(57)【要約】  本発明は、核磁気共鳴撮像無線周波数受信器に関し、受信器は、少なくとも１つの無線周波数受信器コイル装置（１２２、２０４、３０６）からアナログ信号を受信するよう適合され、無線周波数受信器は、第１のディジタル信号にアナログ磁気共鳴信号を変換するためのアナログ・ディジタル変換器（４０８）、第２のディジタル信号に第１のディジタル信号を変換するための再サンプリング及び復調装置（４１４）、通信リンク（２１２）を介して第２のディジタル信号を送信するよう適合された通信インタフェース（４００：６００；６０２）及びサンプリング・クロックを生成する第１のクロック生成器（４０６）を備える。サンプリング・クロックは、アナログ・ディジタル変換器（４０８）の直接クロック源であり、第１のクロック生成器（４０６）はディジタル・タイミング・レファレンスを使用してサンプリング・クロックを生成するよう適合され、ディジタル・タイミング・レファレンスは、通信インタフェース（４００、６００、６０２）により、通信リンク（２０２）を介してディジタル形式で受信され、受信器はシステム・クロックを生成するための第２のクロック生成器（４１０）を更に備え、システム・クロックは再サンプリング及び復調装置（４１４）の直接クロック源であり、第２のクロック生成器（４１０）は、サンプリング・クロックを使用してシステム・クロックを生成するよう適合される。
2011505948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴撮像無線周波数受信器であって、前記受信器は、少なくとも１つの無線周波数受信器コイル装置からアナログ信号を受信するよう適合され、前記無線周波数受信器は、第１のディジタル信号にアナログ磁気共鳴信号を変換するためのアナログ・ディジタル変換器、第２のディジタル信号に前記第１のディジタル信号を変換するための再サンプリング及びディジタル復調装置、通信リンクを介して前記第２のディジタル信号を送信するよう適合された通信インタフェース、及びサンプリング・クロックを生成する第１のクロック生成器を備え、前記サンプリング・クロックは、前記アナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、前記第１のクロック生成器はディジタル・タイミング・レファレンスを使用して前記サンプリング・クロックを生成するよう適合され、前記ディジタル・タイミング・レファレンスは、前記通信インタフェースにより、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信され、前記受信器はシステム・クロックを生成するための第２のクロック生成器を更に備え、前記システム・クロックは再サンプリング及び復調装置の直接クロック源であり、前記第２のクロック生成器は、前記サンプリング・クロックを使用して前記システム・クロックを生成するよう適合される受信器。
【請求項２】
請求項１記載の受信器であって、データ・クロックを生成するための第３のクロック生成器を更に備え、前記データ・クロックは、前記通信インタフェースの前記直接クロック源であり、前記第３のクロックは、前記サンプリング・クロック又は前記システム・クロックを使用して前記データ・クロックを生成するよう適合された受信器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の受信器であって、前記第１のクロック生成器及び前記第３のクロック生成器は帰還ループを形成し、前記第１のクロック生成器は前記帰還ループによって制御される受信器。
【請求項４】
請求項３記載の受信器であって、前記第２のクロック生成器は前記帰還ループ内に含まれる受信器。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の受信器であって、帰還ループが位相ロック・ループである受信器。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の受信器であって、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信された前記ディジタル・タイミング・レファレンスがシリアル・データ・ビットストリームとして受信される受信器。
【請求項７】
請求項６記載の受信器であって、前記データ・クロックは多位相クロックであり、前記通信インタフェースは、前記多位相クロックからの前記データ・クロックの回復に適合され、前記回復されたデータ・クロックは、前記シリアル・データ・ビットストリームに含まれる前記データを回復するために使用可能である受信器。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の受信器であって、前記受信器は複数の通信インタフェースを備え、前記複数の通信インタフェースは、更なる受信器のデイジー・チェイン化に適合される受信器。
【請求項９】
請求項８記載の受信器であって、各通信インタフェースは、中央で生成された多位相クロックから前記データ・クロックを個々に、かつ動的に回復する受信器。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の受信器であって、複数の受信器チャネルは受信器内に含まれ、各受信器チャネルはアナログ・ディジタル変換器並びに再サンプリング及びディジタル復調装置を備え、受信器チャネルは全て、共通のサンプリング・クロックと、共通のシステム・クロックと、前記通信インタフェースとを含む受信器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の受信器であって、前記システム・クロック及び前記サンプリング・クロックは同じ周波数で動作する受信器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れかに記載の受信器と、制御及びデータ獲得システムとを備えた核磁気共鳴撮像システムであって、前記制御及びデータ獲得システムはマスタ・クロックを備え、前記マスタ・クロックは前記タイミング・レファレンスを前記受信器に前記通信リンクを介して供給する核磁気共鳴撮像システム。
