JPWO2013046337A1 - 画像撮像装置及び画像撮像方法 - Google Patents

Abstract

画像を撮像する画像撮像部と、画像撮像部を制御する制御部とを有する画像撮像装置である。基準クロックを生成する基準クロック部と、画像撮像部と制御部との間に設けられ、基準クロック部により生成された基準クロックに同期して信号を入出力する信号入出力部とを有している。制御部は、画像撮像部を制御する複数の制御信号を生成し、画像撮像部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成する生成手段と、生成手段により生成された複数の制御信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して画像撮像部に送信する送信手段と、画像撮像部からの計測信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して受信し、計測信号の受信数をカウントする受信手段と、受信手段により受信された計測信号の受信数が、生成手段により生成された抽出タイミングである場合に、計測信号を抽出する抽出手段とを有する。

Description

本発明は画像撮像装置及び画像撮像方法に関し、特に、核磁気共鳴現象を利用して生体内の内部の情報を画像にする核磁気共鳴画像法による画像撮像装置及び画像撮像方法に関する。

近年、核磁気共鳴（ＮＭＲ:Nuclear Magnetic Resonance）現象を利用して生体内の内部の情報を画像にする核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）によるＭＲＩ画像撮像装置が注目されている。

従来のＭＲＩ画像撮像装置では、ＭＲＩ計測の時計に相当するパルス発生器は、高速で安定した正確なパルスを生成する必要があるため、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の特殊ハードウエアを用いていた（特許文献１、特許文献２参照）。

特開平９−１７３３１６号公報 特開平１０−２１３５５７号公報

このような従来のＭＲＩ画像撮像装置では、パルス発生器が特殊なハードウエアであるため、置き換えるのが容易ではなく、日進月歩で進化するパルスシークエンスの要求にＭＲＩ画像撮像装置の能力が追いつかないという問題があった。

パルス発生器を、汎用のパーソナルコンピュータにより実現しようとする試みもなされてきたが、汎用のパーソナルコンピュータが搭載しているＯＳでは、特にマイクロソフト社製のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）のようなマルチタスクＯＳでは、割り込み処理が不規則に実行されるため、ＭＲＩ画像撮像装置に対して、安定した正確な高周波パルスや勾配磁場パルスを生成することが困難であった。

本発明の目的は、特殊なハードウエアを用いることなく、安定して正確な時間分解能をもったパルス発生により画像を撮像することができる画像撮像装置及び画像撮像方法を提供することにある。

本発明の一態様による画像撮像装置は、画像を撮像する画像撮像部と、前記画像撮像部を制御する制御部とを有する画像撮像装置であって、基準クロックを生成する基準クロック部と、前記画像撮像部と前記制御部との間に設けられ、前記基準クロック部により生成された前記基準クロックに同期して信号を入出力する信号入出力部とを更に有し、前記制御部は、前記画像撮像部を制御する複数の制御信号を生成し、前記画像撮像部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成する生成手段と、前記生成手段により生成された前記複数の制御信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して前記画像撮像部に送信する送信手段と、前記画像撮像部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、前記計測信号の受信数をカウントする受信手段と、前記受信手段により受信された前記計測信号の前記受信数が、前記生成手段により生成された前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする。

上述した画像撮像装置において、前記生成手段は、前記画像撮像部を制御する第１のパルスシークエンスから前記画像撮像部を制御する前記複数の制御信号を生成し、前記画像撮像部から計測信号を抽出する第２のパルスシークエンスから前記画像撮像部からの前記計測信号を抽出するようにしてもよい。

上述した画像撮像装置において、前記基準クロックは，第１の基準クロックと、前記第１の基準クロックと周波数が異なる第２の基準クロックとを含み、前記送信手段は、前記第１の基準クロックに同期して、前記複数の制御信号を前記画像撮像部に送信し、前記受信手段は、前記第２の基準クロックに同期して、前記計測信号を受信するようにしてもよい。

上述した画像撮像装置において、前記画像撮像部は、核磁気共鳴画像法により画像を撮像するＭＲＩ画像撮像部であり、前記基準クロックの周波数は、０．０１メガヘルツ以上であるようにしてもよい。

上述した画像撮像装置において、外部同期クロックを生成する外部同期クロック部を更に有し、前記制御部は、前記外部同期クロック部により生成された前記外部同期クロックに同期して、前記信号入出力部による信号の入出力を制御する外部同期手段を更に有するようにしてもよい。

本発明の一態様による計測装置は、計測する計測部と、前記計測部を制御する制御部とを有する計測装置であって、基準クロックを生成する基準クロック部と、前記計測部と前記制御部との間に設けられ、前記基準クロック部により生成された前記基準クロックに同期して信号を入出力する信号入出力部とを更に有し、前記制御部は、前記計測部を制御する複数の制御信号を生成し、前記計測部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成する生成手段と、前記生成手段により生成された前記複数の制御信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して前記計測部に送信する送信手段と、前記計測部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、前記計測信号の受信数をカウントする受信手段と、前記受信手段により受信された前記計測信号の前記受信数が、前記生成手段により生成された前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする。

本発明の一態様による画像撮像方法は、画像撮像部により画像を撮像する画像撮像方法であって、前記画像撮像部を制御する複数の制御信号を生成し、前記画像撮像部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成し、前記複数の制御信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して前記画像撮像部に送信し、前記画像撮像部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、計測開始時からの前記計測信号の受信数をカウントし、前記計測信号の前記受信数が、前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出することを特徴とする。

