JP6605268B2 - 磁気共鳴イメージング装置及び無線ｒｆコイル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、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用いられる無線ＲＦコイル装置に関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置は、医用画像診断の分野で広く普及している。ＭＲＩとは、磁気共鳴現象に基づく撮像法であって、静磁場が形成された空間に置かれた被検体が有する原子核（^１Ｈ等）スピンを、ラーモア周波数のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号で磁気的に励起し、当該励起に伴って発生する磁気共鳴（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号から、画像（磁気共鳴イメージング画像）を再構成する撮像法である。

磁気共鳴イメージングを実施するにあたり、被検体から発生したＭＲ信号を受信するために、局所的なＲＦコイルユニットが使用される場合がある。

磁気共鳴イメージング装置において、近年、ＭＲ信号の収集系統の多チャネル化が進んでいる。換言すると、ＲＦコイルユニットにおけるコイル素子から磁気共鳴イメージング装置本体のＲＦトランシーバまでの、ＭＲ信号の多チャネル化が進んでいる。その結果、両者間の接続ケーブルの本数が多チャネル化により増大し、配線が煩雑となる不便を生じている。そこで、ＲＦコイルユニット−磁気共鳴イメージング装置本体ユニット（ＲＦトランシーバ）間における通信を無線化することで、かかる不便を解消することが期待されている。

無線ＲＦコイルユニットを実現するにあたり、無線ＲＦコイルユニットのクロックは、本体ユニットのクロックに対して非同期性を有する場合がある。無線ＲＦコイルユニットのクロックでアナログ−ディジタル変換される信号の非同期性を低減するために、それぞれのクロックにおいて厳密な同期をとることも考えられるが、容易ではない。

特開２０１４−１４０４６９号公報

目的は、非同期クロックでアナログ−ディジタル変換される信号の非同期性を低減することが可能な磁気共鳴イメージング装置と無線ＲＦコイル装置とを提供することにある。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、無線ＲＦコイルユニットを具備する。前記無線ＲＦコイルユニットは、前記無線ＲＦコイルユニットとは異なる機器の第１のクロックに同期した第１の周波数を有する第１のアナログ信号と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２のアナログ信号とを受信する少なくとも一つの受信手段と、前記無線ＲＦコイルユニットの第２のクロックに従い、前記第１のアナログ信号を第１のディジタル信号に変換し、前記第２のアナログ信号を第２のディジタル信号に変換する変換手段と、前記第１のディジタル信号と前記第２のディジタル信号との乗算信号を発生する乗算手段と、前記乗算信号のうち所定の周波数成分を通過させて中間周波数信号を出力するフィルタ手段と、を有する。

図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置におけるＲＦトランシーバと無線ＲＦコイルユニットとの構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の動作例を示すフローチャートである。 図４は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置におけるＲＦトランシーバと無線ＲＦコイルユニットとの構成を示すブロック図である。 図５は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａの一例を示すブロック図である。

第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａは、処理回路２０と、記憶回路２１と、シーケンスコントローラ３０と、ＲＦトランシーバ３１と、傾斜磁場電源ユニット４と、架台５と、寝台６０と、入力インターフェース回路７０と、表示回路７１とを有する。

処理回路２０は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａに関連する全体動作の処理・制御を行う。処理回路２０は、例えば不図示の中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）である。処理回路２０は、記憶回路２１に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、例えばデータ収集機能、画像再構成機能等の、磁気共鳴イメージングに係る機能を実現する。

なお、図１においては一の処理回路２０としているが、実際は一の処理回路２０として実施されてもよいし、機能ごとに複数の処理回路２０を有するように実施されてもよい。またそれらの組合せであってもよい。

記憶回路２１は、磁気共鳴イメージングに係るプロトコル、当該プロトコルに含まれる複数のパラメータ、当該パラメータの値の組合せ（撮像条件）、被検体Ｓに関する検査情報（例えば、検査日時、患者番号（ＩＤ）、性別、氏名、生年月日、身長、体重、検査部位、挿入方向、体位、使用する受信コイル（無線ＲＦコイルユニット８ａ）、受信コイルの装着位置、生体信号同期の有無／種類、及び造影剤使用の有無／種類等）、磁気共鳴イメージング画像、及び各種機能（データ収集機能、画像再構成機能等）を処理回路２０により実現させるためのプログラム等を記憶する。ただし、あくまでも例示であり、この限りではない。

記憶回路２１は、例えばハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）又はソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして実施される。また記憶回路２１は、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとしても実施される。

シーケンスコントローラ３０は、ＲＦトランシーバ３１と傾斜磁場電源ユニット４とに接続されており、傾斜磁場を発生させるための電気信号の送信と、ＲＦパルスを発生させるための電気信号の送受信とに係るシーケンスを制御する。すなわち、シーケンスコントローラ３０は決められたタイミングで、トリガを各接続先に送信する。

