(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲイメージングシステムの検査空間から磁気共鳴（ＭＲ）情報を提供する無線周波数（ＲＦ）アンテナ装置であって、
アナログＭＲ情報信号を受信する少なくとも１つの接続ポートを有する少なくとも１つのＲＦコイルと、
前記少なくとも１つの接続ポートに接続され、前記アナログＭＲ情報信号をディジタルＭＲ情報信号に変換する少なくとも１つのアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
を有し、前記少なくとも１つのＡＤＣは、前記アナログＭＲ情報信号のキャリア信号のナイキスト周波数の２倍未満であるサンプリング周波数を利用するＲＦバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器である、ＲＦアンテナ装置。
【請求項２】
前記ＲＦバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器は、加算部と、ループバンドパスフィルタと、量子化ユニットと、ディジタルアナログ変換ユニットとを有し、
前記量子化ユニットは、前記ループバンドパスフィルタによりフィルタリングされたアナログ入力信号のアナログフィルタ信号を受信してそれを、前記ＲＦアンテナ装置による前記ディジタルＭＲ情報信号として提供されるディジタル出力信号に変換し、
前記ディジタルアナログ変換ユニットは、前記量子化ユニットの前記ディジタル出力信号を受信してそれをアナログフィードバック信号に変換し、
前記加算部は、前記ループバンドパスフィルタの入力経路に設けられ、前記アナログＭＲ情報信号と前記入力信号に対する前記アナログフィードバック信号とを合成する、請求項１に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項３】
前記量子化ユニット及び前記ディジタルアナログ変換ユニットは、Ｎビット変換ユニットとして提供され、Ｎは１以上の整数である（Ｎ≧１）、請求項２に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項４】
前記ループバンドパスフィルタは、前記アナログＭＲ情報信号の変調周波数に調節可能なチューナブルフィルタである、請求項２又は３に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＡＤＣは、前記アナログＭＲ情報信号の変調信号のナイキスト周波数の少なくとも２倍よりも高いサンプリング周波数とともに提供される、請求項１〜４のうち何れか１項に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＡＤＣは、単独の集積回路として提供される、請求項１〜５のうち何れか１項に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項７】
前記ＲＦアンテナ装置は、前記少なくとも１つのＡＤＣと前記少なくとも１つの接続ポートとの間に設けられる少なくとも１つのアナログ入力フィルタを有する、請求項１〜６のうち何れか１項に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項８】
前記ＲＦアンテナ装置は、前記少なくとも１つのＡＤＣと前記少なくとも１つの接続ポートとの間に設けられる少なくとも１つの低雑音増幅器を有する、請求項１〜７のうち何れか１項に記載のＲＦアンテナ装置。
【請求項９】
磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムであって、
静的な磁場を生成するメインマグネットと、
前記静的な磁場に重ねられる傾斜磁場を生成する磁気グラジエントコイルシステムと、
関心対象を配置するために設けられる検査空間と、
前記検査空間から磁気共鳴情報を提供する請求項１〜８のうち何れか１項に記載の少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナ装置と、
前記少なくとも１つのＲＦアンテナ装置により提供されるディジタルＭＲ情報信号の処理のためのディジタル信号処理ユニットと、
を有するＭＲイメージングシステム。
【請求項１０】
前記ＲＦアンテナ装置の少なくとも１つのアナログディジタル変換器を制御する制御ユニットを有する請求項９に記載のＭＲイメージングシステム。
【請求項１１】
磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムの検査空間から磁気共鳴信号を提供する方法であって、