上述した画像撮像方法において、前記基準クロックは，第１の基準クロックと、前記第１の基準クロックと周波数が異なる第２の基準クロックとを含み、前記第１の基準クロックに同期して、前記複数の制御信号を前記画像撮像部に送信し、前記第２の基準クロックに同期して、前記計測信号を受信するようにしてもよい。

上述した画像撮像方法において、前記画像撮像部は、核磁気共鳴画像法により画像を撮像するＭＲＩ画像撮像部であり、前記基準クロックの周波数は、０．０１メガヘルツ以上であるようにしてもよい。

本発明の一態様による計測方法は、計測部により計測する計測方法であって、前記計測部を制御する複数の制御信号を生成し、前記計測部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成し、前記複数の制御信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して前記計測部に送信し、前記計測部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、計測開始時からの前記計測信号の受信数をカウントし、前記計測信号の前記受信数が、前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出することを特徴とする。

以上の通り、本発明によれば、画像を撮像する画像撮像部と、画像撮像部を制御する制御部とを有する画像撮像装置であって、基準クロックを生成する基準クロック部と、画像撮像部と制御部との間に設けられ、基準クロック部により生成された基準クロックに同期して信号を入出力する信号入出力部とを更に有し、制御部は、画像撮像部を制御する複数の制御信号を生成し、画像撮像部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成する生成手段と、生成手段により生成された複数の制御信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して画像撮像部に送信する送信手段と、画像撮像部からの計測信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して受信し、計測信号の受信数をカウントする受信手段と、受信手段により受信された計測信号の受信数が、生成手段により生成された抽出タイミングである場合に、計測信号を抽出する抽出手段とを有することを特徴とするようにしたので、特殊なハードウエアを用いることなく、安定して正確なパルス発生により画像を撮像することができる。

本発明の一実施形態による画像撮像システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムの動作を説明するための機能ブロック図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおけるパルスシークエンスファイルを示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける制御信号を示す図（その１）である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける制御信号を示す図（その２）である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける抽出開始タイムテーブルを示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける計測信号を示す図（その１）である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける計測信号を示す図（その２）である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける計測データを示す図である。 本発明の一実施形態による画像撮像システムにおける計測動作のフローチャートである。 本発明の一実施形態による画像撮像システムによる測定結果を示す図である。

［一実施形態］
本発明の一実施形態による画像撮像システムについて図面を用いて説明する。図１は本実施形態による画像撮像システムの構成を示すブロック図であり、図２は本実施形態による画像撮像システムの動作を説明するための機能ブロック図である。

（画像撮像システム）
本実施形態の画像撮像システムには、図１に示すように、被制御機器として、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）によるＭＲＩ画像撮像装置１００が設けられ、被制御機器を制御する制御装置として、汎用パーソナルコンピュータ２００が設けられている。

ＭＲＩ画像撮像装置１００には、ディジタル信号とアナログ段の送信ＲＦパルスとアナログ段の受信信号を送受信するディジタル送受信機１０２、ＸＹＺ勾配磁場を印加するための電源とコイルからなるＸＹＺ勾配磁場電源および勾配コイル１０４、静磁場を印加するための静磁場磁石１０６、磁石温度を安定させるための磁石温度安定器１０８、ＲＦ微小信号を増幅するためのＲＦ微小信号増幅器１１０、ＲＦ電力を増幅するためのＲＦ電力増幅器１１２、ＲＦ信号を送受信するためのＲＦコイル１１４、被写体を乗せて所定の位置まで移動するための被検体べッド１１６、パルスシークエンスに同期して造影剤を被写体に注射するための電動注射器１１８、その他の撮像モダリティ、その他のＭＲＩ撮像中に動作する装置等のその他機器１２０が設けられている。

ディジタル送受信機１０２には、ＲＦ微小信号増幅器１１０経由で入力されたＭＲＩ信号をＡＤ変換する機能が具備されており、ＡＤ変換後の受信信号は、第２通信バッファ２３６に連続的に基準クロック回路２３０からの周波数０．１メガヘルツから２．０メガヘルツの基準クロックに同期して伝送される。

ＭＲＩ画像撮像装置１００には、更に、他の装置とＵＳＢやＬＡＮ等で接続するための通信インターフェース１２２が設けられている。

汎用パーソナルコンピュータ２００には、メインのＣＰＵであるＭＰＵ（Micro Processing Unit）２０２、ＭＰＵ２０２が処理を行うのに必要なプログラムやデータを一時的に格納するバッファメモリであるメモリ２０４、グラフィック処理を行うＧＰＵ（Graphics Processing Unit）２０６、プログラムやデータを記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）／ＳＳＤ（Solid State Drive）記憶装置２０８が設けられている。ＭＰＵ２０２、メモリ２０４、ＧＰＵ２０６、ＨＤＤ／ＳＳＤ記憶装置２０８は、信号バス２１０により相互に接続されている。

なお、ＧＰＵ２０６は科学計算に特化した計算コアを有しており、ＭＰＵ２０２の演算処理を補助したり、優先的にＧＰＵ２０６を使用する計測ソフトウェアモジュールの演算処理を行ったりして、汎用パーソナルコンピュータ２００全体の動作安定性を高めている。

汎用パーソナルコンピュータ２００は、例えば、マイクロソフト社製のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）が搭載されている。Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）のようなマルチタスクＯＳでは割り込み処理が不規則に実行される。

汎用パーソナルコンピュータ２００には、更に、入出力装置を接続するための入出力インターフェース２１２、他の装置とＵＳＢやＬＡＮ等で接続するための通信インターフェース２１４が設けられている。入出力インターフェース２１２、通信インターフェース２１４は、信号バス２１０に接続されている。