ＲＦトランシーバ３１は、不図示の増幅回路を介して、架台５におけるＲＦ送信コイル５２からＲＦパルスを発生させるための電気信号を、ＲＦ送信コイル５２に供給する。また、ＲＦトランシーバ３１は、架台５における無線ＲＦコイルユニット８ａが受信したＭＲ信号を、無線通信を介して、無線ＲＦコイルユニット８ａより受信する。
更に、ＲＦトランシーバ３１は、ＭＲ信号をダウンコンバート（Ｄｏｗｎ Ｃｏｎｖｅｒｔ）する際に用いられるローカル信号を、所定のタイミングにおいて、無線ＲＦコイルユニット８ａに無線通信を介して送信する。かかる内容については、後に図２等を用いて詳述する。

傾斜磁場電源ユニット４は、シーケンスコントローラ３０によるトリガ入力に応答して、電流を架台５における傾斜磁場コイル５１に供給する。

架台５は、静磁場磁石５０と、傾斜磁場コイル５１と、ＲＦ送信コイル５２とを有する。

静磁場磁石５０は、中空の略円筒形状を有し、略円筒内部に静磁場を発生する。発生された磁場において、特に均一度の良い空間領域が撮像に利用される。第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａにおいて、静磁場磁石５０は超伝導磁石であるとする。しかしながら超電導磁石に限らず、永久磁石や常伝導磁石を用いて実施することもできる。

傾斜磁場コイル５１は、静磁場磁石５０の内側に取り付けられ、中空の略円筒形状に形成されたコイルユニットである。傾斜磁場電源ユニット４における不図示の増幅回路からの電力（電気信号）の入力に応答して、所望の傾斜磁場を形成する。当該傾斜磁場により、被検体Ｓ内の原子核は、各原子核の位置毎に、異なるラーモア周波数を有することになる。すなわち、当該ラーモア周波数の違いにより、ＭＲ信号から、断面の位置情報を区別することが可能となる。

なお、図中では簡単のために省略されているが、実際は、傾斜磁場コイル５１は互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各軸に対応する三のコイルが組み合わされて形成されている。当該三のコイルは、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に沿って、磁場強度が変化する傾斜磁場を形成する。

当該形成される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Ｇｓ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、及びリードアウト用傾斜磁場Ｇｒを形成する。スライス選択用傾斜磁場Ｇｓは、任意に撮像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Ｇｅ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Ｇｒ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。

ＲＦ送信コイル５２は、ＲＦトランシーバ３１から供給された電気信号に応答して、ＲＦパルスを被検体Ｓに送信する。ＲＦパルスは、固有のラーモア周波数に対応する被検体Ｓの原子核を励起させる。

寝台６０は、被検体Ｓを載置するための天板６１を有する。天板６１は、例えば不図示の電磁モータにより駆動され、寝台の長手方向に水平移動する。なお、図１においては、撮像室に固定された寝台６０を用いて、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａが実施されている。しかしながら当該例に拘泥されず、例えば、架台５と着脱且つ移動可能な寝台６０（ドッカブル寝台）を用いて、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａが実施されてもよい。かかる場合、例えば寝台６０は不図示のキャスターを有する。当該キャスターを用いることで、医師等の操作者は、寝台６０を移動させることができる。また、当該キャスターに例えば不図示の電磁モータにより動力を供給し、当該動力を用いた寝台６０の移動又は移動の補助（パワーアシスト）を可能に、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａが実施されてもよい。

入力インターフェース回路７０は、例えば、スイッチボタン、マウス、キーボード等のユーザインターフェースを介して、医師等の操作者の命令を受け付ける。当該命令は、処理回路２０に転送される。処理回路２０は当該命令に応じて、所定の制御や演算を実行する。

表示回路７１は、グラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）の画面を表示する。表示回路７１は、例えばＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示デバイスとして実施される。当該表示デバイスは、処理回路２０による所定の制御に応答して、例えば、ＧＵＩの画面上に、記憶回路２１に記憶された磁気共鳴イメージング画像（ＭＲＩ画像）を表示する。或いは、表示回路７１に関連して、上記表示デバイスにおける表示画面等を印刷可能な不図示のプリンタが適宜利用されてもよい。

なお、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａは、記録メディアの読み込み及び記録メディアへの情報の書き込みを行う不図示の読み書き部を有するように実施されてもよい。記録メディアは、リムーバブルメディア（Ｒｅｍｏｖａｂｌｅ Ｍｅｄｉａ）であれば、どのようなメディアであってもよい。例えば、記録メディアが光学メディア（ＣＤ：Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ、ＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等）である場合、読み書き部は、光学ドライブとして実施される。或いは、記録メディアが光磁気メディア（ＭＯディスク：Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）である場合、読み書き部は、光磁気ドライブとして実施される。

読み書き部は、記憶回路２１に記憶されている磁気共鳴イメージング画像を記録メディアに移動又は複製することができる。また、読み書き部は、記録メディアに記憶されている磁気共鳴イメージング画像を記憶回路２１に移動又は複製することができる。

