(57)【要約】  多チャンネルの受信コイルを備えるMRI装置において、各チャンネルでの受信データを高速に信号処理し、再構成までの時間を短縮する為に、本発明は、信号処理装置として、複数チャンネルで得たエコー信号を、並列処理可能なマルチコアCPUを搭載し、該マルチコアCPUの並列処理は、実際にエコー信号を処理する並列処理数の子タスクと、各子タスクを管理する親タスクとが同期をとることにより行い、信号処理装置内部では、メモリ間はDMA転送され、さらに、複数の信号処理装置と、信号処理装置で処理後のデータから画像を再構成する再構成装置とは、1のスイッチング装置を介してスター型に接続される。
2015087889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数チャンネルを有する受信コイルと、
前記受信コイルで受信した信号を処理し、画像を得る画像処理装置と、を備え、
前記画像処理装置は、
1以上の信号処理装置と、
1のスイッチング装置と、
前記1のスイッチング装置を介して、前記1以上の信号処理装置の各々と接続される画像再構成装置と、を備え、
前記信号処理装置は、それぞれ、複数の論理コアを備えるマルチコアCPUを備え、当該マルチコアCPUにより、前記複数チャンネルのうち、予め割り当てられた2以上のチャンネルで受信した信号に対する信号処理を並列に行い、チャンネル毎の処理後データを生成し、
前記画像再構成装置は、前記チャンネル毎の処理後データから画像を再構成すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記1以上の信号処理装置の各々は、タスク生成機能を備え、
前記タスク生成機能は、1つの親タスクと、当該親タスクの配下で同時に実行される複数の子タスクを生成し、
前記子タスクは、それぞれ、1つの前記論理コアに割り当てられ、前記信号処理を行うこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記親タスクおよび各前記子タスクは、前記信号処理に先立ち、当該信号処理に用いるデータを生成する前処理を行うこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項3記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記信号処理は、前記信号を間引くリサンプル処理を含み、
前記親タスクは、前記前処理において前記信号処理に用いるデータとして、前記リサンプル処理に用いるフィルタを複数生成し、
各前記子タスクは、前記前処理において前記信号処理に用いるデータとして、前記リサンプル処理で用いるサンプル点毎に、前記複数生成されたフィルタの中から位相の対応したフィルタを決定し、当該サンプル点と当該フィルタとを対応づけたテーブルを生成すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記受信コイルが受信する信号は、検出対象部位の変位を検出するためのナビゲータエコーであり、
前記信号処理装置は、前記ナビゲータエコーによる前記検出対象部位の変位の算出を行うこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
1つの前記信号処理装置に割り当てられるチャンネルの数が、当該信号処理装置の論理コアの数以上の場合、前記タスク生成機能は、前記子タスクを、論理コア数分生成し、
前記親タスクは、予め定められた振り分けに従って、前記チャンネルを前記各子タスクに振り分け、
前記子タスクは、前記振り分けられたチャンネルで得た信号に対し前記信号処理を行い、前記処理後データを得、
前記親タスクは、前記割り当てられた全チャンネルの処理後データをまとめて前記画像再構成装置に送信すること、
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
計測制御装置をさらに備え、
前記計測制御装置は、前記複数チャンネルを略均等に各前記信号処理装置に割り当てること、
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
計測制御装置をさらに備え、
前記スイッチング装置を介して接続される前記画像再構成装置は2以上であり、
前記計測制御装置は、各前記画像再構成装置の処理負荷が略均等になるよう、各前記処理後データを処理する前記画像再構成装置を決定すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
各前記信号処理装置は、
前記受信した信号を一時的に格納する受信メモリと、
信号処理を行う際、前記受信した信号を格納するメインメモリと、を備え、
前記受信した信号は、前記受信メモリから前記メインメモリへDMA転送されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
請求項9記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記受信メモリは、前記受信した信号の格納と読み出しとを並列に実行可能な2面切り替え方式のメモリであること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
各前記信号処理装置は、複数の信号を並列に受信可能な受信インタフェースを備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する磁気共鳴イメージング(MRI)技術に関し、特に多チャンネルの受信コイルを用いて取得したエコー信号に対して行なう信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の受信コイル(マルチチャンネル受信コイル；多チャンネル受信コイル)を備えるMRI装置において、再構成処理の負荷分散や処理速度の高速化を実現する方法が提案されている。例えば、各チャンネルで受信したエコー信号を処理する信号処理装置および再構成装置を、チャンネル数だけ備え、それらを格子状に配置し、水平方向及び垂直方向に隣接する装置間の通信を可能にし、これを実現するものがある(例えば、特許文献1参照)。【０００３】
特許文献1の手法では、それぞれの信号処理装置で処理された各チャンネルのデータは、専用の通信バスを経由して、再構成装置に転送され、ここで2次元フーリエ変換により画像データに変換される。各再構成装置で変換された全チャンネルの画像データは、信号処理装置および再構成装置とは別に備えられる合成装置に集約され、合成されて最終画像が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-218285号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1に記載の手法では、各信号処理装置に、1チャンネルのエコー信号を受信するインタフェースを搭載したハードウェアを用いる。このため、多チャンネル化に対応するためには、チャンネル数分の信号処理装置を用意する必要があり、ハードウェアが大型化するとともにコストも増大する。また、各信号処理装置からの処理後データの転送要求が同時に発生するため、転送データ量の増加を招き、結果的に転送のスループットが低下する。【０００６】
また、従来の信号処理装置では画質向上を目的として、受信したエコー信号に対して信号処理前に各種補正処理を行なう。しかしながら、従来の信号処理は、内部処理に高速化の工夫がなされていないため、処理時間がかかる。従って、さらに補正処理を追加すると、それらの処理時間が繰り返し時間(TR)を越えてしまう可能性がある。これにより、最終的に再構成処理時間の延長に繋がる。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、多チャンネルの受信コイルを備えるMRI装置において、各チャンネルでの受信データを高速に信号処理し、再構成までの時間を短縮する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、信号処理装置として、複数チャンネルで得たエコー信号を、並列処理可能なマルチコアCPUを搭載する。該マルチCPUの並列処理は、実際にエコー信号を処理する、並列処理数の子タスクと、各子タスクを管理する親タスクとが同期をとることにより行う。信号処理装置内部では、メモリ間はDMA転送され、さらに、複数の信号処理装置と、信号処理装置で処理後のデータから画像を再構成する再構成装置とは、1のスイッチング装置を介してスター型に接続される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多チャンネルの受信コイルを備えるMRI装置において、各チャンネルでの受信データを高速に信号処理し、再構成までの時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一の実施形態のMRI装置のブロック図
【図２】第一の実施形態の制御処理系のブロック図
