気共鳴イメージング装置は、被検体からの核磁気共鳴信号を受信信号として受信する受信コイルと、受信コイルから前記受信信号を無線により送信する少なくとも１つの受信信号送信アンテナと、受信信号送信アンテナから送信された受信信号を受信するための複数の受信信号受信アンテナと、複数の受信信号受信アンテナのうち特定の受信信号受信アンテナにおいて受信された受信信号を選択する信号選択手段と、信号選択手段により選択された受信信号から被検体の画像を再構成する受信データ処理手段と、を有するものである。

特開２００７−２０３０３６号公報

特許文献１の磁気共鳴イメージング装置は、複数のコイル受信信号受信機能で受信された複数の信号からその強度などに基づいて１つの信号のみを選択することにより被検体の画像を再構成するため、信号強度が十分に得られない可能性があるうえ、ノイズが大きくなってしまう可能性もあった。

本発明は、このような課題を鑑みてなされたもので、受信コイル内のエレメントコイルに接続される無線用送信器と、この無線用送信器と対になる信号処理系の受信器とを備え、撮影の際に、各々の受信コイルの受信信号を適切に合成することにより、受信信号強度を上げ、ノイズを抑制できる磁気共鳴イメージング装置、及び磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、被検体からの核磁気共鳴信号をコイル受信信号として受信する受信コイルと、前記受信コイルのコイル受信信号を無線送信する少なくとも１つのコイル受信信号送信手段と、前記コイル受信信号送信手段により無線送信されたコイル受信信号を受信する複数のコイル受信信号受信手段と、前記複数のコイル受信信号受信手段により受信された各々のコイル受信信号を加算合成する信号合成手段と前記信号合成手段により合成されたコイル受信信号から前記被検体の画像を再構成する受信データ処理手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法は、被検体からの核磁気共鳴信号をコイル受信信号として受信する受信コイルのコイル受信信号を無線送信する受信信号送信ステップと、前記受信信号送信ステップにて無線送信されたコイル受信信号を複数のコイル信号受信機能で受信するコイル受信信号受信ステップと、前記コイル受信信号受信ステップにて受信された各々のコイル受信信号を加算合成する信号合成ステップと前記信号合成ステップにて合成されたコイル受信信号から前記被検体の画像を再構成する受信データ処理ステップと、を行うことを特徴とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置、及び磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法によると、受信コイル内のエレメントコイルに接続される無線用送信器と、この無線用送信器と対になる信号処理系の受信器とを備え、撮影の際に、各々の受信コイルの受信信号を適切に合成することにより、受信信号強度を上げ、ノイズを抑制することが可能となる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置を示す構成図。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置における無線信号合成機能を示すブロック図。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置のコイル受信信号送信手段を示すブロック図。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置のコイル受信信号受信手段を示す構成図。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置が受信信号の処理を行う際の手順を示すフローチャート。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理を説明するための図。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置、及び磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施形態を示す構成図である。図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場磁石２、傾斜磁場コイル３、高周波送信コイル４、高周波受信コイル５、傾斜磁場電源６、高周波アンプ７、及び制御装置８を主要な構成要素として備えている。

上述した構成要素のうちの静磁場磁石２、傾斜磁場コイル３、高周波送信コイル４、及び高周波受信コイル５は架台（図示せず）に備えられている。静磁場磁石２は筒状に形成され、静磁場が形成される内部に筒状の傾斜磁場コイル３が設けられる。さらに、傾斜磁場コイル３の内部には撮影領域が形成され、寝台９、高周波送信コイル４、及び高周波受信コイル５が設けられている。

寝台９には、被検体Ｐが保持される寝台制御部１０が設けられている。この寝台制御部１０により寝台９を被検体Ｐの体軸方向（図１に示すＺ方向）に移動させることができる。寝台制御部１０は、制御装置８からの制御信号によって制御される一方、寝台９の位置情報を制御装置８に通知する。また、高周波送信コイル４及び高周波受信コイル５も寝台９とともに移動できるように構成されている。

傾斜磁場コイル３には、傾斜磁場電源６が接続され、傾斜磁場電源６から供給される電流によって傾斜磁場コイル３内の撮影領域に、目的とする傾斜磁場を形成できるように構成されている。高周波送信コイル４は、高周波アンプ７から所定の強度に増幅された高周波送信信号を受けて、撮影領域にセットされた被検体Ｐの撮影部位に向けて高周波送信信号を送信する。