入出力インターフェース２１０には、モニター２１６、キーボード２１８、マウス２２０が接続されている。操作者は、これらモニター２１６、キーボード２１８、マウス２２０を用いて汎用パーソナルコンピュータ２００を操作する。

基準クロック回路２３０は、ＭＲＩ画像撮像装置１００を同期制御する際の基準となる基準クロックを生成する。基準クロック回路２３０は、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ： Temperature Compensated Crystal Oscillator）等を用いて常に安定した一定周期の基準クロックを生成する。例えば、０．０１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの基準クロックを生成する。
なお、基準クロックは必ずしもＮＭＲ周波数のことは意図していない。基準クロックを生成するのと同一の温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を用いて、ＮＭＲ中心周波数が生成されて発振され、ディジタル送受信機１０２で使用される。ただし、ＮＭＲ中心周波数が２ＭＨｚを下回るような状況においては、基準クロックとＮＭＲ周波数が同一になる場合がある。

本実施形態における基準クロックの周波数は、０．０１ＭＨｚ以上であることが望ましく、０．１ＭＨｚ〜２．０ＭＨｚの範囲内であることが更に望ましく、１．０ＭＨｚであることが特に望ましい。

基準クロックは、ＲＦパルスでは１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが望ましく、勾配磁場パルスでは０．０１ＭＨｚ〜１ＭＨｚが望ましく、それぞれ要請が異なる。

理想的なパルス発生の観点からは時間分解能を上げる方向、つまり最大限の周波数である１００ＭＨｚを実現することが望ましい。しかしながら、基準クロックの周波数が高くなると、送受信データの処理量が莫大になる。パルス発生を最大限に簡素化した場合では、０．０１ＭＨｚの基準クロックでも、ＭＲＩ撮像は可能であると考えられるが、あまりにもパルス分解能が悪くなりすぎる。

そこで、ＲＦパルスとしての要請と勾配磁場パルスとしての要請が重なる１ＭＨｚが基準クロックとして望ましい。

なお、計測信号のデータ処理量及び処理品質の観点からは、基準クロックは０．１ＭＨｚから２．０ＭＨｚの範囲内であることが望ましい。その点でも、上述の１ＭＨｚの基準クロックは、この範囲内であり望ましい。

なお、コンピュータ技術の発展により、近い将来に望ましい基準クロックが１０ＭＨｚ程度まで上がる可能性はある。

汎用パーソナルコンピュータ２００には、通常の入出力インターフェース２１２とは別個に、汎用のディジタルＩＯボード２３２が設けられている。汎用のディジタルＩＯボード２３２は信号バス２１０に接続されている。

汎用のディジタルＩＯボード２３２は、ＭＲＩ画像撮像装置１００を制御するために制御信号や、ＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号等を、基準クロックに同期して入出力する。

このディジタルＩＯボード２３２は、基準クロックに同期して動作するので、汎用パーソナルコンピュータ２００が搭載しているＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）において割り込み処理が発生しても、その入出力する信号に時間的なずれや揺らぎ（ジッター）が発生することなく常に安定動作させることができる。

第１通信バッファ２３４は、ディジタルＩＯボード２３２から送信される制御信号の送信データや、ディジタルＩＯボード２３２に受信される計測信号の受信データを一時的に記憶する。

第２通信バッファ２３６は、第１通信バッファ２３４から送信される制御信号の送信データや、第１通信バッファ２３４により受信される計測信号の受信データを一時的に記憶する。

第２通信バッファ２３６は、ディジタル送受信機１０２とＸＹＺ勾配磁場電源および勾配コイル１０４に接続され、ディジタル送受信機１０２との間で信号を送受信し、ＸＹＺ勾配磁場電源および勾配コイル１０４に制御信号を送信する。

基準クロック回路２３０からの基準クロックは、ディジタルＩＯボード２３２、第１通信バッファ２３４、第２通信バッファ２３６、ディジタル送受信機１０２に供給され、これら機器を基準クロックに同期して動作させる。

外部同期クロック回路２４０は、心拍、呼吸、電源クロック等のアナログ入力を受けて比較的低速な外部同期クロックをディジタルで生成する。例えば、０．１Ｈｚ〜６０Ｈｚの外部同期クロックを生成する。

このような割り込み処理は、図３の１１行目のパルスシークエンスの繰り返し時間ＴＲよりも優先される。この機能を利用すると、パルスシークエンスファイル３００を変更しなくても繰り返し時間ＴＲが更新できる。単純に、図３の１１行目のパルスシークエンスで指定された繰り返し時間ＴＲと同一のクロックを入力してもよい。

心拍の場合には、マウスや人間の場合があるが、心電計や赤外線を利用した心拍計等からの入力により０．５〜１０Ｈｚの外部同期クロックを生成する。

呼吸の場合には、マウスや人間の場合があるが、バルーンを用いた圧力センサ等からの入力により０．１〜５Ｈｚの外部同期クロックを生成する。

電源クロックの場合には、電源高流周波数をディジタル化する回路からの入力により５０もしくは６０Ｈｚの外部同期クロックを生成する。

ただし、前述のクロックをリアルタイムに判別して、不定期な外部同期クロックを生成してもよい。例えば、呼吸開始から１秒間のブランクをおいて、次に入ってきた８個の心拍信号に対してクロックを生成するようにしてもよい。

汎用パーソナルコンピュータ２００には、通常の入出力インターフェース２１０との別個に、更に、汎用のディジタルＩＯボード２４２が設けられている。汎用のディジタルＩＯボード２４２は信号バス２１０に接続されている。