少なくとも１つの接続ポートを有する少なくとも１つのＲＦコイルとともに無線周波数（ＲＦ）アンテナ装置を提供するステップと、
前記ＲＦアンテナ装置内の前記少なくとも１つのＲＦコイルの前記少なくとも１つの接続ポートにおいて、アナログＭＲ情報信号を受信するステップと、
前記ＲＦアンテナ装置において、前記アナログＭＲ情報信号のディジタルＭＲ情報信号へのアナログディジタル変換を実行するステップであって、前記アナログＭＲ情報信号のキャリア信号のナイキスト周波数の２倍未満であるサンプリング周波数を利用してバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換を実行する、ステップと、
通信リンクを介して前記ＲＦアンテナ装置から前記ディジタルＭＲ情報信号を送信するステップと、
を有する方法。
【請求項１２】
前記ＲＦアンテナ装置から離間して設けられるディジタル信号処理ユニットにおいて、前記ＲＦアンテナ装置から前記ディジタルＭＲ情報信号を受信する追加的なステップと、
前記ディジタル信号処理ユニットにおいて前記ディジタルＭＲ情報信号を処理する追加的なステップと、
を更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムをアップグレードするソフトウェアパッケージであって、請求項１１又は１２に記載の方法に従って前記ＭＲイメージングシステムを制御するための命令を含む、ソフトウェアパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴(MR)イメージングの分野に関連する。特に、本発明は、磁気共鳴(MR)イメージングシステムの検査空間から磁気共鳴情報を提供する無線周波数(RF)アンテナ装置、少なくとも1つのそのようなRFアンテナ装置を使用するMRイメージングシステム、磁気共鳴(MR)イメージングシステムの検査空間から磁気共鳴情報を提供する方法、及び、磁気共鳴(MR)イメージングシステムを更新するソフトウェアパッケージに関連する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴(MR)イメージングシステムでは、対象の空間内で一様な強い静的な磁場を生成するためにメイン磁石が使用される。対象の空間は、MRイメージングシステムの検査空間に対応し、典型的には、約50センチメートルの直径の球状又は楕円体空間である。
【０００３】
典型的には、関心のある客体(通常的には、患者)の内部における核スピンを励起させ、それらからの信号を検出するために、2種類の無線周波数(RF)コイルが使用される。鳥籠状コイル及びトランスバース電磁(TEM)コイルは、超短波RFバンド(VHF)におけるMRイメージングに幅広く使用されており、市販の3TのMRイメージングスキャナに導入されている。RFコイルは、送受信コイルとして、送信専用コイルとして、或いは、受信専用コイルとして使用されることが可能である。
【０００４】
RFコイルは様々なコイル要素を有し、コイル要素は、それぞれ、単独のチャネル情報を提供するために少なくとも1つの給電ポートを有する。受信コイルとして使用される場合、各々の接続ポートは、MRイメージングシステム内で処理されるアナログMR情報信号として言及されるアナログRF信号を提供する。アナログMR情報信号は、後述されるように、最終的にMR画像を取得するために処理及び再構築される。
【０００５】
図1には、MR情報信号を処理するために従来技術のイメージングシステムで使用されるコンポーネントの区分けが示されている。MRイメージングシステム１は4つの機能ブロックを有し、機能ブロックは、取得ブロック2、ディジタル化ブロック3、処理ブロック4及び再構築ブロック5である。図1に示されるように、これらのブロック2、3、4、5は異なる場所に提供される。取得ブロック2は、磁気共鳴信号が取得される関心対象の近くに提供される。ディジタル化ブロック3は、検査室(exam  room)内に配置され、アナログMR情報信号をディジタルMR情報信号に変換する。検査室は、通常、取得ブロック2を包囲するように建てられ、すなわち検査室はMRイメージングシステム１の必要な磁石及びコイルを含む。しかしながら、ディジタル化ブロック3は検査室内の取得ブロック2から離れて位置する。取得ブロック2及びディジタル化ブロック3は、典型的には、アナログMR情報信号を伝送するために同軸ケーブル6により接続される。処理ブロック4及び再構築ブロック5は、検査室から離れた技術室(tech  room)に配置される。ディジタル化ブロック3はディジタルケーブル7により処理ブロック4に接続され、処理ブロック4はディジタルケーブル7により再構築ブロック5に接続される。ディジタルケーブル7は例えば光ケーブルとして提供される。
