JPH1099294A - 核磁気共鳴検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ４倍オーバーサンプリング手法に基づくＤＰ
ＳＤ方式の複素検波によって得られる実部データと虚部
データの振幅差を少なくする。 【解決手段】 受信信号をＡ／Ｄ変換器２８でＡ／Ｄ変
換して得たデータ列に対して、乗算器３１において
（１、０、−１、０）の系列の係数を順次乗じて実部デ
ータを、乗算器３２において（０、１、０、−１）の系
列の係数を順次乗じて虚部データを、それぞれ得る構成
において、実部データと虚部データとの振幅差が大きい
ときにサンプリングパルス発生器２９に与える制御信号
によってサンプリングパルスの全体を時間的にシフトさ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、核磁気共鳴現象
（ＭＲ現象）を利用してイメージングやスペクトロスコ
ピー測定を行なう核磁気共鳴検査装置に関し、とくにそ
の共鳴信号受信系の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴検査装置では、被検体（人
体）を静磁場中に配置し、その磁場強度に対応する共鳴
周波数に一致する周波数のＲＦ電力のパルス的な照射を
行なって被検体中の核スピンを励起する。その後、被検
体に生じるＮＭＲ信号を受信する。その際、ＮＭＲ信号
に位置情報を付加するため、Ｘ，Ｙ，Ｚの直交３軸の各
方向に磁場強度が傾斜している傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇ
ｚのパルスを発生させる。そして受信信号を検波・Ａ／
Ｄ変換してデータ収集し、このデータを画像再構成演算
処理することにより画像を再現する。

【０００３】この核磁気共鳴検査装置の共鳴信号受信系
には、最近では、複素検波回路としてＤＰＳＤ（ Digit
al Phase Sencitive Detection ）方式が採用されてい
る。これによると、４倍オーバーサンプリング手法に基
づき受信信号を所望の画像周波数帯域の実質的な４倍の
サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し、こうして得たデー
タに対して、（１、０、−１、０）の系列の係数を順次
乗じて実部のデータを、（０、１、０、−１）の系列の
係数を順次乗じて虚部のデータを、それぞれ得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＤ
ＰＳＤ方式の場合、受信信号とサンプリング周期との間
の位相関係によっては問題が生じる。受信信号とサンプ
リング周期との間に位相差があると、実部のデータと虚
部のデータの間に大きな振幅差が生じることになる。そ
うすると受信系の受信ゲインの調整時に信号の大きな方
に受信ゲインが合わされるために、信号の小さい方で
は、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に利用で
きないこととなって、後のデータ処理において演算誤差
や桁落ち等で微細なデータの欠落を生じ、結果として再
構成画像の画質の劣化を招来する。

【０００５】この発明は、上記に鑑み、ＤＰＳＤ方式に
よって複素検波を行なう際に実部データと虚部データと
の間の振幅の差が大きくならないように改善した、核磁
気共鳴検査装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によれば、静磁場を発生する手段と、該静
磁場に重畳するよう直交３軸の各方向の傾斜磁場をそれ
ぞれ発生する手段と、高周波励起信号の送信手段と、共
鳴信号を受信し、その受信信号を複素検波・Ａ／Ｄ変換
してデータを得る受信手段と、該データを処理して画像
を再構成する画像再構成手段とを備える核磁気共鳴検査
装置において、上記の受信手段は、受信信号をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段におけるサ
ンプリングタイミングを全体として時間的にシフトさせ
る手段と、上記Ａ／Ｄ変換手段から得られるデータ列に
対して（１、０、−１、０）の系列の係数を順次乗じて
実部のデータを、（０、１、０、−１）の系列の係数を
順次乗じて虚部のデータを、それぞれ得る乗算手段とを
備えることが特徴となっている。

【０００７】たとえば、実撮像に先立ってあらかじめ試
験的に、撮像パルスシーケンスをたとえば１ライン分行
なってみてデータ収集し、そのデータの実部成分と虚部
成分との間の振幅差を見る。その振幅差が設定値を超え
ている場合、Ａ／Ｄ変換手段におけるサンプリングタイ
ミングを全体として時間的に、たとえばサンプリング間
隔の半分ほど、シフトさせる。その上で実撮像パルスシ
ーケンスを行ないデータを収集する。すると、実部デー
タと虚部データとの間の大きな振幅差は解消される。そ
の振幅差の原因となっていた受信信号とサンプリング周
期との間の位相差が解消されたからである。その結果、
Ａ／Ｄ変換手段のダイナミックレンジを有効に利用する
ことができ、演算誤差等をなくして再構成画像の画質を
改善することが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。この発明に
かかる核磁気共鳴検査装置は図２のように構成されてお
り、その受信系は図１のように構成される。図２におい
て、核磁気共鳴検査装置には、磁場発生装置１１と、Ｒ
Ｆ送信装置１２と、受信装置１３とが備えられる。磁場
発生装置１１は、静磁場およびこれに重畳する傾斜磁場
を発生するものである。この磁場中に被検体（図示しな
い）が配置され、ＲＦ送信装置１２はこの被検体にＲＦ
パルスを照射してその核スピンを励起する。励起された
被検体から発生するＮＭＲ信号が受信装置１３によって
受信される。シーケンスコントローラ１４は傾斜磁場の
パルス波形と発生タイミングを制御し、ＲＦパルスのキ
ャリアの周波数、エンベロープ波形およびその発生タイ
ミングをコントロールし、さらに、受信装置１３にＡ／
Ｄ変換のための制御信号などを与えてこれを制御する。
受信装置１３において得られたデータはコンピュータ１
５に取り込まれて、フィルタ処理や画像再構成のための
処理が行なわれる。