【請求項１３】
磁気共鳴撮像受信器コイル装置から無線周波数信号を受信する方法であって、前記方法は核磁気共鳴撮像無線周波数受信器によって行われ、前記方法は、前記無線周波数受信器コイル装置からアナログ核磁気共鳴信号を受信する工程と、アナログ磁気共鳴信号を第１のディジタル信号に変換する工程であって、前記変換は、アナログ・ディジタル変換器によって行われる工程と、前記第１のディジタル信号を第２のディジタル信号に再サンプリングし、前記第２のディジタル信号を通信リンクを介して通信する工程とを含み、第１のクロック生成器はサンプリング・クロックを生成し、前記サンプリング・クロックは前記アナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、前記第１のクロック生成器はディジタル・タイミング・レファレンスを使用して前記サンプリング・クロックを生成し、前記ディジタル・タイミング・レファレンスは前記通信インタフェースにより、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信され、システム・クロックが第２のクロック生成器によって生成され、前記システム・ブロックが前記再サンプリング及び復調装置の直接クロック源であり、前記第２のクロック生成器は、前記サンプリング・クロックを使用して前記システム・クロックを生成する方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、第３のクロック生成器により、データ・クロックを生成する工程を更に備え、前記データ・クロックは、前記通信インタフェースの前記直接クロック源であり、前記第３のクロック生成器は、前記サンプリング・クロック又は前記システム・クロックを使用して前記データ・クロックを生成する方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の方法であって、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信される前記ディジタル・タイミング・レファレンスは、シリアル・データ・ストリームとして受信され、前記データ・クロックは多位相クロックであり、前記方法は更に、前記通信インタフェースにより、前記データ・クロックを前記多位相クロックから回復する工程、及び前記回復されたデータ・クロックを使用して前記シリアル・データ・ビットストリームに含まれるデータを回復する工程を含む方法。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５の何れかに記載の方法工程の何れかを行うためのコンピュータ実行可能な命令を備えたコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴撮像無線周波数受信器、磁気共鳴撮像受信器コイル装置から無線周波数信号を受信する方法、及びコンピュータ・プログラム・プロダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、先例のない組織コントラストで、人体のような物体の断面ビューイングを可能にする従来の撮像手法である。ＭＲＩは、分子についての微視的な化学及び物理情報を得るために科学者によって使用される分光手法である核磁気共鳴（ＮＭＲ）の原理に基づく。ＮＭＲ及びＭＲＩの基準は、非ゼロ・スピンを有する原子核が磁気モーメントを有するということである。医用撮像では、これは、例えば、水のような高濃度で体内に存在しているので、調査される水素原子の核（すなわち、陽子１Ｈ）である。ラジオ（無線周波数）波が、強い外部磁場における核に向けられ、これは、陽子の励起及び陽子の緩和につながる。陽子の緩和により、無線信号が発出され、これを検出し、コンピュータ処理して画像を形成する。磁気共鳴（ＭＲ）無線周波数（ＲＦ）受信コイルは、特定のＭＲ実験において伝送されるＲＦ信号を受信するために必要な部品である。最善のアンテナ素子位置は、走査される人体の近くであり、よって、ＭＲ受信コイルの大半は、スキャナ操作者により、患者上に配置される。
【０００３】
ＭＲ受信コイル、又は一般に、増幅器、スイッチ等のような種々の電子部品及びコイルを備えるＭＲ受信チェインは外部ラジオ波による擾乱に対する感度が非常に高いので、ＭＲ受信チェインは電磁的に遮蔽されなければならず、これは、検査室におけるＭＲ受信チェイン及び別個の技術室における制御システムの空間的に離間していることを必要とする。
【０００４】
従来のＭＲ受信チェインは、ＲＦスイッチ、ＲＦ増幅器、ＲＦ電源、ＲＦケーブル及びＲＦコネクタ等などの多くの高価なアナログ設計素子を備えたマッシブ・パラレル・アナログ・ソリューションを特徴とする。前述の素子は全て、通常、検査室における受信チェインと技術室におけるアナログ・ディジタル変換器との間の１０乃至２０メートルの距離にわたって散らばっている。これにより、素子が散らばっていること、及び多くの直流電気部品間の不必要な相互作用により、ＭＲスキャナを、高い費用対効果で設計し、作製するために最も複雑かつ困難な局面のうちの１つになる。
【０００５】
前述の課題は、コイルにおける素子数が多い場合（すなわち、従来の配線手法を使用して効果的に組合せる必要がある複数の個々のコイルを含むコイル・システム）において更に重大になっている。更に、ＭＲＩシステムでは、各直流電流配線は、直流電流配線の結合効果による画像品質の有害な作用を避けるために、トレーピングを考慮し、注意深く設計する必要がある。
【０００６】
更に、特定のコイル実現形態の実際のワークフロー効果はＭＲスキャナの動作に非常に重要である。大部分においてＭＲスキャナの患者のスループットが定められるからである。更に、患者は、配線の混乱を軽減し、種々の人体の形状により柔軟に適合させ、より軽量である人間工学的設計、潜在的により短いか又はより少ない閉所恐怖症体験のような効率的なワークフローによって主に定められる改良された患者の快適性を有する受信コイルの恩恵を受ける。