【０００６】
図2は取得ブロック2及びディジタル化ブロック3を中間の多重化ブロック8とともに詳細に示す。この従来技術のMRイメージングシステム1における取得ブロック2は、一体的なRFアンテナ装置として実現され、2つのRFコイル12を有し、コイルの各々が接続ポート14を有し、接続ポート14においてアナログMR情報信号が提供される。この従来技術のMRイメージングシステム1におけるアナログMR情報信号は、2つの個別的な信号を有することに留意を要する。取得ブロック2は、2つのRFコイル12からのアナログMR情報信号を増幅する2つの低雑音増幅器18を更に有する。増幅されたMR情報信号は、アナログの状態で、同軸ケーブル6を介して中間多重化ブロック8に伝送される。多重化ブロック8は、同軸ケーブル6による伝送を促進及び抑制するために取得ブロック2の近くの検査室内に配置される。多重化ブロック8は、増幅されたアナログMR情報信号の2つの個々の信号のアナログ多重化を実行し、アナログ多重MR情報信号を提供する。アナログ多重MR情報信号は、多重化ブロック8から同軸ケーブル6を介してディジタル化ブロック3に伝送される。ディジタル化ブロック3は、上述したように、検査室内の取得ブロック2から隔たっている。ディジタル化ブロック3は、受信増幅器21、個別バンドパスフィルタ22及びアナログディジタル変換器(ADC)24(コンバータICとして提供される)を有する。アナログ多重MR情報信号は、バンドパスフィルタ22とともにフィルタリングされ、広帯域ADCであるADC24とともにRF周波数において直接的に変換される。この従来技術では、商用のADCが使用される。しかしながら、典型的には約100MHzである比較的高いRF信号キャリア周波数、及び、必要なADC分解能に起因して、ADCはサブサンプリングモードで使用され、その場合、ADC24のサンプリング周波数はMR情報信号のナイキスト周波数の2倍より低い。十分なダイナミックレンジを実現するために、2つのADC24が、粗い変換及び細かい変換のために並列的な構成で使用される。そのようなMRイメージングシステム1及びRFアンテナ装置については、例えば、WO2006/048816A1に示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この手段は更なる改善の余地を残す。先ず、電子処理ユニットに至るまでの高周波アナログMR情報信号の伝送は、MRイメージングシステムで使用される強い磁場及び/又はRFフィールドに起因して、優れた遮蔽性(シールド)を有するRFケーブル必要とし、これはケーブリングを複雑化する。一般に、共通モード電流のケーブルトラッピング(cable  trapping)を使用する必要が生じ、これは、実装のコストを増やしかつシステム全体の信頼性を低下させてしまう。更に、鋭いアナログバンドパスフィルタ必要となり、フィルタを提供するために大きな労力を要する。また、電子回路は、特に2ブロードバンドADCの場合、非常に大きな電力消費を要する。更に、信号処理の線形なダイナミックレンジを保証するために、アナログ信号の整合及び等化のための厳しい条件が存在する。更に、大きな空間又は領域が、各自の形状因子に起因して様々なブロックの電子機器により占有されてしまう。ブロックの実現は、比較的低レベルの統合化とともに提供されるに過ぎない。
【０００８】
MRイメージング(MRI)の新たに発生するアプリケーションとともに、チャネル数の増加が頻繁に必要とされ、このことはMRイメージングシステムのコスト及び複雑さを更に増やし、特に、多重化ブロック及びディジタル化ブロックのアナログケーブリング及び電子機器の複雑化が深刻化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題は、磁気共鳴(MR)イメージングシステムの検査空間から磁気共鳴情報を受信する改善された(RF)アンテナ装置、少なくとも1つのそのようなRFアンテナ装置を使用する改善されたMRイメージングシステム、磁気共鳴(MR)イメージングシステムの検査空間から磁気共鳴情報を提供する方法、及び、磁気共鳴(MR)イメージングシステムをアップグレードするソフトウェアパッケージ(改善された信号処理をもたらし、上記の問題の少なくとも一部を克服するもの)を提供することである。
【００１０】
本発明の一形態では、上記課題は、MRイメージングシステムの検査空間から磁気共鳴(MR)情報を提供する無線周波数(RF)アンテナ装置により達成され、RFアンテナ装置は、アナログMR情報信号を受信する少なくとも1つの接続ポートを有する少なくとも1つのRFコイルと、前記少なくとも1つの接続ポートに接続され、前記アナログMR情報信号をディジタルMR情報信号に変換する少なくとも1つのアナログディジタル変換器(ADC)とを有し、前記少なくとも1つのADCは、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器である。