【０００９】受信系では、たとえば、図１に示すような
２段階に周波数を下げるヘテロダイン方式が採用されて
いる。すなわち、ここでは、受信コイル２１で受信した
共鳴周波数の共鳴信号を前置増幅回路２２を経てミキサ
ー２３に送り、内部で発生された周波数ｆ１の信号とミ
キシングされてその差の周波数に下げられる。周波数変
換された信号はバンドパスフィルタ２４および増幅器２
５を経て、第２のミキサー２６に送られる。ここでも、
内部で発生された周波数ｆ２の信号とミキシングされて
その差の周波数に下げられ、アンチエイリアジングフィ
ルタ２７を経てＡ／Ｄ変換器２８に入力される。

【００１０】Ａ／Ｄ変換器２８では、サンプリングパル
ス発生器２９からのサンプリングパルスに応じて入力信
号をサンプリングし、データを得る。このサンプリング
パルス発生器２９は、たとえばＤＤＳ（デジタルダイレ
クトシンセサイザ）などで構成することができ、シーケ
ンスコントローラ１４からの制御信号によって発生する
サンプリングパルスの周期（周波数）やタイミング（開
始タイミング）や個数が制御されている。このサンプリ
ングパルスは、基本的には、画像化に際して必要な周波
数帯域の４倍の周波数（４倍の帯域を持つようなサンプ
リング間隔）のものとされるが、アンチエイリアジング
フィルタ２７等の工夫によりそれよりも低い周波数とす
ることも可能である。

【００１１】こうしてサンプリング・Ａ／Ｄ変換されて
得たデータ列は、乗算器３１、３２に送られる。乗算器
３１では、入力されたデータ列に対して、（０、１、
０、−１）の係数を順次繰り返して乗算する。他方、乗
算器３２では、入力されたデータ列に対して、（１、
０、−１、０）の係数を順次繰り返して乗算する。乗算
器３１より得られるデータ列は複素検波の実部のデータ
列となり、乗算器３２より得られるデータ列は複素検波
の虚部のデータ列となる。これらのデータ列はコンピュ
ータ１５に送られてフィルタ処理や画像再構成処理を受
けて画像が再構成される。

【００１２】ミキサー２６より出力されアンチエイリア
ジングフィルタ２７を経た、低い周波数に変換された受
信信号が図３の（ａ）で示すようなものであるとする。
Ａ／Ｄ変換器２８に与えられるサンプリングパルスが図
３の（ｂ）の矢印で示すようなタイミングで生じるもの
とすると、そのサンプリングパルスの各々のタイミング
ごとに受信信号がサンプリングされてＡ／Ｄ変換され
る。すなわち、この図３に示すように、サンプリングパ
ルスの各々のタイミングに対応してＤ１、Ｄ２、Ｄ３、
Ｄ４、…のデータが順次得られる。

【００１３】このデータ列Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…
に対して（０、１、０、−１）の係数を順次繰り返して
乗算すると、図４の（ａ）で示すような、０、Ｄ２、
０、−Ｄ４、０、Ｄ６、…のデータ列が得られる。ま
た、データ列Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…に対して
（１、０、−１、０）の係数を順次繰り返して乗算する
と、図４の（ｂ）で示すような、Ｄ１、０、−Ｄ３、
０、Ｄ５、…のデータ列が得られる。そこで、前者が複
素検波の実部データ、後者が虚部（９０°位相の違っ
た）データとなることが分かる。

【００１４】ところで、Ａ／Ｄ変換器２８の入力信号の
位相とサンプリングパルスの位相との関係によっては、
図５に示すような、大きな振幅の実部データＩと小さな
振幅の虚部データＱとが得られることがある。この図５
では信号ベクトルＳの位相が実部データを収集したタイ
ミングに近い場合であるが、信号ベクトルＳの位相が虚
部データを収集したタイミングに近い場合も同様であ
る。このように測定系の位相と信号の位相との関係によ
ってはデータの実部成分と虚部成分とで大きな振幅差を
生じる。その結果、このようなデータをそのまま用いて
フィルタ処理や画像再構成処理などの後段での処理を行
なうと、それらにおいてダイナミックレンジの有効な利
用が行われないこととなって、誤差を生じ、ひいては再
構成画像の画質の劣化を招く。