【０００７】
前述の課題は、受信コイルのディジタル・インタフェースを使用して解決することが可能である。この場合、アナログ・ディジタル変換は既にコイル内で行われる。コイル内の高い素子数の場合にも、コネクタ及びケーブルのサイズ及び取り扱いの課題は、数本の光ファイバ又は直流電流配線のみに複数素子情報を効果的に組み合わせることによって解決することが可能である。
【０００８】
米国特許第６３３９７１７号明細書には、検診システム、特に、ホスト・コンピュータ装置、制御コンピュータ装置、及び画像コンピュータ装置を備えた磁気共鳴システムが開示されている。アナログ・ディジタル変換器が、画像信号受信システムのラジオ・コイルの近くに配置され、検診システムは磁気共鳴システムとして適合させる。
【０００９】
米国特許第４８７９５１４号明細書には、数個の構成部分以外は全てディジタルである送信器／受信器を備えたＭＲＩ装置が開示されている。
技術室から遠隔のディジタル化は、（例えば、受信器コイルの基板上での）適切なディジタル・サンプリングのための局所の（遠隔の）アナログ・ディジタル変換器におけるシステム（マスタ）クロックの利用可能性を必要とする。これは、マスタ・システム・クロックの情報が、技術室から検査室における受信器素子に提供されなければならないということを意味している。
【００１０】
米国特許公開公報第２００７／０２２４６９８号明細書には、ＮＭＲ信号の直接ディジタル化に適合された共鳴撮像システムが開示されている。  
国際公開２００７／０４３００９号明細書には、磁気共鳴信号をディジタル・データに変換するよう構成されたアナログ・ディジタル変換器、及びディジタル・データの一次周波数帯を変換するよう構成された周波数変換器、及び磁気共鳴信号をピックアップするよう構成された共鳴ピックアップ回路を備えた無線周波数アンテナが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は核磁気共鳴撮像無線周波数受信器を提供し、受信器は、少なくとも１つの無線周波数受信コイル装置からアナログ信号を受信するよう適合され、無線周波数受信器は、アナログ磁気共鳴信号を第１のディジタル信号に変換するためのアナログ・ディジタル変換器と、第１のディジタル信号を第２のディジタル信号に変換するための再サンプリング及びディジタル復調装置と、通信リンクを介して第２のディジタル信号を送信するよう適合された通信インタフェースと、サンプリング・クロックを生成するための第１のクロック生成器とを備える。サンプリング・クロックはアナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、第１のクロック生成器は、ディジタル・タイミング・レファレンスを使用してサンプリング・クロックを生成するよう適合され、ディジタル・タイミング・レファレンスは、通信インタフェースにより、通信リンクを介してディジタル形式で受信される。受信器はシステム・クロックを生成するための第２のクロック生成器を更に備え、システム・クロックは再サンプリング及びディジタル復調装置の直接クロック源であり、第２のクロック生成器は、サンプリング・クロックを使用してシステム・クロックを生成するよう適合される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
例えば、電圧制御された水晶発振器（ＶＣＸＯ）によって生成されたサンプリング・クロックが、アナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、通信リンクを介してディジタル形式で受信されるディジタル・タイミング・レファレンスからサンプリング・クロックが直接生成され、アナログ・ディジタル変換器に使用されるクロックが、受信器のクロック・システム内で達成可能な最低ジッタを伴う最高精度を有する。ディジアル化された信号の品質がＡＤＣサンプリング・クロックの品質に大きく依存するので、このことは重要である。本発明による受信器によれば、高品質のアナログ・ディジタル変換をもたらすことが可能である。
【００１３】
本発明の実施例によれば、受信器は、データ・クロックを生成するための第３のクロック生成器を更に備え、データ・クロックは通信インタフェースのための直接クロック源であり、第３のクロック生成器は、サンプリング・クロック又はシステム・クロックを使用してデータ・クロックを生成するよう適合される。このことは、システム・クロック及びデータ・クロックが、サンプリング・クロックに基づいて生成されるということを意味する。前述の通り、ＡＤＣサンプリング・クロックの高品質が、ＭＲ受信器における獲得されたＲＦ信号の品質をかなり向上させる。よって、第１の選択は、システム・クロック及びデータ・クロックを生成するサンプリング・クロックに基づき、通信リンクを介してディジタル形式で受信されるディジタル・タイミング・レファレンスから直接、サンプリング・クロックを生成することである。システム・クロックのジッタの増加はサンプリング・クロック上のジッタよりもずっと重大でない。このことは、ディジタル処理のみに関するからである。比較のために、通常、ジッタに関する精度及び時計の位相雑音に対し、ＡＤＣクロックに対する要求は、  １−１０ｐｓであり、システム・クロックに対する要求は１００−５００ｐｓである。
【００１４】
本発明の実施例によれば、第１のクロック生成器及び第３のクロック生成器は、帰還ループを形成し、第１のクロック生成器は、帰還ループによって制御される。あるいは、第２のクロック生成器も帰還ループに含み得る。帰還ループの使用には利点があり、サンプリング・クロック及びシステム・クロックは、中央タイミング・レファレンスに対して一定周波数ロック状態にあり、よって、システムにおける（遠隔）ＭＲＩ受信器は全て、同期して動作し、それにより、受信器全ての集中リアルタイム（ソフトウェア）制御が可能になる。
【００１５】