高周波受信コイル５は、傾斜磁場中の被検体Ｐに高周波送信信号が送信されることにより生じたＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号を受信し、高周波受信信号として制御装置８に通知する。ここで、高周波受信コイル５から出力される高周波受信信号は、無線により制御装置８に通知されるように構成されている。

なお、高周波送信コイル４と高周波受信コイル５とが共通のコイルである場合もある。また、高周波アンプ７から高周波送信信号を無線により高周波送信コイル４に送信することも可能である。ここでは、高周波送信コイル４と高周波受信コイル５とが別のコイルであり、高周波受信信号が無線により送信される場合について説明する。

このため、高周波受信コイル５には、複数の受信信号送信アンテナ１１が設けられている。一方、磁気共鳴イメージング装置１の主要な構成要素が設置された室内の壁や床や天井等には、受信信号送信アンテナ１１からの無線を受信できる位置に複数の受信信号受信アンテナ１４が固定されている。このとき、複数の受信信号受信アンテナ１４は、各々異なる位置に固定されていると良い。

各受信信号送信アンテナ１１は、高周波受信コイル５から受けた受信信号を無線により各受信信号受信アンテナ１４に送信する。これに対し、受信信号受信アンテナ１４は、受信信号送信アンテナ１１から送信された受信信号を受信する。ここで、各受信信号送信アンテナ１１の送信周波数は、互いに周波数帯がオーバーラップしないように設定される。

受信信号受信アンテナ１４の出力先には、増幅器１７が設けられ、増幅器１７の出力先には周波数フィルタ１８が設けられる。増幅器１７は、各受信信号受信アンテナ１４からそれぞれ受けた同調周波数の受信信号を増幅して周波数フィルタ１８に与える機能を有する。周波数フィルタ１８の出力先は制御装置８とされる。周波数フィルタ１８は、増幅器１７から受けた様々な周波数の受信信号から予め同調された特定の周波数の受信信号を抽出して制御装置８に出力する。

すなわち、周波数フィルタ１８は、受信した受信信号受信アンテナ１４ごとに異なる周波数を有する複数の受信信号から同調周波数の受信信号を選択して制御装置８に出力する機能を有する。この周波数フィルタ１８の機能により、それぞれの受信信号送信アンテナ１１から発生する周波数のみを受信信号受信アンテナ１４から制御装置８に与えることができる。

このように、高周波受信信号を無線により制御装置８と高周波受信コイル５との間で送受信できるため、高周波受信コイル５が寝台９とともに移動したとしてもケーブルの複雑な配線やリトラクタ等のケーブル移動機構が不要となる。

制御装置８は、信号処理系１９および送信系２０を有する。制御装置８の送信系２０は、傾斜磁場電源６および高周波アンプ７と接続される。送信系２０は、撮影条件としてパルスシーケンスを設定し、設定したパルスシーケンスに従って制御信号を傾斜磁場電源６および高周波アンプ７に与えて制御する。これにより、撮影条件に応じた傾斜磁場を撮影領域に形成し、高周波送信信号を被検体Ｐに送信する。

制御装置８の信号処理系１９は、受信データ処理部２３を有する。受信データ処理部２３は、周波数フィルタ１８を通過して与えられた受信信号に対して前処理および画像再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを再構成する。これにより、磁気共鳴イメージング装置１により撮影された画像が再構成される。

図２は、磁気共鳴イメージング装置１における無線信号合成機能を示すブロック図である。図２に示すように、磁気共鳴イメージング装置１の高周波受信コイル５は、被検体Ｐから核磁気共鳴信号を受信する受信コイル３０と、受信コイル３０から核磁気共鳴信号を受信して制御装置８に送信するコイル受信信号送信手段３１（受信信号送信アンテナ１１など）と、を移動系に備えている。

また、磁気共鳴イメージング装置１は、コイル受信信号送信手段３１からコイル受信信号を受信する複数のコイル受信信号受信手段３２（受信信号受信アンテナ１４など）、コイル受信信号受信手段３２により受信された複数の信号を合成する信号合成手段３３、信号合成手段３３により合成された受信信号に基づいて、前処理および画像再構成処理を施して被検体Ｐの画像データを再校正する受信データ処理手段３４（受信データ処理部２３など）を固定系に備えている。

図３は、コイル受信信号受信装置３１を示す構成図である。図３に示すように、コイル受信信号送信手段３１は、基準信号を発生させる基準信号発生装置３１ａ、基準信号発生装置３１ａから発生された出力信号（基準信号）とコイル受信信号送信手段３１から送信されたコイル受信信号とを切り替えて無線送信する送信手段３１ｂを備えている。

