JP6933518B2 - 磁気共鳴イメージングシステム及び受信コイルユニット - Google Patents
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Description
図1を用いて、第1の実施形態に係るMRIシステムの構成について説明する。
同図に示すように、第1の実施形態に係るMRIシステム1は、MRI装置10と受信コイルユニット20とを含む。
受信コイルユニット20は、第2クロック生成回路201と、受信コイル203と、第1アナログデジタル変換(ADC)回路205(第1サンプリング部)と、アンテナ207と、クロック受信回路209(受信部)と、フェイズロックループ(PLL:Phase Locked Loop)回路211(PLL部)と、第2ADC回路213(第2サンプリング部)と、ずれ情報生成回路215(ずれ情報生成部)と、ずれ補正回路217(ずれ補正部)と、MR信号送信回路219(磁気共鳴信号送信部)と、アンテナ221とを含む。
図3は、クロック受信回路209で受信したクロック信号の波形(クロック波形ともいう)を示す。横軸が時間を示し、縦軸が振幅を示す。
クロック波形S3は、ACカップリング後の波形である。図4に示すように、包絡線検波により本来のクロック波形S1に対して振幅が変動した場合でも、クロック波形S1の基準振幅位置P1とクロック波形S3の基準振幅位置P3との位相が揃い、位相ずれが抑えられることがわかる。
第2クロック源2011は、例えば、発振器であり、発振信号を生成する。
ステップS602では、受信コイルユニット20のクロック受信回路209が、第1クロック信号を第3クロック信号として受信する。
ステップS604では、受信コイルユニット20のずれ情報生成回路215が、第3クロック信号のサンプリング数及び第3クロック信号の山の数をカウントする。
ステップS606では、例えばシーケンス制御回路121が、キャリブレーション期間が終了したかどうかを判定する。終了判定は、例えば、タイマーなどにより時間を計測し、予め設定された時間が経過した場合に、キャリブレーション期間が終了したと判定すればよい。キャリブレーション期間が終了した場合は、ステップS607に進み、キャリブレーション期間が終了していない場合は、ステップS601からステップS605までの処理を継続して行う。
ステップS608では、受信コイルユニット20の受信コイル203が、被検体QからMR信号を受信する。
ステップS610では、受信コイルユニット20のずれ補正回路217が、ずれ情報に基づいて、サンプリングされたデジタルMR信号を第1クロック信号でサンプリングした状態に近づくように補正する。
ステップS612では、MRI装置10のMR信号受信回路119が、補正されたMR信号を受信する。なお、補正されたMR信号の先頭にフラグを立てておけば(タグ付けすれば)、MR信号の開始位置がわかるので、MR信号がMR信号送信回路219とMR信号受信回路119との間で無線通信されることによる伝搬環境の影響はない。
まず、本実施形態で想定するクロック信号のずれの概念について図7及び図8を参照して説明する。
図10に示すカウント方法の場合、第3クロック信号のノイズレベルによっては閾値の誤判定が生じる場合がある。このような場合には、図11に示すように、閾値に対してデジタル的なヒステリシスコンパレータ(VTH及びVTL)を設けてもよい。クロック波形S6における立ち上がりのサンプリング点がVTHの値を超えた場合、クロック波形S6の山であるとしてカウントすればよい。これにより、雑音による閾値判定での誤判定を抑制することができる。
図12に示すように、クロック波形S7の振幅値に対して複数の閾値1201を設け、振幅値のレベル情報を取得し、2つのサンプリング点を線形補間することにより、直線1202を得る。直線1202と閾値1001との交点を山の立ち上がりとして判定し、クロック波形S6の山の数をカウントしてもよい。
第4例では、第3クロック信号の観測開始から所定期間1301、及び第3クロック信号の観測終了前の所定期間1302は、複数の閾値1201を用いた第3例のカウント方法を用いる。一方、所定期間1301及び所定期間1302以外の期間、すなわち第3例のカウント方法を用いない期間は、1つの閾値を用いた第1例のカウント方法を用いるなど、他の任意のカウント方法を用いればよい。
なお、第2例のカウント方法と第3例のカウント方法とを組み合わせて山の数をカウントしてもよい。
図14は、デジタル第3クロック波形の位相特性を示す。本実施形態では、クロック波形の立ち上がりで山の数をカウントするため、次の山がカウントされるまでは同じ1周期内のサンプリング点を示す。すなわち、図9から図13の例では、1周期において7個のサンプリング点901が存在するので、図14に示すように、7つの点が1周期を表す階段状の位相特性のグラフとなる。
図16は、図15のグラフに加え、第2クロック信号の位相特性を合わせてプロットしたグラフである。