【図３】第一の実施形態のDRF演算器のブロック図
【図４】第一の実施形態の親タスク、子タスクの同期処理を説明するための説明図
【図５】第一の実施形態の振り分け例を説明するための説明図
【図６】第一の実施形態のリサンプルフィルタと適用するエコー信号データとの関係を説明するための説明図、(a)間引き後1点目、(b)間引き後2点目、(c)間引き後N点目となる説明図
【図７】(a)は、第一の実施形態の親タスクの前処理のフローチャートであり、(b)は、第一の実施形態の子タスクの前処理のフローチャート
【図８】第一の実施形態の親タスクの計測中処理のフローチャート
【図９】第一の実施形態の子タスクの計測中処理のフローチャート
【図１０】第一の実施形態の1回のTR内の信号処理を説明するための説明図
【図１１】従来の画像処理装置のブロック図
【図１２】従来の1回のTR内の信号処理を説明するための説明図
【図１３】第一の実施形態の、EPIシーケンス適用時の1ショット内の処理を説明するための説明図
【図１４】第二の実施形態の親タスク、子タスクの同期処理を説明するための説明図
【図１５】第二の実施形態の親タスクの計測中処理のフローチャート
【図１６】第二の実施形態の子タスクの計測中処理のフローチャート
【図１７】第二の実施形態のナビゲータエコー取得時の信号処理を説明するための説明図
【図１８】(a)は、従来のチャンネル割り当てを、(b)は、本発明の変形例のチャンネル割り当てを説明するための説明図
【図１９】本発明の変形例の制御処理系のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態に係るMRI装置は、複数チャンネルを有する受信コイルと、前記受信コイルで受信した信号を処理し、画像を得る画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、1以上の信号処理装置と、1のスイッチング装置と、前記1のスイッチング装置を介して、前記1以上の信号処理装置の各々と接続される画像再構成装置と、を備え、前記信号処理装置は、それぞれ、複数の論理コアを備えるマルチコアCPUを備え、当該マルチコアCPUにより、前記複数チャンネルのうち、予め割り当てられた2以上のチャンネルで受信した信号に対する信号処理を並列に行い、チャンネル毎の処理後データを生成し、前記画像再構成装置は、前記チャンネル毎の処理後データから画像を再構成することを特徴とする。
【００１２】
また、前記1以上の信号処理装置の各々は、タスク生成機能を備え、前記タスク生成機能は、1つの親タスクと、当該親タスクの配下で同時に実行される複数の子タスクを生成し、前記子タスクは、それぞれ、1つの前記論理コアに割り当てられ、前記信号処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、前記親タスクおよび各前記子タスクは、前記信号処理に先立ち、当該信号処理に用いるデータを生成する前処理を行うことを特徴とする。
また、前記信号処理は、前記信号を間引くリサンプル処理を含み、前記親タスクは、前記前処理において前記信号処理に用いるデータとして、前記リサンプル処理に用いるフィルタを複数生成し、各前記子タスクは、前記前処理において前記信号処理に用いるデータとして、前記リサンプル処理で用いるサンプル点毎に、前記複数生成されたフィルタの中から位相の対応したフィルタを決定し、当該サンプル点と当該フィルタとを対応づけたテーブルを生成することを特徴とする。
【００１４】
また、前記受信コイルが受信する信号は、検出対象部位の変位を検出するためのナビゲータエコーであり、前記信号処理装置は、前記ナビゲータエコーによる前記検出対象部位の変位の算出を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、1つの前記信号処理装置に割り当てられるチャンネルの数が、当該信号処理装置の論理コアの数以上の場合、前記タスク生成機能は、前記子タスクを、論理コア数分生成し、前記親タスクは、予め定められた振り分けに従って、前記チャンネルを前記各子タスクに振り分け、前記子タスクは、前記振り分けられたチャンネルで得た信号に対し前記信号処理を行い、前記処理後データを得、前記親タスクは、前記割り当てられた全チャンネルの処理後データをまとめて前記画像再構成装置に送信することを特徴とする。
【００１６】
また、計測制御装置をさらに備え、前記計測制御装置は、前記複数チャンネルを略均等に各前記信号処理装置に割り当てること、を特徴とする。
【００１７】
また、計測制御装置をさらに備え、前記スイッチング装置を介して接続される前記画像再構成装置は2以上であり、前記計測制御装置は、各前記画像再構成装置の処理負荷が略均等になるよう、各前記処理後データを処理する前記画像再構成装置を決定することを特徴とする。
【００１８】
また、各前記信号処理装置は、前記受信した信号を一時的に格納する受信メモリと、前記信号処理を行う際、前記受信した信号を格納するメインメモリと、を備え、前記受信した信号は、前記受信メモリから前記メインメモリへDMA転送されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記受信メモリは、前記受信した信号の格納と読み出しとを並列に実行可能な2面切り替え方式のメモリであることを特徴とする。
【００２０】
また、各前記信号処理装置は、複数の信号を並列に受信可能な受信インタフェースを備えることを特徴とする。
【００２１】
＜＜第一の実施形態＞＞
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態を説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、特に断らない限り、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
＜装置構成＞
最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【００２３】
本実施形態のMRI装置100は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生系120と、傾斜磁場発生系130と、高周波磁場発生系(以下、送信系)150と、高周波磁場検出系(以下、受信系)160と、制御処理系170と、シーケンサ140と、を備える。
【００２４】
静磁場発生系120は、垂直磁場方式であれば、被検体101の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に、均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに配置される永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を備える。
【００２５】
傾斜磁場発生系130は、MRI装置100の座標系(装置座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル131と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源132とを備え、後述のシーケンサ140からの命令に従ってそれぞれの傾斜磁場コイル131の傾斜磁場電源132を駆動することにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzを印加する。
【００２６】
撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルスを印加して被検体101に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交し、且つ、互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルスと周波数エンコード方向傾斜磁場パルスとを印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
【００２７】
送信系150は、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体101に高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」と呼ぶ。)を照射するもので、高周波発振器(シンセサイザ)152と変調器153と高周波増幅器154と送信側の高周波コイル(送信コイル)151とを備える。高周波発振器152はRFパルスを生成し、出力する。変調器153は、出力されたRFパルスをシーケンサ140からの指令によるタイミングで振幅変調し、高周波増幅器154は、この振幅変調されたRFパルスを増幅し、被検体101に近接して配置された送信コイル151に供給する。送信コイル151は供給されたRFパルスを被検体101に照射する。
【００２８】