【００１１】
その結果のRFアンテナ装置は、ディジタル信号のようなMR情報信号を提供するために必要なコンポーネントと少なくとも1つのRFコイルとの一体化をもたらし、すなわち、RFアンテナ装置は取得ブロックとディジタル化ブロックとを一体的に(integrally)有する。ディジタルMR情報信号は容易に更に処理されることが可能である。また、例えば誤り検出及び/又は誤り訂正手段により、たとえ強い磁気的及びRFのフィールドが存在したとしても、ディジタルMR情報信号の伝送を信頼性高く容易に実現することが可能になる。好ましくはディジタル信号ケーブル(更に好ましくは、光ファイバ信号ケーブル)が、ディジタルMR情報信号の伝送に使用され、ディジタル信号ケーブルはアナログMR情報信号の伝送のためのアナログ同軸ケーブルよりも取り扱いやすい。光ファイバ信号ケーブルは、共通モード電流のトラッピングの問題を克服する。RFアンテナ装置の内側では、接続ポート及びADCは互いに近接して配置されることが可能であり、アナログMR情報信号の改変(falsification)が減少するように、短いアナログ接続しか必要としない。RF信号の混合は、ディジタル領域で行われることが可能であり、I/Q補償を要しない。好ましくは、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器は、一定のプログラム可能なサンプリング周波数を有する。唯1つの周波数しか使用しないソリューションは、カップリング及び干渉の問題を顕著に軽減し、システムの実現手段や、RFアンテナ装置をMRイメージングシステムに統合すること等を簡易化する。サンプリング周波数がプログラム可能にされる場合、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器は、RF信号が送受信される別の周波数とともに使用可能になる。
【００１２】
シグマデルタ変調器は、比較的低コストであり、高いロバスト性を有し、優れた電力消費性を有し、ダイナミックレンジが比較的容易に変更可能である。好ましくは、シグマデルタ変調器は、信号そのものではなく誤差信号を処理する負帰還システムを有し、ADCの多くの構築ブロックについての条件を緩和する。従って、低消費電力に関して高い分解能及び高い線形性が達成可能になる。一般に、バンドパスシグマデルタアナログディジタル変換は、対象の信号バンドに限って高い分解能を提供する点で効率的である。RFアンテナ装置内でコンポーネントの一体化の度合いの増加により、専有される面積及び/又は空間も削減されることが可能である。そのような実現手段は、多くのチャネル数を可能にし、そのようなチャネル数は、本発明が使用されない場合には大きすぎる空間及び複雑すぎる構成を必要としてしまう。概して、バンドパスシグマデルタADCのアプリケーションは、ミキサやチューナのような重要な機能ブロックがディジタル領域で実現され、しかもディジタル領域でそれらは容易に実現可能であるので、全体的な受信システムの構成を簡易化する。従って、パフォーマンスの改善も達成可能になる。
【００１３】
RFコイルは、MR情報を受信するのに適した任意の種類のコイルとすることが可能である。RFコイルは、純粋な受信コイル、或いは、送受信コイルである。本願のこの文脈とは別に、コイルの受信機能のみに関連して説明がなれる。
【００１４】
サブサンプリングは、少なくとも1つのシグマデルタアナログディジタル変換器が、アナログMR情報信号中の最高周波数成分のナイキスト周波数の2倍未満であるサンプリング周波数を有する。これは、ナイキストシャノンのサンプリング理論の条件に違反しており、その理論は、MR情報信号の最高周波数成分の少なくとも2倍のサンプリングレートを要求する。しかしながら、アナログMR受信信号内の変調信号は、(好ましくは、サンプリング周波数の半分未満である)サンプル周波数未満のエイリアシング信号周波数に折り返された比較的狭帯域の信号であるので、変調信号は、サブサンプリングが適用される場合に、信頼性高くディジタル化されることが可能である。
【００１５】