汎用のディジタルＩＯボード２４２は、外部同期クロックに同期して、ディジタルＩＯボード２３２による信号の入出力を制御する。例えば、被験者の心拍に応じた外部同期クロックに同期して、ＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号を入出力する。

本実施形態の画像撮像システムには、更に、他の汎用パーソナルコンピュータ２５０が設けられている。汎用パーソナルコンピュータ２５０は、通信インターフェース２５２を介して、ＭＲＩ画像撮像装置１００や汎用パーソナルコンピュータ２００とＵＳＢやＬＡＮ等で接続されている。

この汎用パーソナルコンピュータ２５０は、例えば、計測データから画像を再構成して表示する等の処理を行う。

なお、上記実施形態では、基準クロック回路２３０はひとつの基準クロックを生成し，その基準クロックに同期して、ディジタルＩＯボード２３２が信号を入出力したが、それに限らない。

例えば、基準クロック回路２３０が、互いに周波数の異なる第１の基準クロックと第２の基準クロックとを生成してもよい。例えば、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの第１の基準クロック、０．１ＭＨｚ〜２．０ＭＨｚの第２の基準クロックを生成する。

ＭＲＩ画像撮像装置１００を制御するために制御信号を送信する場合には、第１の基準クロックに同期して送信し、ＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号を受信する場合には、第２の基準クロックに同期して受信する。

（画像撮像システムの動作）
次に、本実施形態の画像撮像システムの動作について、図２の機能ブロック図を用いて説明する。

本実施形態の画像撮像システムでは、計測プログラムによりＭＲＩ画像撮像装置１００により画像を撮像する。計測プログラムを動作させるために、テキスト形式で記述されたパルスシークエンスからなるパルスシークエンスファイル３００が用意される。

パルスシークエンスファイル３００は、図３に示すように、テキスト形式で記述された複数行のパルスシークエンスにより構成されている。

パルスシークエンスファイル３００の先頭には、ＭＲＩ画像撮像装置１００による画像撮像の初期設定のためのパルスシークエンスが配されている。

例えば、図３における１行目〜１１行目のパルスシークエンスである。

１行目のパルスシークエンス（:NX 1）は、積算回数を規定する。

２行目のパルスシークエンス（:DW 5）は、受信サンプリングレート[μ秒]を規定する。

３行目のパルスシークエンス（:NR 2048）は、受信サンプリング点数を規定する。

４行目のパルスシークエンス（:N0 1）は、位相エンコード0の数を規定する。

５行目のパルスシークエンス（:N1 128）は、位相エンコード1の数を規定する。

６行目のパルスシークエンス（:N2 16）は、位相エンコード2の数を規定する。

７行目のパルスシークエンス（:S0 0）は、位相エンコード0の刻み幅を規定する。

８行目のパルスシークエンス（:S1 64）は、位相エンコード1の刻み幅を規定する。

９行目のパルスシークエンス（:S2 64）は、位相エンコード2の刻み幅を規定する。

１０行目のパルスシークエンス（:DU 10）は、ダミーパルス数を規定する。

１１行目のパルスシークエンス（:TR 100）は、繰り返し時間TR[ms]を規定する。

初期設定のためのパルスシークエンスに続いて、画像撮像のためにパルスシークエンスが配されている。例えば、図３における１２行目以降のパルスシークエンスである。

１２行目のパルスシークエンス（000099400 RF 0002）は、計測開始時から9,940μsec時に2番のRFパルスを送信することを規定する。

１３行目のパルスシークエンス（000101600 GY 8000<‐e5）は、計測開始時から10,160μsec時に勾配磁場ＧＹ軸制御信号を更新出力することを規定する。

１４行目のパルスシークエンス（000102200 GX 6E40）は、計測開始時から10,220μsec時に勾配磁場ＧＸ軸制御信号に6E40を出力することを規定する。

１５行目のパルスシークエンス（000102600 GZ 8000<‐e6）は、計測開始時から10,260μsec時に勾配磁場ＧＺ軸制御信号を更新出力することを規定する。

１６行目のパルスシークエンス（000120320 GZ 8000）は、計測開始時から12,032μsec時に勾配磁場ＧＺ軸制御信号に8000を出力することを規定する。

１７行目のパルスシークエンス（000128260 GY 8000）は、計測開始時から12,826μsec時に勾配磁場ＧＹ軸制御信号に8000を出力することを規定する。

１８行目のパルスシークエンス（000133800 GX 88D4）は、計測開始時から13,380μsec時に勾配磁場ＧＸ軸制御信号に88D4を出力することを規定する。

１９行目のパルスシークエンス（000148800 AD 0000）は、計測開始時から14,880μsec時に受信信号のＡＤ変換による取込を開始することを規定する。

２０行目のパルスシークエンス（000302400 GX 8000）は、計測開始時から30,240μsec時に勾配磁場ＧＸ軸制御信号に8000を出力することを規定する。

１２行目〜１８行目、２０行目のパルスシークエンスは、被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００を動作させるためのパルスシークエンスである。

１９行目のパルスシークエンスは、被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号を抽出する抽出タイミングを規定する。

従来の画像撮像システムでは、ＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号の抽出タイミングとなると、ＭＲＩ画像撮像装置１００に設けられたＡＤ変換器（図示せず）に、別途設けられた制御線を介して、起動信号を送信していた。１９行目のパルスシークエンスは、そのようなＡＤ変換器（図示せず）への起動信号の送信タイミングを示している。