受信系160は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号(NMR信号、エコー信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)161と信号増幅器162と直交位相検波器163と、A/D変換器164とを備える。受信コイル161は、被検体101に近接して配置され、送信コイル151から照射された電磁波によって誘起された被検体101の応答のエコー信号を検出する。検出されたエコー信号は、信号増幅器162で増幅された後、シーケンサ140からの指令によるタイミングで直交位相検波器163により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器164でディジタル量に変換されて、制御処理系170に送られる。
【００２９】
本実施形態では、受信コイル161は、複数のサブコイルにより構成される多チャンネルコイルとする。サブコイル(チャンネル)毎に信号増幅器162、直交位相検波器163、A/D変換器164を備え、サブコイル(チャンネル)毎にディジタル量に変換されたエコー信号が制御処理系170に送られる。
【００３０】
シーケンサ140は、制御処理系170からの指示に従って、RFパルスと傾斜磁場パルスとを印加する。具体的には、制御処理系170からの指示に従って、被検体101の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系150、傾斜磁場発生系130、および受信系160に送信する。
【００３１】
制御処理系170は、MRI装置100全体の制御、各種データ処理等の演算、処理結果の表示及び保存等を行う。制御処理系170には、記憶装置172と表示装置173と入力装置174とが接続される。記憶装置172は、ハードディスクなどの内部記憶装置と、外付けハードディスク、光ディスク、磁気ディスクなどの外部記憶装置とにより構成される。表示装置173は、CRT、液晶などのディスプレイ装置である。入力装置174は、MRI装置100の各種制御情報や制御処理系170で行う処理の制御情報の入力のインタフェースであり、例えば、トラックボールまたはマウスとキーボードとを備える。入力装置174は、表示装置173に近接して配置される。操作者は、表示装置173を見ながら入力装置174を通してインタラクティブにMRI装置100の各種処理に必要な指示、データを入力する。
【００３２】
制御処理系170は、操作者が入力した指示に従って、記憶装置172に予め保持されるプログラムを実行することにより、MRI装置100の動作の制御、各種データ処理等の制御処理系170の各処理を実現する。上述のシーケンサ140に対する指示は、予め記憶装置に保持されるパルスシーケンスに従ってなされる。また、受信系160からのデータが制御処理系170に入力されると、制御処理系170は、信号処理、画像再構成処理等を実行し、その結果である被検体101の断層像を表示装置173に表示するとともに、記憶装置172に記憶する。
【００３３】
送信コイル151と傾斜磁場コイル131とは、被検体101が挿入される静磁場発生系120の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置される。また、受信コイル161は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置される。
【００３４】
現在、MRI装置の撮像対象核種で、臨床で普及しているものは、被検体101の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。MRI装置100では、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を、二次元もしくは三次元的に撮像する。
【００３５】
＜制御処理系の機能構成＞
本実施形態では、制御処理系170において、受信系160で受信した多チャンネルデータを高速に並列に処理する。これを実現するため、本実施形態の制御処理系170は、図2に示すように、各部を制御して計測を行う計測制御装置(計測制御演算器)210と、複数チャンネルを有する受信コイル161で受信した信号を処理し、画像を得る画像処理装置220と、を備える。
【００３６】
また、本実施形態の画像処理装置220は、1以上の信号処理装置(DRF演算器)221と、1つのスイッチング装置223と、1つのスイッチング装置223を介して1以上の信号処理装置221各々と接続される画像再構成装置(再構成演算器)222と、を備える。なお、図2では、DRF演算器221を4台備える場合を例示する。
【００３７】
＜接続＞
各DRF演算器221、再構成演算器222、および計測制御演算器210は、図2に示すように、1つのスイッチング装置(switch)223を介して、スター型のトポロジで接続される。スイッチング装置223には、スイッチングハブなどが用いられる。
【００３８】
＜計測制御演算器＞
本実施形態では、計測制御演算器210は、総チャンネル数の確定に応じて、各DRF演算器221が処理を行うチャンネルを決定する。総チャンネル数は、撮像で使用する受信コイル161が決定すると、確定する。具体的には、計測制御演算器210は、各DRF演算器221に入力される受信ライン(伝送経路)を決定する。なお、以下、DRF演算器221に入力される受信ラインを決定することを、(処理する)チャンネルを割り当てる、と呼ぶ。計測制御演算器210は、CPUとメモリとを備え、計測制御演算器210の機能は、計測制御演算器210内のCPUが、予め保持するプログラムを実行することにより実現される。
【００３９】
＜再構成演算器＞
再構成演算器222は、各DRF演算器221から送られる、チャンネル毎のリサンプル後のデータ(処理後データ)から画像を再構成する。再構成は、各チャンネルの処理後データに対し、2次元フーリエ変換を行い、チャンネル毎の画像を再構成し、その後、全てのチャンネルの画像を合成する。再構成演算器222で生成された画像は、表示装置173に表示される。再構成演算器222は、CPUとメモリとを備え、再構成演算器222の機能は、再構成演算器222内のCPUが、予め保持するプログラムを実行することにより実現される。
【００４０】
＜DRF演算器＞
各DRF演算器221は、複数の論理コアを備えるマルチコアCPUを備え、当該マルチコアCPUにより、受信コイル161の複数チャンネルのうち、予め割り当てられた2以上のチャンネルで受信した信号(をデジタル量に変換したデータ)を並列に処理して、チャンネル毎の処理後データを生成する。割り当ては、上述のように、計測制御演算器210によってなされる。本実施形態では、1のDRF演算器221に、1以上のチャンネルが割り当てられる。
【００４１】
DRF演算器221の数は、DRF演算器221が処理可能なチャンネル数と、MRI装置100の最大チャンネル数に応じて決定される。例えば、MRI装置100のシステム構成が、32チャンネルであり、1台のDRF演算器221が8チャンネル分のエコー信号を処理可能な場合、DRF演算器221は、4台配置される。
【００４２】
なお、MRI装置100のシステムとして要求されるチャンネル数に応じて、DRF演算器221の数を調整することにより、伝送経路数を調整できる。チャンネル数(サブコイル数)に対応したエコー信号の伝送経路は、複数チャンネルが束ねられてDRF演算器221内の専用インタフェースと接続される。
【００４３】
＜DRF演算器の構成＞
各DRF演算器221は、図3に示すように、受信インタフェース(受信IF；Receive IF)241と、FPGA(Field Programable Gate Array)242と、エコー受信メモリ243と、メインメモリ244と、CPU245と、スイッチ(SW)246と、外部通信インタフェース(外部演算器通信用I/F)247と、を備える。
【００４４】
受信I/F241は、エコー信号を受信する専用インタフェースである。本実施形態では、複数チャンネルのエコー信号を並列に受信できるよう構成される。
【００４５】
エコー受信メモリ243は、受信I/F241で受信したエコー信号を一時的に格納するメモリである。チャンネル毎に分割された格納領域を有する。エコー受信メモリのサイズは、全撮像シーケンスの中で見積もられた最大AD時間とADのサンプリングレートから算出される。
【００４６】
また、本実施形態では、エコー受信メモリ243には、信号の受信と読み出しとを並列に実行可能な2面切り替え方式のメモリを用いる。例えば、演算処理と受信処理とを並行して行うことができる2面(A面およびB面)のバンク方式のメモリを用いる。これにより、エコー受信とその後のメインメモリへのDMA転送を含めた合計時間がTRを超えた場合に、上書きされ、データを失うことを防ぐことができる。
【００４７】
FPGAは、DRF演算器221内のメモリ転送を制御する。例えば、受信I/F241で受信したエコー信号の、エコー受信メモリ243への格納を制御する。また、DMAコントローラとして機能し、エコー受信メモリ243からメインメモリ244へのDMA転送を行う。
【００４８】