無線ＲＦコイルユニット８ａは、例えば天板６１に載置された被検体Ｓの所望の位置に装着される。或いは、天板６１に載置された被検体Ｓの近傍に設置される。無線ＲＦコイルユニット８ａは、被検体Ｓが有する原子核が励起状態から元に戻る際に発生するＭＲ信号を受信し、当該ＭＲ信号を、無線通信を介してＲＦトランシーバ３１に送信する。無線ＲＦコイルユニット８ａの詳細については、図２を用いて後述する。

その後、処理回路２０は、ＲＦトランシーバ３１によるＭＲ信号の受信を契機として、記憶回路２１に記憶されたデータ収集機能に係る所定のプログラムを読み出すことにより、ＭＲ信号を記憶回路２１に記憶させる（データ収集機能）。更に処理回路２０は、画像再構成機能に係る所定のプログラムを読み出すことにより、記憶回路２１に記憶されているＭＲ信号に対してフーリエ逆変換の演算を行い、当該ＭＲ信号から磁気共鳴イメージング画像を生成する（画像再構成機能）。

なお、処理回路２０による上述の実行に代えて、データ収集機能を実行するデータ収集回路、及び／又は画像再構成機能を実行する画像再構成回路を有するように実施されてもよい。また、データ収集機能と画像再構成機能とを実行する専用の回路を有するように実施されてもよい。

図２は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａにおけるＲＦトランシーバ３１及び無線ＲＦコイルユニット８ａの構成を示すブロック図である。

無線ＲＦコイルユニット８ａは、第１の受信コイル８０１ａ（第１の受信手段）と、第１のマッチング回路８０２ａと、第１のプリアンプ８０３ａと、第１のバンドパスフィルタ８０４（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）と、第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ／ＡＤＣ）と、第２の受信コイル８１１（第２の受信手段）と、第２のマッチング回路８１２と、第２のプリアンプ８１３と、第２のバンドパスフィルタ８１４と、第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５と、ミキサ８２０（Ｍｉｘｅｒ）と、ローパスフィルタ８２１（Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）と、トランスミッタ８２２（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）を有する。

第１の受信コイル８０１ａは、被検体Ｓにおいて発生したＭＲ信号を受信する。ここで、当該ＭＲ信号は、システムクロック（図２においては、ＳＹＳＴＥＭ ＣＬＫと表記）換算で周波数ｆ_Ｍ（第１の周波数）を有するものとする。なお、クロックとは、周期的に電圧が高い状態と低い状態とをとる二値信号であり、例えば、複数のディジタル回路の同期を取るために使用される。システムクロック（第１のクロック）は、ＲＦトランシーバ３１と、ＲＦトランシーバ３１に有線接続される第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａの各構成部とにおけるディジタル演算に際して、使用されるクロックである。システムクロックは、不図示のクロック発生回路（第１のクロック発生手段）より送信される。

第１のマッチング回路８０２ａは、出力インピーダンスと入力インピーダンスとの整合をとる回路である。

第１のプリアンプ８０３ａは、被検体Ｓの体内情報を有するＭＲ信号を増幅する。

第１のバンドパスフィルタ８０４は、被検体Ｓの体内情報を有するＭＲ信号のうち、必要な周波数成分のみを通過させ、かかる成分以外の周波数成分を減衰させる。

第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５は、システムクロックとは非同期のローカルクロック（図２においては、ＬＯＣＡＬ ＣＬＫと表記）を用いて、被検体Ｓの体内情報を有するＭＲ信号をディジタル信号に変換する。ローカルクロック（第２のクロック）は、無線ＲＦコイルユニット８ａにおけるディジタル演算に際して、使用されるクロックである。ローカルクロックは、不図示のクロック発生回路（第２のクロック発生手段）より送信される。

換言すると、連続信号であるＭＲ信号が、所定のサンプリング周波数にてディジタル化された離散信号に変換される。ディジタル化されたＭＲ信号ＡＤ_Ｍは、
ＡＤ_Ｍ＝ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ＋Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｍ＋ΔΦ）｝
であるとする。ただし、ｔは時刻、Φ_ＭはＭＲ信号の初期位相である。ここで、第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５は、システムクロックとは非同期のローカルクロックを用いているため、システムクロック換算で周波数ｆ_Ｍに対応するディジタル化されたＭＲ信号ＡＤ_Ｍは、周波数ずれ成分Δｆと位相ずれ成分ΔΦとを有することとなる。

第２の受信コイル８１１は、ＲＦトランシーバ３１におけるトランスミッタ３１０より送信されるローカル信号を受信する。当該ローカル信号は、システムクロック換算で周波数ｆ_Ｌ（第２の周波数）を有するものとする。