ずれ情報生成回路215は、第1クロック信号と第2クロック信号との周波数ずれを、第1クロック信号の推定値1601の傾きと第2クロック信号の計測値1602の傾きとの差分を式(4)を用いて計算すればよい。
MR信号は、システム側の第1クロック信号とは独立した第2クロック信号を用いて受信コイルユニットにおいてサンプリングするため、無線伝搬路の影響によりクロック信号が不規則に揺らぐことは想定されない。
上述したずれ情報は、本測定前のキャリブレーション期間で観測した第3クロック信号に基づいて生成することを想定するが、これに限らず、キャリブレーション期間経過後の本測定期間においても、第3クロック信号の観測を継続してもよい。本測定期間中の第3クロック信号を用いることで、ずれ情報生成回路215は、より本測定期間中の伝搬環境の影響を反映したずれ情報を生成することができる。
図19は、位相特性のグラフであり、第1クロック信号の推定値1901の始点は固定され、終点が本測定中のサンプリング値に基づいて更新される例である。すなわち、ずれ情報生成回路215は、キャリブレーション期間では、始点と終点1902とを結ぶ直線の傾きに基づいてずれ情報を算出する。本測定期間において、ずれ情報生成回路215は、新たに取得したサンプリング値を第1クロックの推定値1901の終点1903として更新する。その後、ずれ情報生成回路215は、始点と終点1903とを結ぶ直線の傾きに基づいて、ずれ情報を更新すればよい。
図19では、第1クロック信号の推定値1901の終点を更新したが、図20では、終点はあるサンプリング点で固定され、第1クロック信号の推定値1901の始点2001が更新される例である。ずれ情報生成回路215は、始点2001から一定期間経過後のサンプリング点を始点2002として更新すればよい。なお、始点を更新するか否かは、終点の更新と同様の処理を行えばよい。第2例の手法によっても、適切に第1クロック信号の推定値1901の推定精度を高めることができる。
図21の例では、ずれ情報生成回路215は、第3クロック信号の始点及び終点の両方を更新する。第3例の手法によっても、適切に第1クロック信号の推定値1901の推定精度を高めることができる。
ずれ補正回路217は、ずれ情報に基づいて、第2クロック信号の周波数及び位相を第1クロック信号の推定値1901に合わせるための補正情報を生成し、第2クロック生成回路201に送る。第2クロック生成回路201は、受け取った補正情報に基づいて、第2クロック信号の周波数及び位相を変更し、新たな第2クロック信号2201を生成すればよい。
図23に示すように、第1クロック信号の推定値が更新されるたびに、更新された推定値に合わせて第2クロック信号の周波数及び位相が変更されてもよい。
第2の実施形態では、複数のチャネルにそれぞれ対応する複数の受信コイルが存在する場合を想定する。
図24に示す受信コイルユニット20は、複数の受信コイル203、複数の第1ADC回路205及び複数のずれ補正回路217と、デジタル多重回路223を含むほかは、図2と同様であるので説明を省略する。
MR信号送信回路219は、多重化信号をMRI装置10に向けて無線送信する。
上述の実施形態では、受信コイルユニット20側で第1クロック信号と第2クロック信号とのずれを補正したが、MRI装置10側でずれを補正してもよい。
第3の実施形態に係るMRIシステム1について図25及び図26のブロック図を参照して説明する。
また、図26に示す受信コイルユニット20は、図2に示す受信コイルユニット20から、クロック受信回路209、PLL回路211、第2ADC回路213、ずれ情報生成回路215及びずれ補正回路217を除き、新たにクロック送信回路122を含むほかは、図2と同様である。
MR信号送信回路219が、第1ADC回路205からデジタルMR信号を受け取る。MR信号送信回路219が、デジタルMR信号をMRI装置10に送信する。
第2ADC回路213は、受信コイルユニット20に含まれる場合と同様の処理を行い、PLL回路211から補正されたアナログ第4クロック信号を、シーケンス制御回路121のPLL機能1213から第5クロック信号をそれぞれ受け取る。第2ADC回路213は、第5クロック信号に基づいて、アナログ第4クロック信号をサンプリングし、デジタル信号であるデジタル第4クロック信号を生成する。
第5クロック信号は、上述のようにRFパルスの生成に用いられる第1クロック信号を逓倍されることで生成されるので、第5クロック信号は第1クロック信号と同期している。よって、結果的にMRI装置10側の第1クロック信号と受信コイルユニット20側の第2クロック信号とのずれに関するずれ情報を生成することができる。
ずれ補正回路217は、受信コイルユニット20に含まれる場合と同様の処理を行い、MR信号受信回路119からMRデータを、ずれ情報生成回路215からずれ情報をそれぞれ受け取る。ずれ補正回路217は、ずれ情報に基づいてMRデータを補正する。