好ましい実施形態によれば、前記RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器は、加算部と、ループバンドパスフィルタと、量子化ユニットと、ディジタルアナログ変換ユニットとを有し、前記量子化ユニットは、前記ループバンドパスフィルタによりフィルタリングされたアナログ入力信号のアナログフィルタ信号を受信してそれを、前記RFアンテナ装置による前記ディジタルMR情報信号として提供されるディジタル出力信号に変換し、前記ディジタルアナログ変換ユニットは、前記量子化ユニットの前記ディジタル出力信号を受信してそれをアナログフィードバック信号に変換し、前記加算部は、前記ループバンドパスフィルタの入力経路に設けられ、前記アナログMR情報信号と前記入力信号に対する前記アナログフィードバック信号とを合成する。シグマデルタアナログディジタル変換器のこの実現手段は、効果的なループバンドパスフィルタリング及び効果的なアナログディジタル変換を許容する。連続時間シグマデルタアナログディジタル変換の場合、ループバンドパスフィルタは本来的なアンチエイリアスフィルタとして機能し、アンチエイリアスフィルタは、シグマデルタアナログディジタル変換器に先行するフィルタのフィルタ条件を軽減し、或いは、先行するフィルタの必要性を排除することさえ可能である。加算部は、アナログMR情報信号から、アナログフィードバック信号の絶対値を減算するので、アナログフィードバック信号は負の性質を有する。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、前記量子化ユニット及び前記ディジタルアナログ変換ユニットは、Nビット変換ユニットとして提供され、Nは1以上の整数である(N≧1)。これは、整数Nが1に等しい又はそれ以上であることを意味する。マルチビット変換器を利用することは、ダイナミックレンジ及び線形性の観点から高いパフォーマンスを達成可能にする。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、量子化ユニット及びディジタルアナログ変換ユニットは、1ビット変換ユニットとして提供される。1ビット変換ユニットを利用することは、必要な信号処理及びハードウェア実現手段を簡易化する。1ビット変換器は非常にコスト効果的である。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、前記ループバンドパスフィルタは、前記アナログMR情報信号の変調周波数に調節可能なチューナブルフィルタである。従って、ADCは様々な種類のMR測定での使用に対して簡易に適応可能であり、その場合、様々な中心周波数の変調信号が処理される必要がある。フィルタは、好ましくは、容易に実行されることが可能なフィルタ係数の変更により同調される。フィルタをチューニングすることにより、バンドパスフィルタの中心周波数が変更可能である。これは、変調信号の様々なRFキャリア周波数に対して、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器の修正を可能にする。このソリューションは、フィルタのチューニング機能を、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器内に統合する点で、柔軟で効率的である。
【００１９】
好ましい実施形態によれば、前記少なくとも1つのADCは、前記アナログMR情報信号のキャリア信号のナイキスト周波数の2倍未満であるサンプリング周波数とともに提供される。すなわち、サンプリング周波数は、キャリア信号の最高周波数の2倍未満である。このサンプリング周波数を利用することで、キャリア信号はADCにおいてサブサンプリングされる。サブサンプリングに起因して、ADCのディジタル化された出力において、変調信号は低い中心周波数で折り返される(エイリアシングされる)。このようにして、アナログディジタル変換及び周波数ダウンコンバージョンが同時に起こる。継続するディジタル信号処理は、実現することが簡易な低いサンプリング周波数でなされる。サブサンプリング因子KSSFを選択することにより、折り返される変調信号の周波数位置は調節可能である。
従って、完全なMRIフロントエンド(すなわち、データ取得ブロック)の必要な動作モードに関して可能なサブサンプル因子の選択が実行される。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、前記少なくとも1つのADCは、前記アナログMR情報信号の変調信号のナイキスト周波数の少なくとも2倍よりも高いサンプリング周波数とともに提供される。従って、サンプリング周波数は、ナイキスト周波数による変調信号の信頼できるサンプリングを可能にする程度に十分高い。より高い程度のオーバーサンプリングを可能にするために、より高いサンプリング周波数が選択されることが可能である。変調信号の周波数が低いほど、低いサンプリング周波数が選択可能である。従って、アナログディジタル変換及び更なるディジタル信号処理は、小さな演算負担で実行されることが可能である。