本実施形態の画像撮像システムでは、ＭＲＩ画像撮像装置１００のＡＤ変換器（図示せず）を動作させておき、起動のための制御線を別途設けていない。図３のパルスシークエンスファイルは、従来の画像撮像システム用のものであるが、本実施形態では、１９行目のパルスシークエンスにより、被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号を抽出する抽出タイミングを規定する。

パルスシークエンスジェネレータ３０２は、パルスシークエンスファイル３００から制御信号を展開したり、計測信号の抽出を開始する時刻を生成したりする。

（制御信号の送信）
まず、制御信号の送信について説明する。

パルスシークエンスジェネレータ３０２は、パルスシークエンスファイル３００のＭＲＩ画像撮像装置１００の制御を規定するパルスシークエンスを、基準クロックに基づく固定の時間間隔の制御信号に展開して、送信イベントのタイムテーブルのバッファである制御信号バッファ３０４に格納する。

例えば、基準クロックを１．０メガヘルツ（ＭＨｚ）とすると、図４及び図５に示すように、パルスシークエンスを１μ秒（μsec）毎の制御信号に展開する。

展開された制御信号は、計測動作の開始時、すなわち、制御信号送信開始時のデータ番号を「０」として逐次連続的なデータ番号「１」「２」「３」…が付与される。制御信号のデータ番号は後述するカウンタ「Ｎ」に対応する。

例えば、図４に示すように、データ番号「０」の制御信号は「4E18,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000」であり、データ番号「１」の制御信号は「4E18,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000」であり、データ番号「２」の制御信号は「4E18,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000」であり、…と順番に続く制御信号が生成される。

各制御信号はセグメント化されており、図４、５の例では、「4E18」がセグメント化された各制御信号の開始を示している。

展開された制御信号は、制御信号バッファ３０４に格納される。制御信号バッファ３０４は、例えば、図１の第１通信バッファ２３４により構成されている。

制御信号のデータ番号から、その制御信号が送信されるべき、制御信号送信開始時からの時刻を知ることができる。例えば、データ番号が「４３」の制御信号は、図４に示すように、制御信号送信開始時から４３μ秒後に送信される制御信号である。例えば、データ番号が「１４８６０」の制御信号は、図５に示すように、制御信号送信開始時から１４８６０μ秒後、すなわち、１４．８６ｍ秒後に送信される制御信号である。

制御信号バッファ３０４に格納された制御信号は、ディジタルＩＯボード２３２を介して、基準クロックに同期して、順次、被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００に送信される。

これにより、パルスシークエンスファイル３００の各パルスシークエンスに基づいて，被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００が制御される。

なお、ディジタルＩＯボード２３２を介さないでよい低速の制御信号は、パルスシークエンスジェネレータ３０２で生成され、制御信号バッファ３０４に格納された後、タイミング判定ロジック３２２によって判定されて、被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００に送信される。

なお、制御信号だけでなく、ＭＲＩ画像撮像装置１００の状態について通信インターフェースを介して汎用パーソナルコンピュータ２００やコンピュータ２５０が知ることができる。

ディジタルＩＯボード２３２を介さないでよい低速の制御信号としては、例えば、ランプの点灯、ディジタル送受信機１０２の送受信ゲインの変更や、フィルター設定のうち低速でよい設定の変更、磁石温度安定器の制御値設定等がある。

また、制御信号バッファ３０４とディジタルＩＯボード２３２との間には、信号の送受信を開閉するためのバルブ３２４が設けられている。

バルブ３２４は、トリガ判定ロジック３２６によって開閉する。トリガ判定ロジック３２６は、ディジタルＩＯボード２４２を介して取り込まれる、心拍、呼吸、電源クロック等の外部同期クロックと、パルスシークエンスジェネレータ３０２からの外部同期取込タイミングとを考慮してバルブ３２４を開閉する。

バルブ３２４の動作はパルスシークエンスにより指示する。例えば、バルブ３２４動作指示用のパルスシークエンス（000312400 EX 0000）は、計測開始時から31,240μsec時にバルブ３２４を閉めて、トリガ判定ロジック３２６の指示に従って100,000μsec後にバルブ３２４を開ける動作をすることを規定する。この場合、計測開始時から131,240μsec時にバルブ３２４を閉めることになる。

（計測信号の抽出）
次に、計測信号の抽出について説明する。

パルスシークエンスジェネレータ３０２は、パルスシークエンスファイル３００のＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号を抽出する抽出タイミングを規定するパルスシークエンスから、計測信号の抽出を開始する時刻を生成し、抽出開始タイムテーブル３０６に格納する。抽出開始タイムテーブル３０６は、例えば、図１の第１通信バッファ２３４により構成されている。

例えば、１９行目のパルスシークエンス（000148800 AD 0000）から、計測信号の抽出開始時刻として「14,880μsec」を生成し、図６に示すように、抽出開始タイムテーブル３０６の１行目に格納する。

同様にして、計測信号を抽出する抽出タイミングを規定するパルスシークエンスから、計測信号の抽出を開始する時刻を生成し、抽出開始タイムテーブル３０６に順次格納する。その結果、例えば、図６に示すような抽出開始タイムテーブル３０６が生成される。

ＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号は、図２に示すように、ディジタルＩＯボード２３２を介し、基準クロックに同期して、データレシーバ３０８により受信され、計測信号バッファ３１０に格納される。