本発明の実施例によれば、帰還ループは位相ロック・ループである。実施例全てにおいて、ＡＤＣサンプリング処理の直接クロック源としてＶＣＸＯベースのサンプリング・クロックを有することにより、サンプリング・クロックに位相雑音を場合によっては付加し得る回路が除外される。
【００１６】
本発明の実施例によれば、通信リンクを介してディジタル形式で受信されるディジタル・タイミング・レファレンスはシリアル・ビットストリームとして受信される。
【００１７】
本発明の実施例によれば、データ・クロックは多位相クロックであり、通信インタフェースは、多位相クロックからのデータ・クロックの回復に適合され、回復されたデータ・クロックは、シリアル・データ・ビットストリームに含まれるデータを回復するよう使用可能である。
【００１８】
例えば、通信リンクのデータ・クロック回復の基準は、シリアル・データ・レートの周波数での８相クロックである。データ受信器は、８つのクロック位相のうちの１つでデータをサンプリングし、選ばれた位相を動的に調節する。このようにして、データ回復は、局所レファレンス・クロックがデータ・レートに周波数ロックされていなくても機能する。データは次いで、「非直列化され」、クロックが、相応に分割される。その場合、これは、「回復されたデータ・クロック」である。
【００１９】
本発明の実施例によれば、受信器は複数の通信インタフェースを備え、複数の通信インタフェースは、更なる受信器のデイジィ・チェイニングに適合される。デイジィ・チェイニングは、使用された通信リンクの帯域によって定められる限度まで行うことが可能であり、ほぼ任意の数の受信器及びコイルは、信号出力ファイバ・リンクに接続することが可能である。デイジィ・チェイニングにより、内部配線の長さが削減され、場合によっては、配線を完全に取り除くことが可能になる。無線データ伝送手法を備えたＭＲ受信器の使用は更に、配線の削減を可能にする。
【００２０】
本発明の実施例によれば、通信インタフェースはそれぞれ、個々に割り当てられた多位相クロックを備える。
【００２１】
本発明の実施例によれば、システム・クロック及びサンプリング・クロックは同じ周波数で動作する。これは、再サンプリング機能を破棄することが可能であるという利点を有する。例えば、１．５Ｔ陽子ＭＲＩシステムの場合、サンプリング・クロック及びシステム・クロックは５０ＭＨｚであり、サンプリング・クロックからシステム・クロックを生成するためのＰＬＬはバイパスすることが可能である。
【００２２】
別の局面では、本発明は、制御及びデータ獲得システム、並びに本発明による受信器を備える核磁気共鳴撮像システムに関し、制御及びデータ獲得システムはマスタ・クロックを備え、マスタ・クロックは、通信リンクを介して受信器にタイミング・レファレンスを供給する。これは、技術室における制御及びデータ獲得システム、並びに、検査室に配置された受信器部分に核磁気共鳴撮像システムを離すことを可能にし、受信器、並びに制御及びデータ獲得システムは光ファイバ・ディジタル・リンクによって接続される。システムの集中制御は制御及びデータ獲得システムによって可能であり、ＲＦ感応性電気素子は、検査室のみにおいて非常に効果的に遮蔽されて配置される。
【００２３】
別の局面では、本発明は、磁気共鳴撮像受信器コイル装置から無線周波数信号を受信する方法に関し、方法は核磁気共鳴撮像無線周波数受信器によって行われ、方法は、無線周波数受信器コイル装置からアナログ核磁気共鳴信号を受信する工程、及びアナログ核磁気共鳴信号を第１のディジタル信号に変換する工程であって、変換は、アナログ・ディジタル変換器によって行われる工程と、第１のディジタル信号を第２のディジタル信号に再サンプリングし、復調する工程と、第２のディジタル信号を通信リンクを介して通信する工程とを含み、第１のクロック生成器はサンプリング・クロックを生成し、サンプリング・クロックはアナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、第１のクロック生成器はディジタル・タイミング・レファレンスを使用してサンプリング・クロックを生成し、ディジタル・タイミング・レファレンスは通信インタフェースにより、通信リンクを介してディジタル形式で受信される。システム・クロックは第２のクロック生成器によって生成され、システム・クロックは再サンプリング及び復調装置の直接クロック源であり、第２のクロック生成器はサンプリング・クロックを使用してシステム・クロックを生成する。
【００２４】
本発明の実施例によれば、方法は、第３のクロック生成器により、データ・クロックを生成する工程を更に含み、データ・クロックは通信インタフェースのための直接クロック源であり、第３のクロック生成器は、サンプリング・クロック又はシステム・クロックを使用してデータ・クロックを生成する。
【００２５】
本発明の実施例によれば、通信リンクを介してディジタル形式で受信されるディジタル・タイミング・レファレンスはシリアル・データ・ビットストリームとして受信され、データ・クロックは多位相クロックであり、上記方法は、多位相クロックからのデータ・クロックを通信インタフェースによって回復する工程、及び回復されたデータ・クロックを使用してシリアル・データ・ビットストリームに含まれるデータを回復する工程を更に含む。
【００２６】
別の局面では、本発明は、本発明による方法を行うためのコンピュータ実行可能な命令を含むコンピュータ・プログラム・プロダクトに関する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術のＭＲＩシステムを示す図である。
【図２】受信コイル・アセンブリの近くで、又は受信コイル・アセンブリ内で一体化されたディジタル受信器を備えたＭＲＩシステムを示す図である。
【図３】ＭＲＩシステムにおける一体化ディジタイザを備えた複数のコイル素子を示す図である。
【図４】本発明によるＭＲＩ受信器を示す図である。
【図５】本発明によるＭＲＩ受信器の更なる実施例を示す図である。
【図６】クロック回復システムの更なる詳細を示す図である。