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、前記少なくとも1つのADCは、単独の集積回路として提供される。単独のチップとしての実現手段は、ADCのための僅かな領域及び/又は空間しか必要としない点で、空間的な利点をもたらす。これは、RFコイル要素に接近したADCの配置を可能にする。更に、この実施形態は、減少したRFケーブルの恩恵をもたらす。従って、RFアンテナ装置及び対応する領域及び/又は空間の観点からは、MRイメージングシステムに関する全体的な要求は小さくなる。好ましくは、ADCの信号処理は、設計に使用されるサンプリング周波数の固定的な選択とともに最適化される。更に好ましくは、単独のチップは、特定用途向け集積回路(ASIC)である。更に好ましくは、単独の集積回路は、MR情報信号を処理する更なる要素を有する。
【００２２】
好ましい実施形態によれば、単独の集積回路はディジタルデシメーションフィルタを有する。ディジタルデシメーションフィルタは、MR情報信号のディジタル処理ステップに関連する。一般に、デシメーションフィルタはディジタル処理ブロックに関連する。更なる一体化は、MR信号処理全体の効率を改善する。特に、高度に一体化された効率的なRFアンテナ装置を提供することが可能になるが、僅かな領域及び/又は空間しか必要としない。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、前記RFアンテナ装置は、前記少なくとも1つのアナログディジタル変換器と前記少なくとも1つの接続ポートとの間に設けられる少なくとも1つのアナログ入力フィルタを有する。入力フィルタは、ADCにおける処理に先行してアナログMR情報信号の信号処理を許容する。追加的な入力フィルタとともに、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器のループフィルタ条件は、削減されることが可能であり、ループバンドパスフィルタの安定性及び完全なシグマデルタADCが改善され或いはより簡易に達成される。ループバンドパスフィルタの設計も促進されることが可能である。好ましくは、アナログ入力フィルタはバンドパスフィルタである。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、前記RFアンテナ装置は、前記少なくとも1つのアナログディジタル変換器と前記少なくとも1つの接続ポートとの間に設けられる少なくとも1つの低雑音増幅器を有する。低雑音増幅器(LNA)は、更なる処理のために増幅された振幅を有するアナログMR情報信号を提供し、入力における適切なインピーダンスを保証する。
【００２５】
本発明の別の形態では、上記の課題は、磁気共鳴(MR)イメージングシステムにより達成され、MRイメージングシステムは、静的な磁場を生成するメインマグネットと、前記静的な磁場に重ねられる傾斜磁場を生成する磁気グラジエントコイルシステムと、関心対象を配置するために設けられる検査空間と、前記検査空間から磁気共鳴情報を提供する上記の少なくとも1つの無線周波数(RF)アンテナ装置と、前記少なくとも1つのRFアンテナ装置により提供されるディジタルMR情報信号の処理のためのディジタル信号処理ユニットとを有する。
【００２６】
従って、RFアンテナ装置は、ディジタル信号処理ユニットが配置されることが可能な適切な任意の場所に簡易に伝送されることが可能なディジタルMR情報信号を既に提供する。ディジタル四郷処理ユニットは、処理ブロック及び再構築ブロックを一体的に有してもよい。処理ブロックはディジタルデシメーションフィルタを有し、これはオーバーサンプリングされるADC(例えば、シグマデルタADC)がディジタル化に使用されている場合に、MR情報信号のディジタル処理ステップを示す。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、MRイメージングシステムは、前記RFアンテナ装置の少なくとも1つのアナログディジタル変換器(ADC)を制御する制御ユニットを有する。制御ユニットは、好ましくは、ADCを制御する目的で何らの追加的な制御ユニットも設けられる必要がないように、MRイメージング装置の動作全体を制御する制御ユニットである。制御ユニットは、好ましくは、サンプリング周波数、バンドパス周波数及び他のフィルタパラメータを含むADCの動作パラメータを設定する。制御ユニットは、好ましくは、MRイメージングシステムの技術室に設けられる。
【００２８】