例えば、基準クロックを１．０メガヘルツ（ＭＨｚ）とすると、図７及び図８に示すように、１μ秒（μsec）毎に計測信号を受信する。

受信された計測信号は、計測動作の開始時、すなわち、計測信号受信開始時のデータ番号を「０」として逐次連続的なデータ番号「１」「２」「３」…が付与される。計測信号のデータ番号は後述するカウンタ「Ｍ」に対応する。

例えば、図７に示すように、データ番号「０」の計測信号は「B1E7,0000,-54,-26,0,1,0000,0000」であり、データ番号「１」の計測信号は「B1E7,0000,-54,-21,0,2,0000,0000」であり、データ番号「２」の計測信号は「B1E7,0000,-54,-16,0,3,0000,0000」であり、…と順番に続く計測信号が計測信号バッファ３１０に格納される。

各計測信号はセグメント化されており、図７、８の例では、「B1E7」がセグメント化された各計測信号の開始を示している。

計測信号のデータ番号から、その計測信号が受信された、計測信号受信開始時からの時刻を知ることができる。例えば、図７に示すように、データ番号が「４３」の計測信号「B1E7,0000,-11,-40,0,44,0000,0000」は、計測信号受信開始時から４３μ秒後に受信された計測信号である。例えば、図８に示すように、データ番号が「１４８６０」の計測信号「B1E7,0000,-6,-30,0,14861,0000,0000」は、計測信号受信開始時から１４８６０μ秒後、すなわち、１４．８６ｍ秒後に受信された計測信号である。

図２に示すフィルター３１２は、計測信号バッファ３１０に格納された計測信号から、抽出開始タイムテーブル３０６に格納され抽出開始時刻に基づいて、ＭＲＩ画像撮像に必要な計測信号を抽出し、計測データメモリ３１４に格納する。

例えば、図６に示す抽出開始タイムテーブル３０６の場合には、その１行目に「14,880μsec」が格納されているので、計測信号バッファ３１０に格納された計測信号のデータ番号を監視し、データ番号が「１４８８０」となると計測信号の抽出を開始する。そして、抽出開始時刻「14,880μsec」から一定時間、例えば、5μsec×2048点−5μsec＝10,235μsec後である、データ番号「２５１１５」まで計測信号の抽出を行う。すななち、計測信号のデータ番号が「１４８８０」〜「２５１１５」であると、その計測信号を抽出する。

続いて、抽出開始タイムテーブル３０６の２行目に「114,880μsec」が格納されているので、引き続き、計測信号バッファ３１０に格納された計測信号のデータ番号を監視し、データ番号が「１１４８８０」となると計測信号の抽出を開始する。そして、抽出開始時刻「114,880μsec」から一定時間、例えば、10,235μsec後である、データ番号「１２５１１５」まで計測信号の抽出を行う。すななち、計測信号のデータ番号が「１１４８８０」〜「１２５１１５」であると、その計測信号を抽出する。

同様にして、抽出開始タイムテーブル３０６の記載された抽出開始時刻に基づいて，計測信号を順次抽出する。

その結果、計測データとしては、例えば、図９に示すように、図６の抽出開始タイムテーブル３０６の抽出開始時刻に対応して、抽出開始時刻「14,880μsec」から一定時間、例えば、10,235μsecの計測データ、抽出開始時刻「114,880μsec」から一定時間、例えば、10,235μsecの計測データ、…、が抽出される。

計測データメモリ３１４に格納された計測データは、データ処理部３１６により、ノイズ除去、画像再構成等の各種処理が行われ、保存データ３１８として、ＨＤＤ／ＳＳＤ記憶装置２０８に格納されたり、データ表示３２０として、汎用パーソナルコンピュータ２５０に表示されたりする。

なお、パルスシークエンスジェネレータ３０２、フィルター３１２には、図２に示すように、外部からユーザー設定値を適宜入力することができる。

例えば、パルスシークエンスジェネレータ３０２に外部からのユーザー設定値を入力することにより、パルスシークエンスファイル３００よりも優先して情報を与えたり、外部同期クロック回路を使用するかしないかを設定したり、勾配磁場パルスのＸＹＺ出力の３軸回転角を設定したりする。

また、フィルター３１２に外部からのユーザー設定値を入力することにより、ＦＩＲフィルターのタップ数を設定したり、カットオフ周波数を設定したり、その他の信号処理を指示したりすることができる。

（画像撮像システムの計測動作フロー）
次に、本実施形態の画像撮像システムにおける計測動作フローについて、図１０のフローチャートを用いて説明する。

画像撮像システムにおける計測を開始すると、初期設定として、カウンタＮ及びカウンタＭを０にリセットする（ステップＳ０１）。カウンタＮは、制御信号のデータ番号に対応し、カウンタＭは、計測信号のデータ番号に対応している。

まず、制御信号バッファ３０４からディジタルＩＯボード２３２に送信された制御信号が計測終了信号か否か判断する（ステップＳ０２）。本実施形態では、制御信号のひとつとして計測を終了するための計測終了信号を用意しておく。

ステップＳ０２において制御信号が計測終了信号であると判断された場合には直ちに計測を終了する。

ステップＳ０２において制御信号が計測終了信号でないと判断された場合には、その制御信号を被制御機器であるＭＲＩ画像撮像装置１００に送信し（ステップＳ０３）、カウンタＮに１を加算する。

次に、ディジタルＩＯボート２３２がＭＲＩ画像撮像装置１００から受信した受信信号が計測信号か否か判断する（ステップＳ０５）。計測信号はセグメント化され、「B1E7」がセグメント化された各計測信号の開始を示しているので、「B1E7」を検出すると、その受信信号を計測信号と判断する。