【図７】ＡＤＣから通信インタフェースへのデータ・フローを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、本発明の好ましい実施例は、例として、図面を参照してのみ、更に詳細に説明している。
【実施例】
【００２９】
図１は、従来技術のＭＲＩシステム１００を示す。従来技術システムは２つの部分、すなわち、検査室１０４に配置された電気構成部分、及び技術室１０２に配置された電気構成部分に分離される。前述の分離の理由は、検査室において、ＭＲＩ磁石が、その勾配コイル１２６、その送信コイル素子１２４、及び受信コイル素子１２２とともに配置される。ＭＲ撮像の目的で核を励起するためには、高周波ＲＦパルスを送信コイル素子１２４を介して印加され、受信コイル素子１２２によって検出されなければならない。検査室の遮蔽により、大きな擾乱なしでのＲＦ信号の高品質受信が可能であるということが確実になる。このことは、検査室１０２に配置された電気構成部分及び技術室１０２に配置された電気構成部分の直流電流分離も必要とする。
【００３０】
技術室では、勾配増幅器１０６及びＲＦ増幅器１０８が配置される。何れの増幅器も、勾配コイル１２６及び送信コイル素子１２４により、ＭＲＩ走査を行うために十分なエネルギを供給するために必要である。勾配増幅器１０６及びＲＦ増幅器１０８は制御及びデータ獲得システムによって制御される。制御及びデータ獲得システム自体は、ディジタイザ１１４、送信器制御部１１６、勾配制御部１１８及び走査制御コンピュータ１２０を備えた受信器を含む。更に、受信コイル素子１２２は、同軸アナログ・リンク１２８を介して制御及びデータ獲得システムに接続される。更に、受信コイル素子１２２によって獲得されたＭＲＩ画像を再構成するために使用される再構成器１１０が更に、制御及びデータ獲得に接続される。
【００３１】
ＭＲＩシステムを構成する別々の部分（勾配波形生成器、送信ＲＦパルス生成器、ＲＦ受信器のディジタル化部）は全て、中央の安定タイミング・レファレンス（すなわち、システム・タイミング・レファレンス１１２）に同期化される。図１に示す従来技術のＭＲＩシステムでは、前述のレファレンスが、生成され、ディジタル・エレクトロニクス全てを収容するラック内の種々のサブシステムにマスタ・クロックとして配信される。
【００３２】
図１に示すシステムの欠点は、例えば、検査室１０４と技術室１０２との間で、通常、１０乃至２０メートルの長さの電気接続が必要であるという点である。このことにより、検査室と技術室との間の配線に外部ＲＦフィールドが結合し得るという高い可能性による高い誤差傾向がもたらされる。更に、受信コイル素子１２２によって検出された微弱性ＭＲ信号は、ＭＲＩシステム１００の感度を減少させる長いケーブルによって更に減衰させられる。更に、より増加した数の受信器チャネルへのスケーリングに関連付けられた費用及び複雑度は、技術室における集中受信器へのアナログ接続を使用して実現されるとすばやく増大する。
【００３３】
前述の課題に対する解決策は図２に示す。これは、一体化ディジタル受信器を備えたＭＲＩシステムを示す。図１と図２との間の相違点は、図１のＭＲＩシステム１００において、獲得されたＭＲ信号のディジタル化が受信器及びディジタイザ１１４により、技術室１０２において行われる一方、図２では、ディジタル化は、一体化ディジタイザ２０４を備えた受信コイル素子において既に行われているという点である。これは、受信コイル・アセンブリと固定システム（エレクトロニクス）との間の従来技術のＭＲシステムのアナログ接続１２８がディジタル光ファイバ接続２０２で置き換えられるということを意味する。これは、光ファイバ・リンク２０２を介して光ディジタル信号を受信することができる更なるネットワーク・ハブ２００が技術室１０２において存在することを必要とする。しかし、図２に示すディジタル・システム及び従来技術システムにおいてシステム・タイミング・レファレンス１１２によって生成されるタイミング情報は、検査室における一体化ディジタイザ２０４を備えた受信コイル素子に技術室１０２から転送する必要がある。タイミング・レファレンスが、一体化ディジタイザ２０４を備える受信コイル素子にどのようにして供給されるかという問題は、着信ディジタル・データストリームから、一体化ディジタイザ２０４を備えた受信コイル素子がクロックを再構成するという点である。ファイバ・リンク２０２を介した着信ディジタル・データストリームは、周波数においてシステム・タイミング・レファレンス１１２、すなわちマスタ・クロックにロックされる。
【００３４】
図３は、ＭＲＩシステムにおける一体化ディジタイザを備えた複数のコイル素子を示す。図３に示すコイル素子は、デイジー・チェイン化され、ディジタル受信器の使用の更なる利点が明らかになる。各受信器はそれ自身のディジタイザを有するので、単純なディジタル・ファイバ・リンクを使用してコイル素子を相互接続することが可能であり、これは、一方で、コイル素子の効率的な直流電流減結合を確実にし、更に、ケーブルの混乱等なしで素子を相互接続する容易なやり方を提供する、
図３には、技術室１０２における制御及びデータ獲得システムにあるネットワーク・ハブ２００を示す。更なるネットワーク・ハブ３００は検査室１０４にあり、技術室１０２におけるネットワーク・ハブ２００及び検査室１０４におけるネットワーク・ハブ３００は高速ファイバ・リンク２０２によって接続される。検査室１０４におけるネットワーク・ハブ３００には、一体化ディジタイザを備えた複数のコイル素子が中速ファイバ・リンク３０２によって接続される。各コイル素子は例えば、複数のアンテナ素子３０６及びディジタイザ３０４を備える。アンテナ素子３０６により、ＲＦ信号は、それぞれの励起パルス系列後にピックアップされ、これは勾配コイル及び送信コイル素子を伴う。ピックアップされたＲＦ信号は、そのうえに、ディジタイザ３０４によってディジタル化される。
【００３５】
図３にみられるように、ネットワーク・ハブ３００（この場合、集信装置としての役目も担う）に直接、複数のディジタイザ３０４を接続することが可能である。あるいは、更なるディジタイザ及びネットワーク・ハブへの接続のために少なくとも１つの入力及び１つの出力を各ディジタイザが有するように複数のディジタイザ３０４をデイジー・チェイン化することが可能である。