エコー受信メモリ243は、一時的なバッファとしての用途であるため、リサンプル処理といった信号処理を行う際は、CPU245から高速にアクセス可能なメインメモリ244にデータを転送する。本実施形態では、エコー受信メモリ243とメインメモリ244との間の転送を、DMA方式にて実行する。これにより、データ転送によるCPU245への負荷を低減する。
【００４９】
CPU245は、メインメモリ244に格納されたデータに対し、信号処理を行う。本実施形態のCPU245は、上述のように、複数の論理コアを備えるマルチコアCPUとする。そして、2以上のチャンネルで受信した信号を、各論理コアで処理することにより並列処理を実現する。
【００５０】
また、本実施形態では、CPU245は、予め格納されたプログラムを実行することにより、タスク生成機能を実現する。タスク生成機能は、1つの親タスクと、当該親タスクの配下で同時に実行される複数の子タスクを生成する。この子タスクにより、複数チャンネルからのエコー信号の並列演算処理を実現する。
【００５１】
図4に示すように、子タスクは、論理コア数分、作成される。例えば、DRF演算器221に搭載されるCPU245のスペックが物理コア2、論理コア4である場合、子タスクは4つ生成される。そして、各子タスクは、生成と同時に、各論理コアに1対1の割り付けが行われる。OSでの自動的なスケジューリングの場合、生成された各子タスクがどの論理コアに割り振られるか不明でるため、演算中に障害等が発生した場合に、エラー発生元のデータのチャンネルを特定することが難しくなる。これを防ぐため、割り付けが行われる。割り付けを行うことにより、ソフトウェア内での演算データの管理を行いやすくする。
【００５２】
なお、当該DRF演算器221に割り当てられたチャンネル数が、論理コア数より少ない場合、子タスクは、チャンネル数、作成される。
【００５３】
親タスクおよび子タスクは、計測開始前に、信号処理に先立ち、信号処理に用いる各種データを生成する前処理を行う。また、計測中は、親タスクの指示に従って、複数の子タスクが、生成されたデータを用い、並列に、信号処理を行う。
【００５４】
＜親タスクの処理＞
親タスクは、計測前の前処理を行うとともに、計測中は、生成された複数の子タスクを制御、管理する。
【００５５】
前処理として、親タスクは、自DRF演算器221が処理するチャンネル数を決定し、各子タスクに振り分ける、チャンネル振分311を行う。すなわち、撮像で使用する受信コイルが決定され、総チャンネル数が確定すると、親タスクは、計測処理の開始前に計測制御演算器210から、自DRF演算器221内に入力される受信ラインの情報を取得し、その情報に基づき、受信した信号の演算処理を実行する総チャンネル数を算出する。そして、各子タスクに振り分ける。振り分け方は、例えば、図5に示すように、特定の子タスクに付加が集中しないよう、計測毎に親タスクが計算し、決定される。
【００５６】
また、親タスクは、前処理として、子タスクが信号処理演算を行うために必要な各種データ(例えば、フィルタ等)を生成(フィルタ生成312)し、メインメモリ244の共有メモリ領域に格納する。
【００５７】
なお、以下、本実施形態では、予め定めた共有メモリ領域に格納し、格納したメモリ領域の先頭アドレスを、当該メモリ領域にアクセスする子タスク用のグローバル変数のポインタに格納する処理を、共有メモリ化と呼ぶ。従って、親タスクは、生成した各種データ(フィルタ)を、共有メモリ化する。これにより、生成したデータを、全子タスクが参照可能となる。
【００５８】
ここで、親タスクが前処理で生成する各種データの詳細を説明する。前処理で生成する各種データは、子タスクが、QD検波処理(以後、QD処理と呼ぶ。)、リサンプル処理といった信号処理で使用する各種フィルタである。
【００５９】
QD処理は、AD変換されたエコー信号に対して、実数部と虚数部の成分に分離する処理である。QD処理として、具体的には下記の式(1-1)および式(1-2)に従って、計算を行なう。
【００６０】
real(t)＝sig(t)×cos(θ)  ・・・(1-1)
imag(t)＝sig(t)×sin(θ)  ・・・(1-2)
なお、real(t)、imag(t)は、それぞれ、エコー信号の実部データ、虚部データ、sig(t)はエコー信号、tは時間、θはADサンプリングレートから計算される位相値を表す。
【００６１】
リサンプル処理は、QD処理後の実部データ、虚部データに対して、撮像条件のバンド幅に信号を間引く処理である。本実施形態では、ローパスフィルタを用いたサンプリング処理を行なう。本実施形態では、リサンプル用のフィルタとして無限インパルス応答h(n)にカイザー窓関数w(n)を乗算したFIRフィルタH(n)を使用する。FIRフィルタH(n)の計算式は、以下の式(2)の通りである。
2015087889.tif 000003
【００６２】
なお、sは遮断周波数、I0は第1種の0次の変形ベッセル関数、αは窓の形状を決める任意の実数、Nはフィルタ長である。
【００６３】
親タスクは、QD処理で用いるsin(θ)およびcos(θ)のテーブルを作成するとともに、リサンプル処理に用いるFIRフィルタH(n)を、予め定めた位相毎に生成し、共有メモリ化する。すなわち、本実施形態では、複数の、異なるフィルタを生成する。
【００６４】
次に、親タスクが計測中に行う処理、すなわち、計測中処理について説明する。
【００６５】
親タスクは、計測中、すなわち、エコー信号の受信が開始されると、子タスク自身が使用する演算用メモリを子タスク数分確保する(演算領域確保313)。確保したメモリ領域は、共有メモリ化する。そして、その旨の通知を各子タスクに転送する。
【００６６】
さらに、親タスクは、子タスクから、計測中処理終了の通知を受け取ると、共有メモリ領域に格納された処理後データを、再構成演算器222へ送信(データ送信314)する。
【００６７】
＜子タスクの処理＞
子タスクは、前処理として、FIRフィルタの関連付け321を行う。また、計測中は、親タスクからの開始通知を受信すると、1つのエコー信号を受信する毎に、当該エコー信号に対して信号処理を行う。
【００６８】
FIRフィルタの関連付け処理として、子タスクは、周波数エンコード方向のサンプル点毎に、位相毎に生成されたフィルタの中から位相の対応したフィルタを決定し、サンプル点とフィルタとを対応づけたテーブルを生成する。このとき、当該テーブルには、さらに、サンプル点毎に、FIRフィルタの適用点数と、QD処理後のデータが格納されたメモリ領域のデータ開始点アドレスとが、格納される。
【００６９】
図6は、これらの情報を用いて、リサンプリング処理を行う様子を説明するための図であり、(a)間引き後1点目、(b)間引き後2点目、(c)間引き後N点目となる。
【００７０】
FIRフィルタの適用点数401は、基本的にFIRフィルタの点数になる。しかし、間引き点数分のオフセット404を進めていったとき、例えば、端部などで、適用するFIRフィルタ403がエコー信号のAD点数を超えた場合、本適用点数を減らして調整する。
【００７１】
データ開始点アドレス402は、FIRフィルタ403適用先データの情報である。親タスクで確保した、各子タスクの、QD処理後の領域のアドレスを用いてFIRフィルタ403を適用する開始点のアドレスとしてデータ開始点アドレス402を算出する。
【００７２】
最適な位相のフィルタ403は、各開始点で適用する。ここでは、リサンプル処理の結果を、撮像条件で設定するリサンプル間隔(＝バンド幅の逆数)に落とし込むために最適な位相のFIRフィルタ403が選択される。予め作成するFIRフィルタの種類は、ADサンプリング周波数やリサンプル間隔の量子化単位によって変わる。
【００７３】
次に、子タスクが計測中に行う、子タスクの計測中処理を説明する。子タスクは、親タスクから処理開始の通知を受け、オフセット除去322、QD処理323、リサンプル処理324を行う。
【００７４】
なお、オフセット除去322は、輝点発生を抑制すること目的とした処理である。以下の式(3)に従って、QD処理323、リサンプル処理324前に、エコー信号からオフセット成分を減算する。なお、オフセット成分は各エコー信号の平均値である。
【００７５】
sig’(t)＝sig(t)-offset  ・・・(3)
QD処理323およびリサンプル処理324は、上述のとおりである。
【００７６】
子タスクは、これらの処理を終えると、得られた処理後データを共有メモリ化し、親タスクに、処理終了通知を送信する。通知は、振り分けられた全チャンネルの、1エコーデータ分の処理が終了次第、行う。なお、図4に示すように、各子タスクは、前処理および計測中処理を、並列に実行する。
【００７７】
上述したように、親タスクは全ての子タスクの完了通知を受信後、全チャンネル分の処理後データを、まとめて、再構成演算器222に送信する。以降、これらの処理を計測が終了するまで繰り返す。
【００７８】
以上説明した、親タスク、子タスクによる信号処理の流れを、フローチャートを用いて説明する。図7(a)は、親タスクの前処理時の処理フローである。図7(b)は、子タスクの前処理時の処理フローである。親タスクの前処理は、撮像パラメータ等の撮像条件が確定したことを契機に開始される。