第２のマッチング回路８１２は、出力インピーダンスと入力インピーダンスとの整合をとる回路である。

第２のプリアンプ８１３は、ローカル信号を増幅する。

第２のバンドパスフィルタ８１４は、ローカル信号のうち、必要な周波数成分のみを通過させ、かかる成分以外の周波数成分を減衰させる。

第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５は、ローカルクロックを用いて、ローカル信号をディジタル信号に変換する。すなわち、連続信号であるローカル信号を、所定のサンプリング周波数にてディジタル化された離散信号に変換する。ディジタル化されたローカル信号ＡＤ_Ｌは、
ＡＤ_Ｌ＝ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｌ＋Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｌ＋ΔΦ）｝
であるとする。ただし、ｔは時刻、Φ_Ｌはローカル信号の初期位相である。また、第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５は、システムクロックとは非同期のローカルクロックを用いているため、システムクロック換算で周波数ｆ_Ｌに対応するディジタル化されたローカル信号ＡＤ_Ｌは、周波数ずれ成分Δｆと位相ずれ成分ΔΦとを有する。

ミキサ８２０は、二の入力に対して乗算演算を実行し、演算結果を出力する。すなわち、ミキサ８２０が、ディジタル化されたＭＲ信号とディジタル化されたローカル信号とを乗算することにより、
ＡＤ_Ｍ×ＡＤ_Ｌ＝ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ＋Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｍ＋ΔΦ）｝×ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｌ＋Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｌ＋ΔΦ）｝＝（１／２）［ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ＋Δｆ＋ｆ_Ｌ＋Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｍ＋ΔΦ＋Φ_Ｌ＋ΔΦ）｝＋ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ＋Δｆ−ｆ_Ｌ−Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｍ＋ΔΦ−Φ_Ｌ−ΔΦ）｝］＝（１／２）［ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ＋ｆ_Ｌ＋２Δｆ）ｔ＋（Φ_Ｍ＋Φ_Ｌ＋２ΔΦ）｝＋ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ−ｆ_Ｌ）ｔ＋（Φ_Ｍ−Φ_Ｌ）｝］
が得られる。

ローパスフィルタ８２１は、上式における第１項の成分（高周波成分：周波数（ｆ_Ｍ＋ｆ_Ｌ））を減衰させるディジタルフィルタである。換言すると、ローパスフィルタ８２１は、上式における第２項の成分（低周波成分：周波数｜ｆ_Ｍ−ｆ_Ｌ｜）のみを通過させることにより、中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号ＩＦを出力する。すなわち、
ＩＦ＝（１／２）ｃｏｓ｛２π（ｆ_Ｍ−ｆ_Ｌ）ｔ＋（Φ_Ｍ−Φ_Ｌ）｝］
が得られる。なお、ローパスフィルタ８２１は、有限インパルス応答フィルタ（Ｆｉｎａｔｅ Ｉｎｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）、無限インパルス応答フィルタ（Ｉｎｆｉｎａｔｅ Ｉｎｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等、任意のディジタルフィルタを用いてよい。

上式に示されるように、ＭＲ信号ＡＤ_Ｍとローカル信号ＡＤ_Ｌとに含まれていた周波数ずれ成分Δｆと位相ずれ成分ΔΦとは、かかる演算によって相殺される。すなわち、中間周波数信号ＩＦは、周波数ずれ成分も位相ずれ成分も実質的に有さない。

トランスミッタ８２２は、中間周波数信号ＩＦを、無線通信可能な周波数に変換して送信する。かかる無線通信に際しては、取得されるデータ容量に見合うだけの伝送容量を有する所定の通信手段を用いて、実施されることが好適である。また、中間周波数信号ＩＦは、無線送信する前に、ベースバンド信号にダウンコンバートしておいてもよい。

ＲＦトランシーバ３１は、トランスミッタ３１０（送信手段）と、レシーバ３１１と、を有する。

トランスミッタ３１０は、ローカル信号に用いられるＲＦパルスを送信する。なお、トランスミッタ３１０に代えて、ＲＦ送信コイル５２からローカル信号に用いられるＲＦパルスを送信するように実施されてもよい。

レシーバ３１１は、無線ＲＦコイルユニット８ａにおけるトランスミッタ８２２より送信された信号を受信する。受信された信号は、ｋ空間データとして収集され、収集されたｋ空間データに基づいて、被検体Ｓの体内を画像化した磁気共鳴イメージング画像が生成される。

なお、図２においては一の無線ＲＦコイルユニット８ａ及び一のＲＦトランシーバ３１を用いて実施されているが、複数の無線ＲＦコイルユニット８ａ及び複数のＲＦトランシーバ３１を用いて実施されてもよい。更には、複数の無線ＲＦコイルユニット８ａ及び一のＲＦトランシーバ３１を用いて実施されてもよい。

［動作例］
図３は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａにおける無線ＲＦコイルユニット８ａの動作例を示すフローチャートである。以下、図３における各ステップに沿って、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａにおける無線ＲＦコイルユニット８ａの動作を説明する。

ステップＳ１−１〜Ｓ１−３はＭＲ信号に係る処理の流れである。

（ステップＳ１−１）
被検体ＳにＲＦパルスが送信されることにより、固有のラーモア周波数に対応する被検体Ｓの原子核が励起される。また、被検体Ｓが有する原子核が励起状態から元に戻る際に、ＭＲ信号が発生する。第１の受信コイル８０１ａは、当該ＭＲ信号を受信する。当該ＭＲ信号は、システムクロック換算で６４ＭＨｚを有するものとする。しかしながらあくまでも例示に過ぎず、この限りではない。