【００３６】
制御及びデータ獲得システムのマスタ・クロックからのタイミング・レファレンスが、一体化ディジタイザ３０４を備えた個々のコイル素子に、高速ファイバ・リンク２０２及びネットワーク・ハブ３００によって供給される。好ましくは、各ディジタイザ３０４は、それぞれの中速ファイバ・リンク３０２を介してデータ・ストリームから個々にそのシステム又はサンプリング・クロックを再構成する。
【００３７】
図４は、本発明によるＭＲＩ受信器を示す。図４における受信器は、ディジタル受信器であり、技術室（図示せず）における制御及びデータ獲得システムにファイバ・リンク２０２によって接続された光ファイバ・シリアル通信インタフェース４００を備える。光ファイバ・シリアル通信インタフェース４００は、ファイバ・リンク２０２によって受信されたデータ通信のシリアル・データ・レートからサンプリング・クロックを抽出するための電圧制御発振器４０６、並びに位相検出器４０２及びループ・フィルタ４０４と組み合わせて使用される。受信器シリアル・データ・レートから抽出されたサンプリング・クロックは、アナログ・ディジタル変換器４０８にＲＦ入力によって入ってくるＲＦ信号をサンプリングするために使用される。
【００３８】
再サンプリング及びディジタル復調装置４１４により、再サンプリング及びディジタル復調目的で使用されるシステム・クロックを生成するために、更なるＰＬＬ（位相ロック・ループ）４１０が、サンプリング・クロックからシステム・クロックを生成するために使用される。前述の生成されたシステム・クロックは次いで更に、通信インタフェース４００及びファイバ・リンク２０２を介した通信に使用されるシリアル・データ・ブロックを生成するために更なるＰＬＬ４１２によって更に使用することが可能である。更に、位相検出器４０２、ル―プ・フィルタ４０４、ＶＣＸＯ４０６、ＰＬＬ４１０及びＰＬＬ４１２は、生成されたサンプリング・クロックに対して高い安定性を保証するループを形成する。ジッタ及び位相雑音の規定に対するＡＤＣサンプリング・クロックの品質は、それにより、ＶＣＸＯ、ループ・フィルタ及び位相検出器によってのみ定められる。ループ・フィルタ及び位相検出器を適切に設計することにより、ＶＣＸＯ構成部分の品質が、サンプリング・クロックの位相雑音及びジッタを定める唯一の要因であるということが確実にされる。
【００３９】
図４に示す手法は、ＶＣＸＯ周波数をＡＤＣサンプリングとして直接使用し、ＰＬＬを使用してＡＤＣサンプリング・クロックからシステム・クロックを導き出す。サンプリング・クロックの品質は、ＶＣＸＯのみに依存する。ＡＤＣサンプリング・クロック品質は、獲得されたＲＦ信号の品質にとって最大の重要度のものであるので、非常に重要な特性である。システム・クロックのジッタの増加はサンプリング・クロック上のジッタよりもずっと重大でない。このことは、ディジタル処理のみに関するからである。  
完全に説明するために、再サンプリング及びディジタル復調装置４１４に関し、受信器は、ＲＦ入力によって獲得されるＭＲ信号が、ＭＲ信号キャリア周波数よりもずっと低い帯域幅を通常有するということを利用するということを述べておかなければならない。例えば、約２ＭＨｚのＭＲ信号帯域幅を含む６４ＭＨｚのキャリア周波数が、陽子の１．５Ｔシステムにおいて使用される。ディジタル化された６４ＭＨｚ信号がファイバ・リンク２０２を介して、技術室における制御及びデータ獲得システムに送信された場合、再サンプリング及びディジタル復調が行われる。実際に、サンプリング・クロックの周波数は、エイリアシングを避け、アンチエイリアシング帯域通過フィルタ実現形態を容易にするよう選ばなければならない。
【００４０】
更に、アナログ・ディジタル変換器４０８とディジタル復調器との間に再サンプリング機能を挿入することにより、復調器及び通信インタフェース４００が動作する周波数と無関係にＡＤＣ４０８のサンプリング周波数を選ぶことが可能になる。このように無関係にあることにより、アナログ及びディジタル領域における設計上の自由度が更にもたらされる。
【００４１】
図５は、本発明によるディジタルＭＲ受信器の更なる実施例を示す。図４のＭＲ受信器と図５のＭＲ受信器との間の相違点は、図４において、サンプリング・クロックをまずＰＬＬ４１０に入力してシステム・クロックを生成し、結果として生成されたシステム・クロックを更なるＰＬＬ４１２に更に入力してシリアル・データ・クロックを生成する。図５に示すディジタルＭＲ受信器では、サンプリング・クロックが入力されるＰＬＬ５００は１つのみ使用される。ＰＬＬ５００は、サンプリング・クロックからシリアル・データ・クロックを生成し、これを位相検出器４０２に入力して帰還ループをもたらす。ファイバ・リンク２０２を介した制御及びデータ獲得システムへのディジタル化ＭＲ信号の通信のためにシリアル・データ・クロックを通信インタフェース４００によって更に使用する。再サンプリング及びディジタル復調装置４１４が必要とするシステム・クロックを生成するために、シリアル・データ・クロックがデバイダ５０２に入力される。シリアル・データ・クロック及びシステム・クロックを生成するために１つのＰＬＬのみが使用されるので、これは、最適化された更なるＭＲ受信器を提供する。システム・クロックは、単純な除算によってのみ、シリアル・データ・クロックから導き出される。例えば、ＡＳＩＣインテグレーション及び使用クロック比のような実現形態の手法に依存して、図５に示すような前述の手法は、より効率的であり得る。
【００４２】
図４及び図５に示していないのは、ファイバ・リンク２０２によって受信されたデータ・ビットの適切なサンプリングを担う独立したデータ回復回路である。これは、図４及び図５に示す回路が、光ファイバ２０２によって受信されたデータ・ストリームとの周波数ロックを有するクロックを得るために使用され、そういうものとして、データ・ストリームが生成されたレファレンス・マスタ・クロックとの周波数ロックを有する。
【００４３】