【００７９】
親タスクは、まず、受信チャンネル数を特定し、それに基づき、各子タスクに処理チャンネルを割り振る(ステップS1001)。そして、上記手法で、QDテーブルを生成し(ステップS1002)、FIRフィルタを生成する(ステップS1003)。ここで、親タスクは、生成したQDテーブル、FIRフィルタを共有メモリ化する(ステップS1004)。
【００８０】
共有メモリ化を終えると、各子タスクに生成終了を通知し(ステップS1005)、子タスクからの処理終了の通知を待つ。
【００８１】
子タスクから処理終了の通知を受け取る(ステップS1006)と、親タスクは、親タスクの前処理を終了する。
【００８２】
一方、各子タスクは、親タスクからFIRフィルタ生成終了の通知を受領すると、子タスクの前処理を開始する。
【００８３】
各子タスクは、それぞれ、上述の手法で、FIRフィルタの関連付を行い(ステップS1101)、処理終了を親タスクに通知し(ステップS1102)、子タスクの前処理を終了する。
【００８４】
次に、親タスク、子タスクの、計測中の処理の流れを説明する。図8は、本実施形態の親タスクの計測中処理の処理フローである。計測が開始され、受信ラインからエコー信号を受信すると、CPU245に割り込みが入り、それをトリガにして、DMAコントローラは、エコー受信メモリ243からメインメモリ244へのDMA転送を受信チャンネル数分、行う。これを受け、親タスクは、計測中の処理を開始する。
【００８５】
親タスクは、全子タスクの演算領域を確保する(ステップS1201)。そして、確保された演算領域を、共有メモリ化する(ステップS1202)。なお、メインメモリ244にDMA転送されたエコー信号は、親タスクが全子タスクの演算領域を確保後、共有メモリ化される。その後、各子タスクへ、計測中の子タスク処理を開始するよう指示する(ステップS1203)。そして、子タスクからの処理終了通知を待つ。
【００８６】
親タスクは、全子タスクから、処理終了通知を受け取る(ステップS1204)と、処理後データを、再構成演算器222に送信する(ステップS1205)。
【００８７】
親タスクは、ステップS1203からステップS1205の処理を、1計測内の処理エコー全てについて繰り返し(ステップS1206)、処理を終了する。
【００８８】
次に、親タスクからの開始通知を受理したことを契機に行われる、1つの子タスクの計測中の処理の流れを説明する。図9は、子タスクの計測中処理の処理フローである。
【００８９】
子タスクは、まず、1つ目のチャンネルからのエコー信号に対し、オフセット除去処理を行う(ステップS1301)。そして、QDテーブルを参照してQD処理を行い(ステップS1302)、FIRフィルタを用いて、関連付に従って、リサンプル処理を行う(ステップS1303)。処理後のエコー信号は、処理後データとして、共有メモリ領域に格納する。
【００９０】
子タスクは、ステップS1301からS1303の処理を、振り分けられた全チャンネルのエコー信号について行う(ステップS1304)。そして、全チャンネルのエコー信号の処理を終えると、親タスクに処理終了通知を送信し(ステップS1305)、子タスクの計測中処理を終了する。
【００９１】
図4に示すように、各子タスクは、図9に示す処理を、並列に行う。そして、親タスクと子タスクは、前処理および計測中処理を、同期をとって実行する。
【００９２】
＜従来との対比＞
ここで、本実施形態による信号処理と、従来の信号処理装置による信号処理の、1TR内での処理の流れを対比する。
【００９３】
図10は、本実施形態の1回の演算可能時間(TR)内の、複数チャンネルからのエコー信号処理のタイムチャートである。上述のように、本実施形態では、論理コア数分の子タスクにより、エコー信号の処理が並列に行われる。また、エコー受信メモリ243から、メインメモリ244への転送は、DMA転送でなされる。従って、各DRF演算器221内のCPU245の論理コアは、各子タスクに割り振られたチャンネル数の、QD処理とリサンプル処理とを行えばよい。さらに、エコー受信メモリ243は、2面のバンク方式のメモリであるため、エコー信号の受信処理と取得処理を同時に行なうことができる。
【００９４】
比較に用いた、従来の画像処理装置220aを図11に示す。本図に示すように、従来の画像処理装置220a内では、信号処理装置(DRF演算器)221aと、画像再構成装置(再構成演算器)222aとは、格子型に接続される。
【００９５】
DRF演算器221aは、1チャンネルのエコー信号を受信するインタフェースを搭載している。従って、チャンネル数のDRF演算器221aが必要となる。
【００９６】
本図に示すように、それぞれのDRF演算器221aにて処理された各チャンネルの処理後データは、専用の通信バスを経由して、それぞれ、再構成演算器222aに転送される。そして、各再構成演算器222aにて2次元フーリエ変換により画像データに変換される。再構成演算器222aで処理された全チャンネルの画像データは、画像合成器250に集約され、そこで画像合成処理が実行され、最終画像が出力される。なお、DRF演算器221aへのエコー信号の入力は、計測制御演算器210aにより制御される。
【００９７】
図12は、この従来装置による1TR内の複数チャンネルからのエコー信号処理のタイムチャートである。本実施形態では、各DRF演算器221a内のCPUは、1つのチャンネルからのエコー信号の、QD処理、リサンプル処理を行えばよい。しかし、内部メモリ間の転送は、PIO(Programmed I/O)方式が一般的である。従って、CPUの負荷は高い。
【００９８】
従来のDRF演算器221aでは、1チャンネルのエコー信号を受信し、その信号に対してQD処理、リサンプル処理を行う。例えば、画質向上を目的として、受信したエコー信号に対してリサンプル処理前に各種補正処理を行なうと、全信号処理時間が、繰り返し時間(TR)を越えてしまう恐れがある。すなわち、1つのエコー信号に対して、リサンプル前に実施する補正処理などを追加し、且つ、エコー信号受信からリサンプル処理終了までにかかる時間をTR内で完了させることは難しい。
【００９９】
本実施形態のDRF演算器221では、FIRフィルタの関連付けテーブル作成およびエコー信号のDMA転送化によるCPU負荷軽減対策により、多チャンネルのデータを高速に並列処理することができる。このため、エコー信号に対する補正処理が追加された場合でも、要求時間内に演算処理を完了させることができる。
【０１００】
また、1つのDRF演算器221内で、親子のタスク間で同期を取りながら、複数のチャンネルのデータを並列に演算処理する。これにより、1つのDRF演算器221で処理する全チャンネルの処理後データを、まとめて再構成演算器222に転送できる。従って、転送によるオーバヘッドを最小限に抑えることができる。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態のMRI装置100は、複数チャンネルを有する受信コイル161と、前記受信コイル161で受信した信号を処理し、画像を得る画像処理装置220と、を備え、前記画像処理装置220は、1以上の信号処理装置221と、1のスイッチング装置223と、前記1のスイッチング装置223を介して、前記1以上の信号処理装置221各々と接続される画像再構成装置222と、を備え、前記信号処理装置221は、それぞれ、複数の論理コアを備えるマルチコアCPU245を備え、当該マルチコアCPU245により、前記複数チャンネルのうち、予め割り当てられた2以上のチャンネルで受信した信号を並列に処理して、チャンネル毎の処理後データを生成し、前記画像再構成装置222は、前記チャンネル毎の処理後データから画像を再構成する。
【０１０２】
このとき、前記信号処理装置221各々は、タスク生成機能を備え、前記タスク生成機能は、1つの親タスクと、当該親タスクの配下で同時に実行される複数の子タスクを生成し、前記子タスクは、それぞれ、1つの前記論理コアに割り当てられ、前記信号の処理を行ってもよい。
【０１０３】
このように、本実施形態のMRI装置は、複数チャンネルのエコー信号の受信を可能とする受信インタフェース241と、内部のメモリ間のDMA転送を可能とするマルチコアCPUとを搭載したハードウェアを使用する。複数チャンネルのエコー信号に対して、論理コア数分の演算用タスクとそれらを管理する管理タスクとで同期をとりながら、論理コア数分のチャンネルの信号処理を行う。この信号処理を高速に行うため、計測開始前に予め、サンプル点毎の最適な位相のFIRフィルタとフィルタを適用するエコー信号内データ開始点とが関連付けされたテーブルを周波数方向点数分作成しておく。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態では、受信コイル161のチャンネル数に応じて、1以上の信号処理装置221各々に、略均等に処理チャンネルを配分する。さらに、各信号処理装置221内部でも、CPUコア各々に、配分された処理チャンネルを略均等に配分する。従って、CPUコア間、信号処理装置221間で処理負荷が分散される。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、各信号処理装置221内部では、エコー受信メモリ243に一時的に格納された複数チャンネルのエコー信号データが、演算用メインメモリ244にDMA転送される。従って、信号処理装置221内部のCPU245の負荷は、さらに軽減される。