（ステップＳ１−２）
第１のマッチング回路８０２ａ、第１のプリアンプ８０３ａ、第１のバンドパスフィルタ８０４は、被検体Ｓの体内情報を有するＭＲ信号を調整する。具体的には、第１のマッチング回路８０２ａは、出力インピーダンスと入力インピーダンスとの整合をとる。第１のプリアンプ８０３ａは、ＭＲ信号を増幅する。第１のバンドパスフィルタ８０４は、ＭＲ信号のうち、必要な周波数成分のみを通過させ、かかる成分以外の周波数成分を減衰させる。

（ステップＳ１−３）
第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５は、ローカルクロックを用いて、ＭＲ信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル化されたＭＲ信号を出力する。ここで、第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５は、ローカルクロックを用いてサンプリングを実行する。サンプリングが実行された時点で第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５が出力するディジタル化されたＭＲ信号は、周波数ずれを有する。例えば、
ディジタル化されたＭＲ信号の周波数は、第１の受信コイル８０１ａが受信したＭＲ信号の周波数から０．００００１ＭＨｚずれて、６４．００００１ＭＨｚであるとする。

ステップＳ１−４〜１−６はローカル信号に係る処理の流れである。

（ステップＳ１−４）
第２の受信コイル８１１は、ＲＦトランシーバ３１におけるトランスミッタ３１０より送信されるローカル信号を受信する。当該ローカル信号は、システムクロック換算で６２ＭＨｚを有するものとする。しかしながらあくまでも例示に過ぎず、この限りではない。なお、被検体Ｓにおいて発生したＭＲ信号と、当該ローカル信号とが略同時に受信されるように、ＲＦトランシーバ３１より送信されローカル信号の送信タイミングを、一シーケンスとして予め決定しておくことが好適である。

（ステップＳ１−５）
第２のマッチング回路８１２、第２のプリアンプ８１３、及び第２のバンドパスフィルタ８１４は、ダウンコンバートに用いられるローカル信号を調整する。具体的には、第２のマッチング回路８１２は、出力インピーダンスと入力インピーダンスとの整合をとる。第２のプリアンプ８１３は、ローカル信号を増幅する。第２のバンドパスフィルタ８１４は、ローカル信号のうち、必要な周波数成分のみを通過させ、かかる成分以外の周波数成分を減衰させる。

（ステップＳ１−６）
第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５は、ローカルクロックを用いて、ローカル信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル化されたローカル信号を出力する。ここで、第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５は、ローカルクロックを用いてサンプリングを実行する。サンプリングが実行された時点で第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５が出力するディジタル化されたローカル信号は、周波数ずれを有する。例えば、ディジタル化されたローカル信号の周波数は、第２の受信コイル８１１が受信したＭＲ信号の周波数から０．００００１ＭＨｚずれて、６２．００００１ＭＨｚであるとする。

（ステップＳ１−７）
ミキサ８２０は、ディジタル化されたＭＲ信号とディジタル化されたローカル信号とを、乗算し、乗算信号を出力する。

（ステップＳ１−８）
ローパスフィルタ８２１は、乗算信号から当該乗算信号の低周波成分のみを通過させることにより、中間周波数信号を出力する。当該中間周波数信号の周波数は、ローカルクロック換算で２ＭＨｚであり、周波数ずれや位相ずれを有しない。

（ステップＳ１−９）
トランスミッタ８２２は、中間周波数信号を無線送信可能な周波数に変換して送信する。レシーバ３１１はトランスミッタ８２２で送信された無線信号を受信する。

（変形例）
第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａにおいて、無線ＲＦコイルユニット８ａは、ミキサ８２０とローパスフィルタ８２１とを有する。かかる構成要素により、中間周波数信号が出力される。また、当該中間周波数信号は、不図示ではあるが、ＲＦトランシーバ３１へ送信（無線送信）された後、再びダウンコンバートされ、ベースバンド信号が出力される。しかしながら当該例に拘泥されず、変形例として、無線送信後におけるダウンコンバートを行わずに、ミキサ８２０と変形例に係るローパスフィルタ等とを用いて、直接ベースバンド信号を出力するように実施されてもよい。

（効果）
第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａによれば、以下の効果が奏される。

第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａは、無線ＲＦコイルユニット８ａを具備する。無線ＲＦコイルユニット８ａは、システムクロック換算で周波数ｆ_Ｍとｆ_Ｍとは異なる周波数ｆ_Ｌとを有するアナログ信号を受信する少なくとも一つの受信手段（第１の受信コイル８０１ａ及び第２の受信コイル８１１）と、ローカルクロックに基づいて、当該アナログ信号を、周波数ｆ_Ｍに対応する第１のディジタル信号（ＭＲ信号ＡＤ_Ｍ）と、周波数ｆ_Ｌに対応する第２のディジタル信号（ローカル信号ＡＤ_Ｌ）と、に変換する変換手段（第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５及び第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５）と、ディジタル化されたＭＲ信号ＡＤ_Ｍとディジタル化されたローカル信号ＡＤ_Ｌとを乗算することにより、周波数ｆ_Ｍと周波数ｆ_Ｌとの差分である周波数｜ｆ_Ｍ−ｆ_Ｌ｜を有する第３のディジタル信号（中間周波数信号ＩＦ）を生成する乗算手段（ミキサ８２０）と、を有する。