Claims (12)
- 磁気共鳴イメージング装置及び受信コイルユニットを含む磁気共鳴イメージングシステムであって、
前記磁気共鳴イメージング装置は、
第1クロック信号を生成する第1クロック生成部と、
前記第1クロック信号に基づきRFパルスを送信する第1送信部と、を具備し、
前記受信コイルユニットは、
前記RFパルスに基づく磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、
第2クロック信号を用いて前記磁気共鳴信号をサンプリングする第1サンプリング部と、を具備し、
前記磁気共鳴イメージング装置及び前記受信コイルユニットのどちらか一方は、
キャリブレーション期間に前記第1クロック信号と前記第2クロック信号との差分に関するずれ情報を生成するずれ情報生成部と、
前記ずれ情報を用いて、サンプリングされた前記磁気共鳴信号を補正するずれ補正部と、をさらに具備する、磁気共鳴イメージングシステム。 - 前記受信コイルユニットは、
無線送信された前記第1クロック信号を第3クロック信号として受信する受信部をさらに具備し、
前記ずれ情報生成部は、前記第3クロック信号と前記第2クロック信号とを比較することにより前記ずれ情報を生成する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージングシステム。 - 前記受信コイルユニットは、
前記第3クロック信号を前記第2クロック信号でサンプリングする第2サンプリング部をさらに具備し、
ずれ情報生成部は、サンプリングされた第3クロック信号を用いて前記ずれ情報を生成する、請求項2に記載の磁気共鳴イメージングシステム。 - 前記ずれ情報生成部は、前記第3クロック信号の周期の数に基づく位相特性を算出し、当該位相特性における任意の2点を結ぶ直線の傾きから前記第1クロック信号と前記第2クロック信号との周波数ずれを前記ずれ情報として算出する、請求項2または請求項3に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記ずれ情報生成部は、前記位相特性に関し前記任意の2点の少なくとも一方を変更して得られる新たな直線の傾きに基づいて、前記ずれ情報を更新する、請求項4に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記受信コイルユニットは、
前記第3クロック信号の揺らぎを補正するPLL(Phase Locked Loop)部をさらに具備する、請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。 - 前記第2クロック信号の周波数は、前記第1クロック信号の周波数よりも高い、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記第2クロック信号の周波数は、前記第1クロック信号の周波数の整数倍である、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記磁気共鳴イメージング装置は、
振幅変調または周波数変調の少なくとも一方の変調方式を用いて前記第1クロック信号を送信する第2送信部をさらに具備する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。 - 前記ずれ補正部は、サンプリングされた前記磁気共鳴信号に対し、前記ずれ情報に基づく周波数ずれまたは位相ずれに応じた複素数を乗算する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記受信コイルユニットは、複数の受信コイルを含み、
前記第1サンプリング部は、前記第2クロック信号を用いて前記複数の受信コイルで受信した各磁気共鳴信号をサンプリングし、
前記ずれ補正部は、前記ずれ情報を用いてサンプリングされた各磁気共鳴信号を補正する、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。 - 無線送信された第1クロック信号を第3クロック信号として受信する受信部と、
RFパルスに基づく磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、
前記第1クロック信号の周波数よりも高い周波数を有する第2クロック信号を用いて前記磁気共鳴信号をサンプリングするサンプリング部と、
キャリブレーション期間に前記第3クロック信号と前記第2クロック信号とを比較することにより、前記第1クロック信号と当該第2クロック信号との差分に関するずれ情報を生成するずれ情報生成部と、
前記ずれ情報を用いて、サンプリングされた前記磁気共鳴信号を補正するずれ補正部と、
補正された前記磁気共鳴信号を無線送信する磁気共鳴信号送信部と、を具備する受信コイルユニット。
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