【００１５】このように複素検波の実部データと虚部デ
ータの振幅差が大きいときに、この発明では、シーケン
スコントローラ１４からサンプリングパルス発生器２９
に与える制御信号によって、発生するサンプリングパル
スのタイミングを全体としてサンプリング間隔内で時間
的にシフトさせる。たとえば、サンプリングパルスの開
始時期をサンプリング間隔の半分の時間ほど進ませる。
すると測定系の位相が４５°シフトされたことと等価と
なるため、図５で説明すれば、信号ベクトルＳに対して
実部と虚部の軸を４５°だけ回転したことになる。その
ため、実部データＩ’、虚部データＱ’が得られ、これ
らの振幅はほぼ同じ程度のものとなり、その間の振幅差
が少なくなる。

【００１６】サンプリングパルスのタイミングを全体と
してサンプリング間隔内で時間的にシフトさせるか否
か、およびどの程度の時間シフトさせるかは、たとえば
実撮像パルスシーケンスの実行に先立ってあらかじめ試
験的な１ライン分の撮像パルスシーケンスを行ない、そ
こで得られたデータの実部成分と虚部成分との関係をモ
ニターし、それらの振幅差が設定値を超えているかどう
かで判断する。超えていたときに、たとえば上記のよう
にサンプリング間隔の半分程度の時間だけサンプリング
パルスの全体のタイミングをずらすよう設定した上で、
実撮像パルスシーケンスを行なう。

【００１７】その結果、この実撮像パルスシーケンスで
は、Ａ／Ｄ変換器２８で得るデータ列の、後に実部成分
となる部分と虚部成分となる成分との間の振幅差が小さ
くなるため、いずれについてもＡ／Ｄ変換器２８のダイ
ナミックレンジを有効に利用することができる。また、
こうしてＡ／Ｄ変換器２８から得られたデータ列を乗算
器３１、３２に入力して求めた実部データと虚部データ
との振幅差は小さいため、後段でのフィルタ処理や画像
再構成処理などの処理においてダイナミックレンジの有
効利用を図ることができる。そのため、演算誤差や再構
成画像の画質の劣化を避けることが可能となる。

【００１８】なお、上記の説明は一つの例についてのも
のであり、具体的な構成などはこの発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々に変更できるものである。たとえば２段
階に受信信号の周波数を下げるヘテロダイン方式を採用
することに限定されないし、また、ミキサー２３、２６
はアナログ掛け算器などからなる周波数変換器を用いる
こともできる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の核磁気
共鳴検査装置によれば、ＮＭＲ受信信号の位相と測定系
の位相との関係によって複素検波の実部データと虚部デ
ータとの間の振幅差が大きくなるような場合、Ａ／Ｄ変
換器におけるサンプリングタイミングを全体としてその
サンプリング間隔内の所定時間だけ時間的にシフトさせ
ることにより、実質的に測定系の位相をずらして実部デ
ータと虚部データとの間の振幅差を小さくすることがで
きる。Ａ／Ｄ変換器の出力データ自体の振幅差が小さく
なるため、Ａ／Ｄ変換器でのダイナミックレンジの有効
利用を図ることができるとともに、後段でのフィルタ処
理や画像再構成処理などの処理においてダイナミックレ
ンジの有効利用を図ることができ、演算誤差を防ぎ、再
構成画像の画質を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる核磁気共鳴検査装置の受信系
を示すブロック図。

【図２】同核磁気共鳴検査装置の全体の構成を示すブロ
ック図。

【図３】受信信号とサンプリングパルスとの関係を示す
タイムチャート。

【図４】ＤＰＳＤ方式の複素検波によって得られる実部
データと虚部データとを表わすタイムチャート。

【図５】実部データおよび虚部データと信号ベクトルと
の関係を表わす図。

【符号の説明】

１１ 磁場発生
装置 １２ ＲＦ送信
装置 １３ 受信装置 １４ シーケン
スコントローラ １５ コンピュ
ータ ２１ 受信コイ
ル ２２ 前置増幅
器 ２３、２６ ミキサー ２４ バンドパ
スフィルタ ２５ 増幅器 ２７ アンチエ
イリアジングフィルタ ２８ Ａ／Ｄ変
換器 ２９ サンプリ
ングパルス発生器 ３１、３２ 乗算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を発生する手段と、該静磁場に重
   畳するよう直交３軸の各方向の傾斜磁場をそれぞれ発生
   する手段と、高周波励起信号の送信手段と、共鳴信号を
   受信し、その受信信号を複素検波・Ａ／Ｄ変換してデー
   タを得る受信手段と、該データを処理して画像を再構成
   する画像再構成手段とを備える核磁気共鳴検査装置にお
   いて、上記の受信手段は、受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ
   ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段におけるサンプリン
   グタイミングを全体として時間的にシフトさせる手段
   と、上記Ａ／Ｄ変換手段から得られるデータ列に対して
   （１、０、−１、０）の系列の係数を順次乗じて実部の
   データを、（０、１、０、−１）の系列の係数を順次乗
   じて虚部のデータを、それぞれ得る乗算手段とを備える
   ことを備えることを特徴とする核磁気共鳴検査装置。