ステップＳ０５において受信信号が計測信号でないと判断された場合にはステップＳ０２に戻る。

ステップＳ０５において受信信号が計測信号であると判断された場合には、その受信信号を計測信号として受信し（ステップＳ０６）、カウンタＭに１を加算する。

次に、カウンタＭが計測信号抽出タイミングであるか否か判断する（ステップＳ０８）。

ステップＳ０８においてカウンタＭが計測信号抽出タイミングでないと判断された場合にはステップＳ０２に戻る。

ステップＳ０８においてカウンタＭが計測信号抽出タイミングであると判断された場合には、その計測信号を抽出し（ステップＳ０９）、ステップＳ０２に戻る。

ステップＳ０８では、抽出開始タイムテーブル３０６からデータを抽出すべきタイミング、すなわち、計測開始時からの時刻が求められ、カウンタＭが計測信号抽出タイミングであるか否か判断する。

例えば、図６に示す抽出開始タイムテーブル３０６の場合には、上述したように、１行目の「14,880μsec」に基づいて、カウンタＭが「１４８８０」〜「２５１１５」であると、その計測信号を抽出する。２行目の「114,880μsec」に基づいて、カウンタＭが「１１４８８０」〜「１２５１１５」であると、その計測信号を抽出する。以降、同様にして、抽出開始タイムテーブル３０６の記載された抽出開始時刻に基づいて，計測信号を順次抽出する。

上述した処理を繰り返し、カウンタＮによりＭＲＩ画像撮像装置１００に送信した制御信号の個数をカウントし、カウンタＭによりＭＲＩ画像撮像装置１００から受信した計測信号の個数をカウントし、カウンタＭに基づいて計測信号を抽出する。

このように、計測開始時からの計測信号の個数をカウントすることにより、ＭＲＩ画像撮像装置１００に設けられたＡＤ変換器（図示せず）起動のための制御線を別途設けることなく、計測信号から必要な計測データを抽出することができる。

なお、上記実施形態では、制御信号の個数をカウントするカウンタＮと別個に計測信号の個数をカウントするカウンタＭを設け、制御信号のカウントと計測信号のカウントを独立に行っている。このため次のような利点がある。

例えば、ステップＳ０５において計測信号が検出されない場合には、カウンタＭがカウントアップされない。その場合には，カウンタＭのカウント値はカウンタＮのカウント値より少なくなるが，そのまま処理が正常に行われる。

また、前述したように、基準クロック回路２３０が、互いに周波数の異なる第１の基準クロックと第２の基準クロックとを生成し、第１の基準クロックに同期してＭＲＩ画像撮像装置１００への制御信号を送信し、第２の基準クロックに同期してＭＲＩ画像撮像装置１００からの計測信号を受信する場合がある。その場合には、カウンタＮを用いて、第１の基準クロックに同期して送信される制御信号の個数をカウントし、カウンタＭを用いて、第２の基準クロックに同期して受信される計測信号をカウントする。

なお、上述のフローチャートによる画像撮像システムの計測処理は一例であって、これに限らない。例えば、ステップＳ０３、ステップＳ０６、ステップＳ０９は、計測を妨げないようにマルチタスク化・マルチスレッド化して独立動作させてもよい。特に、ステップＳ０９の動作は、ステップＳ０６で保存された莫大なデータを用いれば、実験終了後でも、終了後の時点から後ろ向き（レトロスプクティブ）に過去にさかのぼってデータを集めて分析してもよい。例えば、カウンタＭのタイミングを、実験終了後に変更して、計測信号を抽出してもよい。また、ステップＳ０６において、計測信号の生データは放棄してもよいし、保存し続けてもよい。

（実施例）
本実施形態による画像撮像システムによりリンゴの断面を撮像した。リンゴの撮像結果を図１１に示す。図１１に示すように、本実施形態により良好な撮像画像を得ることができた。

［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

上記実施形態では、ＭＲＩ画像撮像装置による画像撮像システムに本発明を適用したが、これに限らない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置や、超音波ＣＴ装置，ＰＥＴ―ＣＴ装置等の画像撮像装置による画像撮像システムに本発明を適用してもよい。また、画像撮像システムに限らず、半導体ステッパー、食品製造器、高度検査機器、ＮＣ旋盤等工作機、形状加工計測装置、（三次元）形状マッピング装置、形状計測装置、共鳴計測装置、分布計測装置、物理計測装置、分布観測装置等のあらゆる計測装置による計測システムに本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、ユーザーがパルスシークエンスファイルを予め用意したが、これに限らない。例えば、データ処理部３１６によって、パルスシークエンスファイルを自動生成して被制御機器１００の最適な動作状態を実現してもよい。この場合、前述の装置に適用範囲は留まらない。自動車や航空機等の自動操縦に適応してもよい。

なお、本明細書において「計測」とは、対象物の画像の撮像、対象物の形状等の測定、対象物の検査、対象物の特性の測定・検査、物理量の測定、物理量の検査等のあらゆる計測を含む。