【０１０６】
本実施形態のMRI装置によれば、従来の手法よりも、各信号処理装置221内のCPUの負荷が軽減され、処理時間が短くなる。よって、各エコー信号に対するDRF演算器221での演算処理がTR内に収まる可能性が高くなる。従って、再構成演算器222での処理遅延などが発生しない限り、再構成時間の延長を抑制することができる。
【０１０７】
また、DRF演算器221内では、親タスクと子タスクとが同期を取りながら処理を進めることにより、多チャンネルのデータを高速に且つ安定的に並列処理することができる。同期処理に加え、各DRF演算器221と再構成演算器222とは、スター型トポロジで接続されるため、各DRF演算器221で処理をした、全チャンネルの処理後データを、まとめて再構成演算器222に転送でき、転送によるオーバヘッドを最小限に抑えることができる。
【０１０８】
本実施形態では、複数チャンネルで受信した各エコー信号を、並列に信号処理可能なハードウェア構成およびソフトウェア構成を有する。また、スター型トポロジで構成要素が接続される。従って、多チャンネルの受信コイルを備えるMRI装置において、各チャンネルでの受信データを高速に信号処理でき、転送によるオーバヘッドも抑えられ、再構成までの時間を短縮できる。
【０１０９】
なお、本実施形態では、1回のADで1つのエコー信号を取得するシーケンスを例にあげて説明した。しかしながら、本実施形態は、図13に示すように、例えば、EPIシーケンスのような、1回のADで複数エコーを収集するシーケンスでも適用できる。
【０１１０】
EPIシーケンスの場合、エコーの抽出処理およびリサンプル処理の前に、周波数方向のオフセンタ処理を行なう必要がある。このため、非EPIシーケンスに比べて演算処理量が増える。しかしながら、本実施形態により、CPUの負荷が軽減され、要求時間内で演算処理を完了させることができる。
【０１１１】
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。本実施形態では、画像取得シーケンスに先立ち、検出対象部位の変位を検出するナビゲータエコーを取得するシーケンスを実行する。
【０１１２】
本実施形態のMRI装置は、基本的に第一の実施形態のMRI装置100と同様の構成を備える。また、制御処理系170の機能構成も同様である。そして、各装置の処理も第一の実施形態と同様である。ただし、ナビゲータエコー取得時の本実施形態の親タスクおよび子タスクの処理内容が異なる。画像取得シーケンスでのエコー信号取得時の処理は、第一の実施形態と同様である。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる処理に主眼を置いて説明する。
【０１１３】
本実施形態の、ナビゲータエコー取得時の、1つのDRF演算器221内の処理の概要を図14に示す。本図に示すように、親タスク、子タスクともに、前処理は、第一の実施形態で説明した通常のエコー信号取得時と同じである。
【０１１４】
しかしながら、計測中の処理が、それぞれ異なる。ナビゲータエコーを取得した場合、各子タスクで、1次元のフーリエ変換(1DFT処理325)まで行う。また、親タスクは、子タスクが全チャンネルの処理を終えると、各DRF演算器221内で、全チャンネルの1DFT結果(処理後ナビデータ)を合成(演算器内合成315)する。そして、合成後の処理後ナビデータ(演算器内合成データ)を予め定めた1つのDRF演算器221に収集し、当該DRF演算器221にて、全DRF演算器221の演算器内合成データを合成(演算器間合成316)する。合成結果を用いて、ナビデータ検出対象部位(検出点)の変位量を算出する(変位量算出317)まで行う。
【０１１５】
すなわち、本実施形態では、親タスクは、子タスクと同期が取れたタイミングで、共有メモリに保存された各子タスクの処理後ナビデータを再構成演算器222に転送しない。その代り、処理後データを用いて、合成、変位算出、判定といった処理を実行する。
【０１１６】
全チャンネル分のフーリエ変換後データ(処理後ナビデータ)は、各DRF演算器221内で、親タスクにより、絶対値のデータ形式に変換され、各チャンネルのデータ同士が加算され、チャンネル合成されたデータ(演算器内合成データ)となる。
【０１１７】
全演算器の、演算器内合成データが集められた1つのDRF演算器221では、親タスクが各演算器から得た演算器内合成データ同士を加算し、最終的な合成データ(演算器間合成データ)を生成する。なお、演算器内合成データを集め、それを合成するDRF演算器221は、予め定められる。以下、演算器内合成データを集め、演算器間合成データを生成するDRF演算器221を、主DRF演算器221と呼ぶ。
【０１１８】
主DRF演算器221の親タスクは、演算器間合成データを用いてあらかじめ取得した参照エコーとの相関を取り、基準からのずれ量(変位量)を算出する。そして、ずれ量に基づいて、ナビデータの検出点を求めてもよい。また、変位量に基づき、その後のエコー信号の採否を判定してもよい。
【０１１９】
以下、本実施形態の親タスクおよび子タスクの、ナビゲータエコー計測中の計測中処理の流れを説明する。図15は、親タスクの、図16は、子タスクの処理フローである。
【０１２０】
本実施形態においても、第一の実施形態同様、DMAコントローラが、エコー受信メモリ243からメインメモリ244へのDMA転送を受信チャンネル数分行い、本処理の完了を受け、親タスクは、ナビゲータエコー計測中の処理を開始する。
【０１２１】
親タスクは、全子タスクの演算領域を確保する(ステップS2001)。そして、確保された演算領域を、共有メモリ化する(ステップS2002)。本実施形態においても、メインメモリ244にDMA転送されたナビゲータエコー信号は、親タスクが、全子タスクの演算領域を確保後、共有メモリ化される。その後、各子タスクへ、計測中の子タスク処理を開始するよう指示する(ステップS2003)。そして、子タスクからの終了通知を待つ。
【０１２２】
親タスクは、各子タスクから、処理終了通知を受け取る(ステップS2004)と、処理後ナビデータを、当該DRF演算器221内で合成し、演算器内合成データを生成する(ステップS2005)。
【０１２３】
その後、自身が主DRF演算器221であるか否かを判別する(ステップS2006)。自身が主DRF演算器221でない場合は、演算器内合成データを、主DRF演算器221へ送信する(ステップS2007)。
【０１２４】
一方、自身が主DRF演算器221である場合、他のDRF演算器221から演算器内合成データを受信する(ステップS2008)。そして、自身の演算器内合成データも含め、全演算器内合成データを合成し、演算器間合成データを生成する(ステップS2009)。そして、生成した演算器間合成データを用い、検出対象部位(検出点)の変位量を算出し(ステップS2010)、処理を終了する。なお、ステップS2010で判定まで行った場合の判定結果は、その後実行される、画像取得シーケンスで、得られたエコーデータの採否に用いられる。
【０１２５】
次に、親タスクからの開始通知を受理したことを契機に行われる、子タスクの計測中の処理の流れを、図16に従って説明する。
【０１２６】
子タスクは、まず、1つ目のチャンネルからのエコー信号に対し、オフセット除去処理を行う(ステップS2101)。そして、QDテーブルを参照してQD処理を行い(ステップS2102)、FIRフィルタを用いて、関連付に従って、リサンプル処理を行う(ステップS2103)。そして、1次元のフーリエ変換(1DFT処理)を行い(ステップS2104)、処理後ナビデータを得る。得られた処理後ナビデータは、共有メモリ領域に格納する。
【０１２７】
子タスクは、ステップS2101からS2104までの処理を、割り当てられた全チャンネルのエコー信号について行う(ステップS2105)。そして、全チャンネルのエコー信号の処理を終えると、親タスクに処理完了通知を送信し(ステップS2106)、処理を終了する。
【０１２８】
図17は、本実施形態のナビゲータエコー取得時の、信号処理のタイムチャートである。上述のように、論理コア数分の子タスクにより、エコー信号の処理が並列に行われる。
このとき、ナビゲータエコーの処理時は、各子タスクにより1次元のフーリエ変換まで行われる。そして、親タスクにより、フーリエ変換後の各チャンネルのデータが合成され、変位の算出および判定まで行われる。
【０１２９】