データ・クロック回復回路をサンプリング及びシステム・クロック回復回路と組み合わせない理由は、シリアル・データ回復回路が更に、「回復されたクロック」を供給し得るという点である。「回復されたクロック」はしかし、位相ジャンプを含み得る。位相ジャンプは、ＡＤＣサンプリング・クロック品質に悪影響を及ぼす。更に、デイジー・チェイン受信器モジュール（１対１のトポロジ又はスター・トポロジ）を有することが非常に望ましく、これは、異なるデータ位相を備えたモジュールそれぞれにおける通信のための複数のシリアル・データ回復装置が必要であるということを意味する。前述のデータ・ストリームそれぞれの回復のためにＶＣＸＯを使用すると、費用、サイズ、及び電力消費において法外になる。
【００４４】
図６は、システム対データ・クロック再生が無関係であることに関する詳細を示す。図６中で重要であるのは、通信リンクのデータ・クロックの再生である。図４と比較すれば、ＰＬＬ４１２は、通信リンク・インタフェース６００によって受信されたシリアル・データ・レートの周波数において、又は前述の周波数近くで８位相クロックを生成するよう適合される。
【００４５】
各通信リンク・インタフェースでは、回復されたデータ・クロックは、ＰＬＬ４１２から出力された８位相の局所レファレンス・クロックから導き出される。回復されたデータ・クロックを次いで使用して、通信リンク・インタフェース６００に入力されるデータ・ストリームに含まれるデータを回復することが可能である。データ回復は、局所レファレンス・クロックがデータ・レートに周波数ロックされていなくても、機能する。この場合、データ受信のための正しい位相を求めることは動的処理であり、したがって、回復されたクロックは、１／８×シリアル・データ周期の位相ジャンプを含む。データは次いで、「非直列化され」、クロックが、相応に分割される。これは、図６に示すような再生されたデータ・クロックをもたらす。
【００４６】
再生されたデータ・クロックが、システム位相検出器のレファレンスとして使用されない主たる理由は上述の通りであり、すなわち、クロックは、動的位相選択から生じるジャンプを含み得る。前述のジャンプは、非常に低い周波数のものであり得、したがって、ループ・フィルタによって除去されない。これは、ＡＤＣサンプリング・クロックの受け入れられない位相ジャンプをもたらすので、データ・ストリームに符号化されたデータを回復するために使用された回復されたデータ・クロックの判定は、ＡＤＣサンプリング・クロックの判定と互いに分離される。ＡＤＣサンプリング・クロックは、回復されたデータ・クロックに依存しない。  
更に、図６には、更なるディジタル受信器をデイジー・チェイン化するために使用することが可能な更なる通信リンク・インタフェース６０２も示す。各通信リンク６０２はデータ回復を独立して行う。これは、各受信器のデータ回復回路が個々に、後続ディジタル受信器との通信を行うことができるということを意味する。
【００４７】
図７は、ＡＤＣから通信インタフェースへのデータ・フローのブロック図を示す。前述のフローは通常、再サンプリング及びディジタル復調装置内で行われ、３つの主要工程を含む。まず、ＡＤＣから受信されたデータが、再サンプラに入力され、再サンプリングされ、そのうえ、ディジタル復調器に入力される。最後に、復調器によって処理された信号は、処理され、符号化され、通信インタフェースに供給される。前述の通り、再サンプリングは任意である。更なる符号化も同様である。しかし、光ディジタル・ネットワークを介してデータの効率的な伝送を可能にするためにデータ帯域幅をかなり削減するために、復調器が必要である。復調器の更なる目的は、画像再構成の目的で使用されるベースバンド・データを供給することである。
【００４８】
参照符号リスト
１００  ＭＲＩシステム
１０２  技術室
１０４  検査室
１０６  勾配増幅器
１０８  ＲＦ増幅器
１１０  再構成器
１１２  マスタ・クロック
１１４  ディジタイザ
１１６  送信器制御部
１１８  勾配制御部
１２０  走査制御部
１２２  アナログ受信コイル
１２４  送信コイル
１２６  勾配コイル
１２８  アナログ・リンク
２００  ネットワーク・ハブ
２０２  ディジタル・リンク  
２０４  ディジタル受信コイル
３００  ネットワーク・ハブ
３０２  リンク
３０４  ディジタイザ
３０６  アンテナ素子
４００  通信インタフェース
４０２  位相検出器
４０４  ループ・フィルタ
４０６  ＶＣＸＯ
４０８  ＡＤＣ
４１０  ＰＬＬ
４１２  ＰＬＬ
４１４  再サンプリング及びディジタル復調装置
５００  ＰＬＬ
５０２  デバイダ
６００  通信インタフェース
６０２  通信インタフェース  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月14日(2010.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴撮像無線周波数受信器であって、前記受信器は、少なくとも１つの無線周波数受信器コイル装置からアナログ信号を受信するよう適合され、前記無線周波数受信器は、第１のディジタル信号にアナログ磁気共鳴信号を変換するためのアナログ・ディジタル変換器、第２のディジタル信号に前記第１のディジタル信号を変換するための再サンプリング及びディジタル復調装置、通信リンクを介して前記第２のディジタル信号を送信するよう適合された通信インタフェース、及びサンプリング・クロックを生成する第１のクロック生成器を備え、前記サンプリング・クロックは、前記アナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、前記第１のクロック生成器はディジタル・タイミング・レファレンスを使用して前記サンプリング・クロックを生成するよう適合され、前記ディジタル・タイミング・レファレンスは、前記通信インタフェースにより、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信され、前記受信器はシステム・クロックを生成するための第２のクロック生成器を更に備え、前記システム・クロックは再サンプリング及び復調装置の直接クロック源であり、前記第２のクロック生成器は、前記サンプリング・クロックを使用して前記システム・クロックを生成するよう適合される受信器。