かかる構成により、中間周波数信号は、システムクロックとローカルクロックとが非同期であること（非同期性）に起因する周波数ずれ成分Δｆと位相ずれ成分ΔΦとを、実質的に有さない。すなわち、かかる構成により、システムクロックに対して非同期であるローカルクロックでアナログ−ディジタル変換される信号の非同期性を低減することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂにおけるＲＦトランシーバ３１と無線ＲＦコイルユニット８ｂとの構成を示すブロック図である。以下の説明において、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａと略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂは、ＲＦトランシーバ３１及び無線ＲＦコイルユニット８ｂを有する。

無線ＲＦコイルユニット８ｂは、受信コイル８０１ｂと、マッチング回路８０２ｂと、プリアンプ８０３ｂと、第１のバンドパスフィルタ８０４と、第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５と、第２のバンドパスフィルタ８１４と、第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５と、ミキサ８２０と、ローパスフィルタ８２１と、トランスミッタ８２２を有する。

受信コイル８０１ｂは、被検体Ｓにおいて発生したＭＲ信号と、ＲＦトランシーバ３１におけるトランスミッタ３１０より送信されローカル信号に用いられるＲＦパルスとを受信する。ここで、当該ＭＲ信号は、システムクロック（図４においては、ＳＹＳＴＥＭ ＣＬＫと表記）換算で周波数ｆ_Ｍ（第１の周波数）を有するものとする。また、当該ローカル信号は、システムクロック換算で周波数ｆ_Ｌ（第２の周波数）を有するものとする。

マッチング回路８０２ｂは、出力インピーダンスと入力インピーダンスとの整合をとる回路である。

プリアンプ８０３ｂは、被検体Ｓの体内情報を有するＭＲ信号とダウンコンバートに用いられるローカル信号とが混在する受信信号を増幅する。増幅された受信信号は、第１のバンドパスフィルタ８０４と、第２のバンドパスフィルタ８１４とに分配される。第１のバンドパスフィルタ８０４は、ＭＲ信号に対応する周波数成分のみを通過させる特性を有し、第２のバンドパスフィルタ８１４は、ローカル信号に対応する周波数成分のみを通過させる特性を有する。したがって、第１のバンドパスフィルタ８０４が出力する信号は、受信コイル８０１ｂが受信した受信信号のうち、ＭＲ信号に対応する信号である。また、第２のバンドパスフィルタ８１４が出力する信号は、受信コイル８０１ｂが受信した受信信号のうち、ローカル信号に対応する信号である。

［動作例］
図５は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂにおける無線ＲＦコイルユニット８ｂの動作例を示すフローチャートである。以下、図５における各ステップに沿って、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂにおける無線ＲＦコイルユニット８ｂの動作を説明する。

（ステップＳ２−１）
被検体ＳにＲＦパルスが送信されることにより、固有のラーモア周波数に対応する被検体Ｓの原子核が励起される。また、被検体Ｓが有する原子核が励起状態から元に戻る際に、ＭＲ信号が発生する。受信コイル８０１ｂは、当該ＭＲ信号を受信する。当該ＭＲ信号は、システムクロック換算で６４ＭＨｚを有するものとする。しかしながらあくまでも例示に過ぎず、この限りではない。
また、受信コイル８０１ｂは、ＲＦトランシーバ３１におけるトランスミッタ３１０より送信されるローカル信号を受信する。当該ローカル信号は、システムクロック換算で６２ＭＨｚを有するものとする。しかしながらあくまでも例示に過ぎず、この限りではない。なお、被検体Ｓにおいて発生したＭＲ信号と、当該ローカル信号とが略同時に受信されるように、ＲＦトランシーバ３１より送信されローカル信号の送信タイミングを、一シーケンスとして予め決定しておくことが好適である。

（ステップＳ２−２）
マッチング回路８０２ｂ、プリアンプ８０３ｂ、及び第１のバンドパスフィルタ８０４は、被検体Ｓの体内情報を有するＭＲ信号及びダウンコンバートに用いられるローカル信号を調整する。具体的には、マッチング回路８０２ｂは、出力インピーダンスと入力インピーダンスとの整合をとる。プリアンプ８０３ｂは、ＭＲ信号及びローカル信号を増幅する。第１のバンドパスフィルタ８０４は、ＭＲ信号のうち、必要な周波数成分のみを通過させ、かかる成分以外の周波数成分を減衰させる。第２のバンドパスフィルタ８１４は、ローカル信号のうち、必要な周波数成分のみを通過させ、かかる成分以外の周波数成分を減衰させる。