以上説明したように、本実施形態のMRI装置100は、第一の実施形態と同様に、受信コイル161と、画像処理装置220と、を備え、前記画像処理装置220は、1以上の信号処理装置221と、1のスイッチング装置223と、画像再構成装置222と、を備え、前記信号処理装置221は、それぞれ、マルチコアCPU245を備える。そして、前記信号処理装置221各々は、タスク生成機能を備え、前記タスク生成機能は、1つの親タスクと、当該親タスクの配下で同時に実行される複数の子タスクを生成し、前記子タスクは、それぞれ、1つの前記論理コアに割り当てられ、前記信号の処理を行ってもよい。
【０１３０】
さらに、本実施形態のMRI装置100では、前記受信コイル161が受信する信号が、検出対象部位の変位を検出するためのナビゲータエコーの場合、前記信号処理装置221は、前記ナビゲータエコーによる前記検出対象部位の変位の算出を行ってもよい。
【０１３１】
このように、本実施形態によれば、第一の実施形態同様、多チャンネルの受信コイルを備えるMRI装置において、各チャンネルでの受信データを高速に信号処理し、ナビゲータエコーによる検出点算出に要する時間を短縮できる。
【０１３２】
本実施形態では、ナビデータの検出点を算出するため、全DRF演算器221の演算器内合成データを、予め定めた主DRF演算器221に集めて、最終的な合成後データを作成する。従来のような多数のDRF演算器221で構成されるシステムでは、演算器間を接続する通信バス上に大量の転送データが集中し、演算器間の転送に時間がかかっていた。
【０１３３】
しかしながら、本実施形態によれば、まず、複数チャンネルのデータ受信が可能なDRF演算器221を使用することで、システム内のDRF演算器221の数はチャンネル数分の1となる。これに伴い、1ナビゲータエコーの演算処理時間に占める演算器間のデータ転送の割合は大幅に低減する。さらに、各DRF演算器221内部では、マルチコアCPUを備え、各チャンネルのナビゲータエコーは、並列処理される。さらに、DMAコントローラを備えることにより、並列処理を行ったとしても、1つのエコー信号の処理との処理時間の差はほとんどない。
【０１３４】
以上、本発明の第2の実施形態を説明した。本実施形態では、従来に比べて、ナビゲータエコーのADから検出点算出までの処理時間を大幅に低減させることにより、ナビシーケンス全体の撮像時間短縮を実現することができる。
【０１３５】
＜変形例1＞
なお、上記各実施形態において、計測制御装置210は、受信コイル161の各チャンネルから各DRF演算器221へのエコー信号の入力の伝送経路を切り替える機能を備えてもよい。
【０１３６】
システム構成上、DRF演算器221の数は、受信コイル161のチャンネル数の最大値を考慮して決定される。すなわち、DRF演算器221は、最大のチャンネル数を処理可能な数、備えられる。例えば、DRF演算器221が、8チャンネルのエコー信号の入力が可能な構成で、受信コイル161の最大チャンネル数が32チャンネルの場合、4つのDRF演算器221が備えられる。
【０１３７】
しかしながら、撮影時は、処理可能な最大チャンネル数以下のチャンネル数の受信コイルを使用することがある。このような場合、既存の構成要素を最大限効果的に利用可能とするため、計測制御装置210は、実際に使用される各チャンネルからの伝送経路を、各DRF演算器221に排他的に割り当てる。この際、各チャンネルを、各DRF演算器221に略均等になるよう、割り当てる。
【０１３８】
図18(a)および図18(b)に、この機能を備えない場合および備える場合、各々の、各DRF演算器221へのエコー信号の入力態様を示す。ここでは、8チャンネル受け入れ可能なDRF演算器221を4つ備える場合を例示する。この場合、最大、32チャンネルの処理が可能である。
【０１３９】
図18(a)に示すように、本機能を有しないと、16チャンネルしか使用されない場合、予め定めた2つのDRF演算器221に、8チャンネルずつ伝送経路が設定される。
【０１４０】
一方、本機能を備えると、計測制御装置210は、各DRF演算器221での処理が略均等になるよう、受信系160からの伝送経路を設定する。本例であれば、図18(b)に示すように、4つのDRF演算器221各々に、4本ずつ、伝送経路を割り当てる。
【０１４１】
具体的には、使用する受信コイルが確定し、チャンネル数が確定した後、計測制御装置210は、受信系160からDRF演算器221へのエコー信号入力の、伝送経路を、切り替える。
【０１４２】
各DRF演算器221では、入力されたエコー信号に対して、第一の実施形態同様、DRF演算器221内のマルチコアCPUを用いて並列に信号処理を行う。このとき、一度に入力されるエコー信号数が減るため、各子タスクに割り振られる処理チャンネル数は減少する。
【０１４３】
このように、計測制御装置210が、実際に使用する複数のチャンネルを、各DRF演算器221に略均等に割り当てる機能を備えると、システム上処理可能な最大チャンネル数よりも、実際に使用するチャンネル数が下回る場合、予め、受信系160からDRF演算器221へのエコー信号入力経路を切り替えることで、1つのDRF演算器221で処理するデータ量を低減することができる。これにより、各DRF演算器221での信号処理演算を、より高速に行うことができる。その結果、画像再構成までの時間を短縮できる。このように、受信チャンネル数に応じて、システム資源を効率的に活用できる。
【０１４４】
＜変形例2＞
また、各実施形態において、DRF演算器221で処理後のデータから画像を再構成する再構成演算器222を複数設けてもよい。この場合の、画像処理装置220の構成および内部の接続態様を図19に示す。
【０１４５】
各DRF演算器221、各再構成演算器222、および、計測制御演算器210は、本図に示すように、1つのスイッチング装置223を介して、スター型のトポロジで接続される。スイッチング装置223には、スイッチングハブ等が用いられる。
【０１４６】
この場合、再構成演算器222が複数になるため、DRF基板からエコー信号をどの再構成演算器222に送信するかの情報が必要になる。これは、計測制御演算器210が、決定する。すなわち、計測制御演算器210は、各DRF演算器221が各チャンネルの処理後データを、いずれの再構成演算器222に送信すべきか、予め決定する。決定は、各再構成演算器222の処理負荷が略均等になるよう、なされる。なお、処理後データの送信先は、DRF演算器221単位で定められる。
【０１４７】
各DRF演算器221の親タスクは、予め定められた送信先の再構成演算器222に向けて、処理後データを送信する。送信は、送信宛先情報をヘッダに付与することにより行う。親タスクは、前処理時に、計測制御演算器210からエコー信号の送信宛先情報を取得する。そして、入力されたエコー信号に対して、DRF演算器221内のマルチコアCPUを用いて並列に演算処理を行なう。その後、親タスクが自身のDRF演算器221で処理したチャンネル数分の処理後データを、当該DRF演算器221毎に指定された再構成演算器222に向けて送信する。
【０１４８】
再構成演算器222で行う処理は、チャンネル数分の画像の再構成と、それら再構成画像の合成の2つである。この場合、チャンネル毎の画像の再構成を、予め割り当てられた再構成演算器222で各々行う。チャンネル毎の再構成画像は、予め定められたメモリの共有領域に格納する。そして、予め定められた1つの再構成演算器222において、全再構成画像を合成する。
【０１４９】
再構成演算器222の処理は、チャンネル数、撮像枚数、再構成マトリクスサイズなどに依存して、処理負荷およびメモリ使用量が大きくなる。しかしながら、再構成演算器222を2以上備え、計測制御演算器210が、各再構成演算器222の処理負荷が略均等となるよう、各DRF演算器221での処理後データを処理する再構成演算器222を決定することにより、再構成処理の負荷が分散され、全体の再構成時間が短縮する。これにより、高い分解能での撮像可能枚数を増加させることが可能となる。
【０１５０】
なお、画像合成を行なう再構成演算器222では、画像生成のみを行なう他の再構成演算器222に比べて、処理負荷が高くなる。よって、そのような再構成演算器222に対しては、計測制御演算器210で行なうチャンネル割り当て時に、画像生成の処理チャンネル数を減らすよう構成してもよい。これにより、より均等に負荷を分散でき、全体として、1つの再構成演算器222にかかる処理負荷をさらに軽減できる。
【符号の説明】
【０１５１】