【請求項２】
請求項１記載の受信器であって、データ・クロックを生成するための第３のクロック生成器を更に備え、前記データ・クロックは、前記通信インタフェースの前記直接クロック源であり、前記第３のクロックは、前記サンプリング・クロック又は前記システム・クロックを使用して前記データ・クロックを生成するよう適合された受信器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の受信器であって、前記第１のクロック生成器及び前記第３のクロック生成器は帰還ループを形成し、前記第１のクロック生成器は前記帰還ループによって制御される受信器。
【請求項４】
請求項３記載の受信器であって、前記第２のクロック生成器は前記帰還ループ内に含まれる受信器。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の受信器であって、帰還ループが位相ロック・ループである受信器。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の受信器であって、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信された前記ディジタル・タイミング・レファレンスがシリアル・データ・ビットストリームとして受信される受信器。
【請求項７】
請求項６記載の受信器であって、前記データ・クロックは多位相クロックであり、前記通信インタフェースは、前記多位相クロックからの前記データ・クロックの回復に適合され、前記回復されたデータ・クロックは、前記シリアル・データ・ビットストリームに含まれる前記データを回復するために動作可能である受信器。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の受信器であって、前記受信器は複数の通信インタフェースを備え、前記複数の通信インタフェースは、更なる受信器のデイジー・チェイン化に適合される受信器。
【請求項９】
請求項８記載の受信器であって、各通信インタフェースは、中央で生成された多位相クロックから前記データ・クロックを個々に、かつ動的に回復するよう適合された受信器。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の受信器であって、複数の受信器チャネルは受信器内に含まれ、各受信器チャネルはアナログ・ディジタル変換器並びに再サンプリング及びディジタル復調装置を備え、受信器チャネルは全て、共通のサンプリング・クロックと、共通のシステム・クロックと、前記通信インタフェースとを含む受信器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の受信器であって、前記システム・クロック及び前記サンプリング・クロックは同じ周波数で動作する受信器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れかに記載の受信器と、制御及びデータ獲得システムとを備えた核磁気共鳴撮像システムであって、前記制御及びデータ獲得システムはマスタ・クロックを備え、前記マスタ・クロックは前記タイミング・レファレンスを前記受信器に前記通信リンクを介して供給する核磁気共鳴撮像システム。
【請求項１３】
磁気共鳴撮像受信器コイル装置から無線周波数信号を受信する方法であって、前記方法は核磁気共鳴撮像無線周波数受信器によって行われ、前記方法は、前記無線周波数受信器コイル装置からアナログ核磁気共鳴信号を受信する工程と、アナログ磁気共鳴信号を第１のディジタル信号に変換する工程であって、前記変換は、アナログ・ディジタル変換器によって行われる工程と、前記第１のディジタル信号を第２のディジタル信号に再サンプリングし、前記第２のディジタル信号を通信リンクを介して通信する工程とを含み、第１のクロック生成器はサンプリング・クロックを生成し、前記サンプリング・クロックは前記アナログ・ディジタル変換器の直接クロック源であり、前記第１のクロック生成器はディジタル・タイミング・レファレンスを使用して前記サンプリング・クロックを生成し、前記ディジタル・タイミング・レファレンスは前記通信インタフェースにより、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信され、システム・クロックが第２のクロック生成器によって生成され、前記システム・ブロックが再サンプリング及び復調装置の直接クロック源であり、前記第２のクロック生成器は、前記サンプリング・クロックを使用して前記システム・クロックを生成する方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、第３のクロック生成器により、データ・クロックを生成する工程を更に備え、前記データ・クロックは、前記通信インタフェースの前記直接クロック源であり、前記第３のクロック生成器は、前記サンプリング・クロック又は前記システム・クロックを使用して前記データ・クロックを生成する方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の方法であって、前記通信リンクを介してディジタル形式で受信される前記ディジタル・タイミング・レファレンスは、シリアル・データ・ストリームとして受信され、前記データ・クロックは多位相クロックであり、前記方法は更に、前記通信インタフェースにより、前記データ・クロックを前記多位相クロックから回復する工程、及び前記回復されたデータ・クロックを使用して前記シリアル・データ・ビットストリームに含まれるデータを回復する工程を含む方法。
【国際調査報告】
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