（ステップＳ２−３）
第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５は、ローカルクロックを用いて、ＭＲ信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル化されたＭＲ信号を出力する。ここで、第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５は、ローカルクロックを用いてサンプリングを実行する。サンプリングが実行された時点で第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５が出力するディジタル化されたＭＲ信号は、周波数ずれを有する。例えば、ディジタル化されたＭＲ信号の周波数は、受信コイル８０１ｂが受信したＭＲ信号の周波数から０．００００１ＭＨｚずれて、６４．００００１ＭＨｚであるとする。
また、第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５は、ローカルクロックを用いて、ローカル信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタル化されたローカル信号を出力する。ここで、第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５は、ローカルクロックを用いてサンプリングを実行する。サンプリングが実行された時点で第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５が出力するディジタル化されたローカル信号は、周波数ずれを有する。例えば、ディジタル化されたローカル信号の周波数は、受信コイル８０１ｂが受信したローカル信号の周波数から０．００００１ＭＨｚずれて、６２．００００１ＭＨｚであるとする。

（ステップＳ２−４）
ミキサ８２０は、ディジタル化されたＭＲ信号とディジタル化されたローカル信号とを、乗算し、乗算信号を出力する。

（ステップＳ２−５）
ローパスフィルタ８２１は、乗算信号から当該乗算信号の低周波成分のみを通過させることにより、中間周波数信号を出力する。当該中間周波数信号は、ローカルクロック換算で２ＭＨｚであり、周波数ずれや位相ずれを有しない。

（ステップＳ２−６）
トランスミッタ８２２は、中間周波数信号を無線送信可能な周波数に変換して送信する。レシーバ３１１はトランスミッタ８２２で送信された無線信号を受信する。

（変形例）
第２に実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂにおいて、無線ＲＦコイルユニット８ｂは、ミキサ８２０とローパスフィルタ８２１とを有する。かかる構成要素により、中間周波数信号が出力される。また、当該中間周波数信号は、不図示ではあるが、ＲＦトランシーバ３１へ送信（無線送信）された後、再びダウンコンバートされ、ベースバンド信号が出力される。

しかしながら当該例に拘泥されず、変形例として、無線送信後におけるダウンコンバートを行わずに、ミキサ８２０と変形例に係るローパスフィルタ等とを用いて、直接ベースバンド信号を出力するように実施されてもよい。

（効果）
第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂによれば、以下の効果が奏される。

第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂは、無線ＲＦコイルユニット８ｂを具備する。無線ＲＦコイルユニット８ｂは、システムクロック換算で周波数ｆ_Ｍとｆ_Ｍとは異なる周波数ｆ_Ｌとを有するアナログ信号を受信する少なくとも一つの受信手段（受信コイル８０１ｂ）と、ローカルクロックに基づいて、当該アナログ信号を、周波数ｆ_Ｍに対応する第１のディジタル信号（ＭＲ信号ＡＤ_Ｍ）と、周波数ｆ_Ｌに対応する第２のディジタル信号（ローカル信号ＡＤ_Ｌ）と、に変換する変換手段（第１のアナログ−ディジタルコンバータ８０５及び第２のアナログ−ディジタルコンバータ８１５）と、ディジタル化されたＭＲ信号ＡＤ_Ｍとディジタル化されたローカル信号ＡＤ_Ｌとを乗算することにより、周波数ｆ_Ｍと周波数ｆ_Ｌとの差分である周波数｜ｆ_Ｍ−ｆ_Ｌ｜を有する第３のディジタル信号（中間周波数信号ＩＦ）を生成する乗算手段（ミキサ８２０）と、を有する。

かかる構成により、中間周波数信号は、システムクロックとローカルクロックとが非同期であることに起因する周波数ずれ成分Δｆと位相ずれ成分ΔΦとを、実質的に有さない。すなわち、かかる構成により、システムクロックに対して非同期であるローカルクロックでアナログ−ディジタル変換される信号の非同期性を低減することができる。

また、かかる構成により、必要な部品を最小限に抑え、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａにおける無線ＲＦコイルユニット８ａに比して、安価かつ小型な無線ＲＦコイルユニット８ｂを実施することができる。

第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａと第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂとおける構成部は、主として、回路（ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される。

またプロセッサとは、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＬＰＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは、記憶回路に保存されたプログラムを読み出し、実行することで、機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成されても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて一のプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。更に、複数の構成要素を一のプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

上述の通り、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ａは、無線ＲＦコイルユニット８ａを有する。また、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１ｂは、無線ＲＦコイルユニット８ｂを有する。しかしながら、無線ＲＦコイルユニット８ａが独立の無線ＲＦコイル装置として実施されてもよい。同様に、無線ＲＦコイルユニット８ｂが独立の無線ＲＦコイル装置として実施されてもよい。かかる場合であっても、当該無線ＲＦコイル装置は、周波数ずれ成分と位相ずれ成分とを相殺するように実施されるものである。