100  MRI装置、101  被検体、120  静磁場発生系、130  傾斜磁場発生系、131  傾斜磁場コイル、132  傾斜磁場電源、140  シーケンサ、150  送信系、151  送信コイル、152  高周波発振器、153  変調器、154  高周波増幅器、160  受信系、161  受信コイル、162  信号増幅器、163  直交位相検波器、164  A/D変換器、170  制御処理系、172  記憶装置、173  表示装置、174  入力装置、210  計測制御装置(計測制御演算器)、210a  計測制御装置(計測制御演算器)、220  画像処理装置、220a  画像処理装置、221  信号処理装置(DRF演算器)、221a  信号処理装置(DRF演算器)、222  画像再構成装置(再構成演算器)、222a  画像再構成装置(再構成演算器)、223  スイッチング装置、241  受信インタフェース、243  エコー受信メモリ、244  メインメモリ、245  CPU、250  画像合成器、311  チャンネル振分、312  フィルタ生成、313  演算領域確保、314  データ送信、315  演算器内合成、316  演算器間合成、317  変位算出、判定、321  FIRフィルタ関連付け、322  オフセット除去、323  QD処理、324  リサンプル処理、325  1DFT処理、400  テーブル、401  適用点数、402  データ開始点アドレス、403  最適な位相のFIRフィルタ、404  オフセット
【図１】
2015087889.tif 000004
【図２】
2015087889.tif 000005
【図３】
2015087889.tif 000006
【図４】
2015087889.tif 000007
【図５】
2015087889.tif 000008
【図６】
2015087889.tif 000009
【図７】
2015087889.tif 000010
【図８】
2015087889.tif 000011
【図９】
2015087889.tif 000012
【図１０】
2015087889.tif 000013
【図１１】
2015087889.tif 000014
【図１２】
2015087889.tif 000015
【図１３】
2015087889.tif 000016
【図１４】
2015087889.tif 000017
【図１５】
2015087889.tif 000018
【図１６】
2015087889.tif 000019
【図１７】
2015087889.tif 000020
【図１８】
2015087889.tif 000021
【図１９】
2015087889.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月13日(2016.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、信号処理装置として、複数チャンネルで得たエコー信号を、並列処理可能なマルチコアCPUを搭載する。該マルチコアCPUの並列処理は、実際にエコー信号を処理する、並列処理数の子タスクと、各子タスクを管理する親タスクとが同期をとることにより行う。信号処理装置内部では、メモリ間はDMA転送され、さらに、複数の信号処理装置と、信号処理装置で処理後のデータから画像を再構成する再構成装置とは、1のスイッチング装置を介してスター型に接続される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本実施形態のMRI装置100は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生系120と、傾斜磁場発生系130と、高周波磁場発生系(以下、送信系)150と、高周波磁場検出系(以下、受信系)160と、制御処理系170と、シーケンサ140とを備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
＜DRF演算器の構成＞
各DRF演算器221は、図3に示すように、受信インタフェース(受信IF；Receive IF)241と、FPGA(Field Programmable Gate Array)242と、エコー受信メモリ243と、メインメモリ244と、CPU245と、スイッチ(SW)246と、外部通信インタフェース(外部演算器通信用I/F)247と、を備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
なお、以下、本実施形態では、予め定めた共有メモリ領域に格納したメモリ領域の先頭アドレスを、当該メモリ領域にアクセスする子タスク用のグローバル変数のポインタに格納する処理を、共有メモリ化と呼ぶ。従って、親タスクは、生成した各種データ(フィルタ)を、共有メモリ化する。これにより、生成したデータを、全子タスクが参照可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
FIRフィルタの適用点数401は、基本的にFIRフィルタの点数になる。しかし、間引き点数分のオフセットを進めていったとき、例えば、端部などで、適用するFIRフィルタ403がエコー信号のAD点数を超えた場合、本適用点数を減らして調整する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
各子タスクは、それぞれ、上述の手法で、FIRフィルタの関連付けを行い(ステップS1101)、処理終了を親タスクに通知し(ステップS1102)、子タスクの前処理を終了する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
子タスクは、まず、1つ目のチャンネルからのエコー信号に対し、オフセット除去処理を行う(ステップS1301)。そして、QDテーブルを参照してQD処理を行い(ステップS1302)、FIRフィルタを用いて、関連付けに従って、リサンプル処理を行う(ステップS1303)。処理後のエコー信号は、処理後データとして、共有メモリ領域に格納する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
このように、本実施形態のMRI装置100は、複数チャンネルのエコー信号の受信を可能とする受信インタフェース241と、内部のメモリ間のDMA転送を可能とするマルチコアCPUとを搭載したハードウェアを使用する。複数チャンネルのエコー信号に対して、論理コア数分の演算用タスクとそれらを管理する管理タスクとで同期をとりながら、論理コア数分のチャンネルの信号処理を行う。この信号処理を高速に行うため、計測開始前に予め、サンプル点毎の最適な位相のFIRフィルタとフィルタを適用するエコー信号内データ開始点とが関連付けされたテーブルを周波数方向点数分作成しておく。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
本実施形態のMRI装置によれば、従来の手法よりも、各信号処理装置内のCPUの負荷が軽減され、処理時間が短くなる。よって、各エコー信号に対するDRF演算器221での演算処理がTR内に収まる可能性が高くなる。従って、再構成演算器222での処理遅延などが発生しない限り、再構成時間の延長を抑制することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
本実施形態のMRI装置100は、基本的に第一の実施形態のMRI装置100と同様の構成を備える。また、制御処理系170の機能構成も同様である。そして、各装置の処理も第一の実施形態と同様である。ただし、ナビゲータエコー取得時の本実施形態の親タスクおよび子タスクの処理内容が異なる。画像取得シーケンスでのエコー信号取得時の処理は、第一の実施形態と同様である。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる処理に主眼を置いて説明する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２６】
子タスクは、まず、1つ目のチャンネルからのエコー信号に対し、オフセット除去処理を行う(ステップS2101)。そして、QDテーブルを参照してQD処理を行い(ステップS2102)、FIRフィルタを用いて、関連付けに従って、リサンプル処理を行う(ステップS2103)。そして、1次元のフーリエ変換(1DFT処理)を行い(ステップS2104)、処理後ナビデータを得る。得られた処理後ナビデータは、共有メモリ領域に格納する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015087889.tif 000023
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015087889.tif 000024
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2015087889.tif 000025
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2015087889.tif 000026
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2015087889.tif 000027
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2015087889.tif 000028
【国際調査報告】
2015087889.tif 000029
2015087889.tif 000030
2015087889.tif 000031
2015087889.tif 000032