図４は、コイル受信信号受信手段３２を示す構成図である。図４に示すように、コイル受信信号受信手段３２は、コイル信号受信装置３１から基準信号とコイル受信信号とを受信する受信部３２ａ、基準信号を識別して基準時刻との遅延時間を検出する遅延時間検出設定手段３２ｂ、検出された遅延時間に従ってコイル受信信号を遅延させて出力する受信信号遅延手段３２ｃを備えている。

このように、本発明の磁気共鳴イメージング装置１は、撮影の際に、コイル受信信号を複数のコイル受信信号受信機能（コイル受信信号受信手段３２）で受信し、これらで受信された各々のコイル受信信号を適切に合成することにより、受信信号強度を上げ、ノイズを抑制している。

磁気共鳴イメージング装置１において撮影する際、複数のコイル受信信号受信手段３２により受信されたコイル受信信号を適切に合成して画像を再構成する受信信号処理を行う際の手順について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。以下、「ステップＳ１０１」を「Ｓ１０１」のように、「ステップ」の語句を省略して説明する。

磁気共鳴イメージング装置１において撮影をする際、高周波送信コイル４は、高周波アンプ７から所定の強度に増幅された高周波送信信号を受けて、撮影領域にセットされた被検体Ｐの撮影部位に向けて高周波送信信号を送信する。受信コイル３０は、傾斜磁場中の被検体Ｐに高周波送信信号が送信されることにより生じた核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）を受信する（Ｓ１０１）。

コイル受信信号送信手段３１は、受信コイル３０により受信されたコイル受信信号を、コイル受信信号受信手段３２に対して送信する（Ｓ１０３）。この際、複数のコイル受信信号受信手段３２が制御装置側の所定位置にそれぞれ備えられていて、各々のコイル受信信号受信手段３２がコイル受信信号を受信する。

コイル受信信号送信手段３１は、前回コイル受信信号を受信した後に、コイル受信信号の遅延時間を更新する必要があるか否かを判断するために、高周波受信コイル５の位置が移動されたか否かを判断する（Ｓ１０５）。この際、コイル受信信号送信手段３１は、例えば寝台制御部１０から寝台９の移動量または位置情報を示す信号を受信して、この信号に基づいて、高周波受信コイル５の位置が移動されたか否かを判断する。

高周波受信コイル５の位置が移動された場合（Ｓ１０５のＹｅｓ）は、コイル受信信号送信手段３１は、基準信号発生手段３１ａにより基準信号を発生して、送信手段３１ｂによりコイル受信信号受信手段３２に対してこの基準信号を送信する（Ｓ１０７）。そして信号合成手段３２は、ステップＳ１０３にて送信されたコイル受信信号とステップＳ１０７にて送信された基準信号とを受信すると、各々のコイル受信信号について、基準信号に基づいて、遅延時間検出設定手段３２ａにより遅延時間を算出する（Ｓ１０９）。

例えば、図６に示すように、磁気共鳴イメージング装置１にコイル受信信号受信手段３２としてコイル受信信号受信手段Ａ、Ｂ、Ｃが備えられていた場合、信号合成手段３２は、各々のコイル受信信号受信手段Ａ、Ｂ、Ｃにより受信されたコイル受信信号における基準信号（図６において点線で示す）に対する時間差を、遅延時間として算出する。

信号合成手段３２は、ステップＳ１０３にて送信された各々のコイル受信信号について、ステップＳ１０９にて算出された遅延時間の分だけ遅延させて、位相を合わせるようにして加算合成する（Ｓ１１１）。このとき、ステップＳ１０５にて寝台が移動されていない場合（Ｓ１０５のＮｏ）は、前回使用された遅延時間が使用されると良い。そして受信データ処理部３４は、ステップＳ１１１にて合成されたデータに基づいて、画像を再構成する（Ｓ１１３）。

このようにして磁気共鳴イメージング装置１は、複数のコイル受信信号受信手段３２により受信された各々のコイル受信信号について、基準信号を用いて遅延時間を算出して、この遅延時間、位相を考慮して合成された信号に基づいて画像を再構成する。これにより、磁気共鳴イメージング装置１による撮影の際に、受信信号強度を上げ、ノイズを抑制することができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置１、及び磁気共鳴イメージング装置１における受信信号の処理方法によると、受信コイル内のエレメントコイルに接続される無線用送信器（コイル受信信号送信手段３１など）と、この無線用送信器と対になる信号処理系の受信器（コイル受信信号受信手段３２など）とを備え、撮影の際に、各々の受信コイルの受信信号を適切に合成することにより、受信信号強度を上げ、ノイズを抑制することが可能となる。