１００…ＭＲＩ画像撮像装置
２００…汎用パーソナルコンピュータ
１０２…ディジタル送受信機
１０４…ＸＹＺ勾配磁場電源及び勾配コイル
１０６…静磁場磁石
１０８…磁石温度安定器
１１０…ＲＦ微小信号増幅器
１１２…ＲＦ電力増幅器
１１４…ＲＦコイル
１１６…被検体ヘッド
１１８…電動注射器
１２０…その他の機器
１２２…通信インターフェース
２０２…ＭＰＵ
２０４…メモリ
２０６…ＧＰＵ
２０８…ＨＤＤ／ＳＳＤ記憶装置
２１０…信号バス
２１２…入出力インターフェース
２１４…通信インターフェース
２１６…モニター
２１８…キーボード
２２０…マウス
２３０…基準クロック回路
２３２…ディジタルＩＯボード
２３４…第１通信バッファ
２３６…第２通信バッファ
２４０…外部同期クロック回路
２４２…ディジタルＩＯボード
３００…パルスシークエンスファイル
３０２…パルスシークエンスジェネレータ
３０４…制御信号バッファ
３０６…抽出開始タイムテーブル
３０８…データレシーバ
３１０…計測信号バッファ
３１２…フィルター
３１４…計測データメモリ
３１６…データ処理部
３１８…保存データ
３２０…データ表示
３２２…タイミング判定ロジック
３２４…バルブ
３２６…トリガ判定ロジック

Claims (10)

1. 画像を撮像する画像撮像部と、前記画像撮像部を制御する制御部とを有する画像撮像装置であって、
   基準クロックを生成する基準クロック部と、
   前記画像撮像部と前記制御部との間に設けられ、前記基準クロック部により生成された前記基準クロックに同期して信号を入出力する信号入出力部とを更に有し、
   前記制御部は、
   前記画像撮像部を制御する複数の制御信号を生成し、前記画像撮像部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成する生成手段と、
   前記生成手段により生成された前記複数の制御信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して前記画像撮像部に送信する送信手段と、
   前記画像撮像部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、前記計測信号の受信数をカウントする受信手段と、
   前記受信手段により受信された前記計測信号の前記受信数が、前記生成手段により生成された前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出する抽出手段とを有する
   ことを特徴とする画像撮像装置。
2. 請求項１記載の画像撮像装置において、
   前記生成手段は、
   前記画像撮像部を制御する第１のパルスシークエンスから前記画像撮像部を制御する前記複数の制御信号を生成し、
   前記画像撮像部から計測信号を抽出する第２のパルスシークエンスから前記画像撮像部からの前記計測信号を抽出する
   ことを特徴とする画像撮像装置。
3. 請求項１又は２記載の画像撮像装置において、
   前記基準クロックは，第１の基準クロックと、前記第１の基準クロックと周波数が異なる第２の基準クロックとを含み、
   前記送信手段は、前記第１の基準クロックに同期して、前記複数の制御信号を前記画像撮像部に送信し、
   前記受信手段は、前記第２の基準クロックに同期して、前記計測信号を受信する
   ことを特徴とする画像撮像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像撮像装置において、
   前記画像撮像部は、核磁気共鳴画像法により画像を撮像するＭＲＩ画像撮像部であり、
   前記基準クロックの周波数は、０．１メガヘルツから２．０メガヘルツの範囲内である
   ことを特徴とする画像撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像撮像装置において、
   外部同期クロックを生成する外部同期クロック部を更に有し、
   前記制御部は、
   前記外部同期クロック部により生成された前記外部同期クロックに同期して、前記信号入出力部による信号の入出力を制御する外部同期手段を更に有する
   ことを特徴とする画像撮像装置。
6. 計測する計測部と、前記計測部を制御する制御部とを有する計測装置であって、
   基準クロックを生成する基準クロック部と、
   前記計測部と前記制御部との間に設けられ、前記基準クロック部により生成された前記基準クロックに同期して信号を入出力する信号入出力部とを更に有し、
   前記制御部は、
   前記計測部を制御する複数の制御信号を生成し、前記計測部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成する生成手段と、
   前記生成手段により生成された前記複数の制御信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して前記計測部に送信する送信手段と、
   前記計測部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、前記計測信号の受信数をカウントする受信手段と、
   前記受信手段により受信された前記計測信号の前記受信数が、前記生成手段により生成された前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出する抽出手段とを有する
   ことを特徴とする計測装置。
7. 画像撮像部により画像を撮像する画像撮像方法であって、
   前記画像撮像部を制御する複数の制御信号を生成し、
   前記画像撮像部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成し、
   前記複数の制御信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して前記画像撮像部に送信し、
   前記画像撮像部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、
   計測開始時からの前記計測信号の受信数をカウントし、
   前記計測信号の前記受信数が、前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出する
   ことを特徴とする画像撮像方法。
8. 請求項７記載の画像撮像方法において、
   前記基準クロックは，第１の基準クロックと、前記第１の基準クロックと周波数が異なる第２の基準クロックとを含み、
   前記第１の基準クロックに同期して、前記複数の制御信号を前記画像撮像部に送信し、
   前記第２の基準クロックに同期して、前記計測信号を受信する
   ことを特徴とする画像撮像方法。
9. 請求項７又は８項に記載の画像撮像装置において、
   前記画像撮像部は、核磁気共鳴画像法により画像を撮像するＭＲＩ画像撮像部であり、
   前記基準クロックの周波数は、０．１メガヘルツから２．０メガヘルツの範囲内である
   ことを特徴とする画像撮像方法。
10. 計測部により計測する計測方法であって、
    前記計測部を制御する複数の制御信号を生成し、
    前記計測部からの計測信号を抽出する抽出タイミングを生成し、
    前記複数の制御信号を、信号入出力部を介し、基準クロックに同期して前記計測部に送信し、
    前記計測部からの計測信号を、前記信号入出力部を介し、前記基準クロックに同期して受信し、
    計測開始時からの前記計測信号の受信数をカウントし、
    前記計測信号の前記受信数が、前記抽出タイミングである場合に、前記計測信号を抽出する
    ことを特徴とする計測方法。