（効果）
以上の実施形態に係る構成によれば、以下の効果が奏される。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、無線ＲＦコイルユニットを具備する。前記無線ＲＦコイルユニットは、第１のクロック換算で第１の周波数と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数とを有するアナログ信号を受信する少なくとも一つの受信手段と、第２のクロックに基づいて、前記アナログ信号を、前記第１の周波数に対応する第１のディジタル信号と、前記第２の周波数に対応する第２のディジタル信号と、に変換する変換手段と、前記第１のディジタル信号と前記第２のディジタル信号とを乗算することにより、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分である第３の周波数を有する第３のディジタル信号を生成する乗算手段と、を有する。

かかる構成により、中間周波数信号は、システムクロックとローカルクロックとが非同期であることに起因する周波数ずれ成分と位相ずれ成分とを、実質的に有さない。すなわち、システムクロックに対して非同期であるローカルクロックでアナログ−ディジタル変換される信号の非同期性を低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ａ、１ｂ…磁気共鳴イメージング装置、２０…処理回路、２１…記憶回路、３０…シーケンスコントローラ、３１…ＲＦトランシーバ、３１０…トランスミッタ、３１１…レシーバ、４…傾斜磁場電源ユニット、５…架台、５０…静磁場磁石、５１…傾斜磁場コイル、５２…ＲＦ送信コイル、６０…寝台、６１…天板、７０…入力インターフェース回路、７１…表示回路、８ａ、８ｂ…無線ＲＦコイルユニット、８０１ａ…第１の受信コイル、８０１ｂ…受信コイル、８０２ａ…第１のマッチング回路、８０２ｂ…マッチング回路、８０３ａ…第１のプリアンプ、８０３ｂ…プリアンプ、８０４…第１のバンドパスフィルタ、８０５…第１のアナログ−ディジタルコンバータ、８１１…第２の受信コイル、８１２…第２のマッチング回路、８１３…第２のプリアンプ、８１４…第２のバンドパスフィルタ、８１５…第２のアナログ−ディジタルコンバータ、８２０…ミキサ、８２１…ローパスフィルタ、８２２…トランスミッタ、Ｓ…被検体。

Claims (10)

1. 無線ＲＦコイルユニットを具備する磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記無線ＲＦコイルユニットは、
   前記無線ＲＦコイルユニットとは異なる機器の第１のクロックに同期した第１の周波数を有する第１のアナログ信号と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２のアナログ信号とを受信する少なくとも一つの受信手段と、
   前記無線ＲＦコイルユニットの第２のクロックに従い、前記第１のアナログ信号を第１のディジタル信号に変換し、前記第２のアナログ信号を第２のディジタル信号に変換する変換手段と、
   前記第１のディジタル信号と前記第２のディジタル信号との乗算信号を発生する乗算手段と、
   前記乗算信号のうち所定の周波数成分を通過させて中間周波数信号を出力するフィルタ手段と、を有する、
   磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記フィルタ手段は、前記乗算信号のうち前記所定の周波数成分を通過させることにより、前記第１のディジタル信号と前記第２のディジタル信号とに含まれる、前記第１のクロックと前記第２のクロックとの非同期に起因する周波数ずれ成分と位相ずれ成分とが減少された前記中間周波数信号を出力する、請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記フィルタ手段は、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数を有する前記中間周波数信号を出力する、請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記第１の周波数は磁気共鳴信号の周波数であり、前記第２の周波数は磁気共鳴信号の周波数とは異なる周波数である、請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記第１のアナログ信号は磁気共鳴信号であり、
   前記第２のアナログ信号は前記無線ＲＦコイルユニットに無線を介して接続された前記機器において使用される前記第１のクロックである、
   請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記受信手段は、前記第１のアナログ信号を受信する第１の受信手段と、前記第２のアナログ信号を受信する第２の受信手段とを含む、
   請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記第２のアナログ信号を、前記受信手段により受信するために、所定のタイミングにおいて送信する送信手段を更に備える、請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記機器を更に備え、
   前記機器は、前記第１のクロックに従い前記中間周波数信号を処理する、
   請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記機器と送信手段とを更に備え、
   前記機器は、前記第１のクロックに同期した前記第１の周波数を有する送信駆動信号を発生し、
   前記送信手段は、前記送信駆動信号に応答してＲＦパルスを送信し、
   前記受信手段は、前記ＲＦパルスにより励起した被検体内の原子核から発生された前記第１のアナログ信号を受信する、
   請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 外部の第１のクロックに同期した第１の周波数を有する第１のアナログ信号と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２のアナログ信号とを受信する少なくとも一つの受信手段と、
    内部の第２のクロックに従い、前記第１のアナログ信号を第１のディジタル信号に変換し、前記第２のアナログ信号を第２のディジタル信号に変換する変換手段と、
    前記第１のディジタル信号と前記第２のディジタル信号との乗算信号を発生する乗算手段と、
    前記乗算信号のうち所定の周波数成分を通過させて中間周波数信号を出力するフィルタ手段と、
    を具備する、無線ＲＦコイル装置。