１…磁気共鳴イメージング装置，２…静磁場磁石，３…傾斜磁場コイル，４…高周波送信コイル，５…高周波受信コイル，６…傾斜磁場電源，７…高周波アンプ，８…制御装置，９…寝台，１０…寝台制御部，１１…受信信号送信アンテナ，１４…受信信号受信アンテナ，１７…増幅器，１８…周波数フィルタ，１９…信号処理系，２０…送信系，２３…受信データ処理部，３０…受信コイル，３１…コイル信号受信装置，３１ａ…基準信号発生手段，３１ｂ…送信手段，３２…コイル受信信号受信手段，３２ａ…受信手段，３２ｂ…遅延時間検出設定手段，３２ｃ…受信信号遅延手段，３３…信号合成手段，３４…受信データ処理手段，Ｐ…被検体。

Claims (7)

1. 被検体からの核磁気共鳴信号をコイル受信信号として受信する受信コイルと、
   前記受信コイルのコイル受信信号を無線送信する少なくとも１つのコイル受信信号送信手段と、
   前記コイル受信信号送信手段により無線送信されたコイル受信信号を受信する複数のコイル受信信号受信手段と、
   前記複数のコイル受信信号受信手段により受信された各々のコイル受信信号を加算合成する信号合成手段と
   前記信号合成手段により合成されたコイル受信信号から前記被検体の画像を再構成する受信データ処理手段と、
   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. 前記コイル受信信号送信手段は、コイル受信信号を無線送信する際に、基準信号を併せて無線送信するとともに、
   前記コイル受信信号受信手段は、前記コイル受信信号送信手段により無線送信されたコイル受信信号を受信する際に、基準信号を併せて受信し、前記各々のコイル受信信号について、前記基準信号に対する遅延時間を算出し、
   前記信号合成手段は、前記コイル受信信号受信手段により受信された各々のコイル受信信号について、前記コイル受信信号受信手段により算出された遅延時間に基づいてそれぞれ位相を合わせるようにして合成することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 寝台の移動を検出する検出手段を備え、
   前記コイル受信信号送信手段は、前記検出手段により寝台の移動が検出された場合、基準信号を無線送信し、
   前記コイル受信信号受信手段は、前記コイル受信信号送信手段により基準信号が送信された場合、遅延時間を算出し、
   前記信号合成手段は、前記コイル受信信号受信手段により遅延時間が算出された場合、前記各々のコイル受信信号を位相を合わせて合成することを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記受信コイル、及び前記コイル受信信号送信手段が移動系に設置され、前記コイル受信信号受信手段、前記信号合成手段、及び前記受信データ処理手段が固定系に設置されたことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 被検体からの核磁気共鳴信号をコイル受信信号として受信する受信コイルのコイル受信信号を無線送信する受信信号送信ステップと、
   前記受信信号送信ステップにて無線送信されたコイル受信信号を複数のコイル信号受信機能で受信するコイル受信信号受信ステップと、
   前記コイル受信信号受信ステップにて受信された各々のコイル受信信号を加算合成する信号合成ステップと
   前記信号合成ステップにて合成されたコイル受信信号から前記被検体の画像を再構成する受信データ処理ステップと、
   を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法。
6. 前記コイル受信信号送信ステップにて、コイル受信信号を無線送信する際に、基準信号を併せて無線送信するとともに、
   前記コイル受信信号受信ステップにて、前記コイル受信信号送信ステップにて無線送信されたコイル受信信号を受信する際に、基準信号を併せて受信し、前記各々のコイル受信信号について、前記基準信号に対する遅延時間を算出し、
   前記信号合成ステップにて、前記コイル受信信号受信ステップにて受信された各々のコイル受信信号について、前記コイル受信信号受信ステップにて算出された遅延時間に基づいてそれぞれ位相を合わせるようにして合成することを特徴とする請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法。
7. 前記コイル受信信号送信ステップを行う前に、寝台の移動を検出する検出ステップを行い、
   前記コイル受信信号送信ステップにて、前記検出ステップにて寝台の移動が検出された場合、基準信号を無線送信し、
   前記コイル受信信号受信ステップにて、前記コイル受信信号送信ステップにて基準信号が送信された場合、遅延時間を算出し、
   前記信号合成ステップにて、前記コイル受信信号受信ステップにて遅延時間が算出された場合、前記各々のコイル受信信号を位相を合わせて合成することを特徴とする請求項６記載の磁気共鳴イメージング装置における受信信号の処理方法。

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