本発明の別の形態では、上記の課題は、磁気共鳴(MR)イメージングシステムの検査空間から磁気共鳴信号を提供する方法により達成され、本方法は、少なくとも1つの接続ポートを有する少なくとも1つのRFコイルとともに無線周波数(RF)アンテナ装置を提供するステップと、前記RFアンテナ装置内の前記少なくとも1つのRFコイルの前記少なくとも1つの接続ポートにおいて、アナログMR情報信号を受信するステップと、前記RFアンテナ装置において、前記アナログMR情報信号のディジタルMR情報信号へのアナログディジタル変換を実行するステップであって、バンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換を実行する、ステップと、通信リンクを介して前記RFアンテナ装置から前記ディジタルMR情報信号を送信するステップとを有する。
【００２９】
好ましい実施形態によれば、本方法は、前記RFアンテナ装置から離間して設けられるディジタル信号処理ユニットにおいて、前記RFアンテナ装置から前記ディジタルMR情報信号を受信する追加的なステップと、前記ディジタル信号処理ユニットにおいて前記ディジタルMR情報信号を処理する追加的なステップとを更に有する。従って、MR情報はRFアンテナ装置からディジタル信号処理ユニットへディジタル領域で伝送され、ディジタル領域での伝送は、高いロバスト性及び低いコストで実現可能であり、特に、磁場及び/又はRF電磁場が存在する場合でもそのようなことが可能である。信号処理ユニットは、別々に又は一緒に提供されることが可能な処理ブロック及び再構築ブロックを有する。好ましくは、処理ブロック及び再構築ブロックは、MRイメージングシステムの技術室内に共通に(一緒に)設けられる。代替的に、処理ブロック及び再構築ブロックは、RFアンテナ装置が配置される検査室内に共通に(一緒に)設けられる。RFアンテナ装置は、処理ブロック及び再構築ブロックから好ましくは離間して配置される。代替的な実施例では、処理ブロックは検査室に配置され、再構築ブロックは技術室に配置される。上記の処理ブロックはディジタルデシメーションフィルタを有し、ディジタルデシメーションフィルタはバンドパスサブサンプルとともにエンコードされるMR情報信号のディジタル処理ステップSDMADCに関連する。
【００３０】
本発明の更なる実施形態では、上記の課題は、磁気共鳴(MR)イメージングシステムをアップグレードするソフトウェアパッケージにより達成され、ソフトウェアパッケージは、上記の方法に従ってMRイメージングシステムを制御するための命令を含む。特に、ソフトウェアパッケージの命令は、MRイメージングシステムの制御ユニットで実行される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のこれら及び他の形態は以下に説明される実施形態により更に明確及び明瞭になるであろう。しかしながらそのような実施形態は本発明の全ての範囲を表現しているわけではなく、本発明の範囲を解釈するためには特許請求の範囲を参照する必要がある。
【図１】当該技術分野で既知のMRイメージングシステムで現在使用される信号処理のための機能ブロックの区分けを概略的に示す。
【図２】図1における取得ブロック、ディジタル化ブロック及び中間ブロックを概略的に示す。
【図３】本発明による磁気共鳴(MR)イメージングシステムの一形態における一部分を概略的に示す。
【図４】本発明によるRFアンテナ装置を概略的に示す。
【図５】サブサンプルバンドパスSDMADCを含む本発明による図4のRFアンテナ装置の電子部品の詳細を示す。
【図６】アナログMR情報信号からディジタルMR情報信号への本発明による信号処理を示す。
【図７】本発明によるMRイメージングシステムのディジタル信号処理ユニットを概略的に示す。
【図８】従来の技術手段との比較による様々な実施形態の信号処理コンポーネントの配置を示すテーブルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図3は、MRスキャナ112を有する磁気共鳴(MR)イメージングシステム110の一形態のうちの一部分の概略を示す。MRイメージングシステム110は、静的な磁場を生成するために提供されるメイン磁石114を含む。メイン磁石114は中央ボア(口径、孔)を有し、中央ボアは、その中に配置される関心対象(通常的には、患者)120に関する中心軸の周りの検査空間116を提供する。この実施形態において、中央ボア、従ってメイン磁石114の静的な磁場は、中心軸118に従う水平方向に延びる。代替的な実施形態では、メイン磁石114の向きが異なり、例えば、垂直方向に静的な磁場を提供してもよい。更に、MRイメージングシステム110は、静的な磁場に重ねられる傾斜磁場を生成するように提供される磁気グラジエントコイルシステム122を有する。磁気グラジエントコイルシステム122は、メイン磁石114のボアの中で同軸に(又は同心状に)配置される。
【００３３】
更に、MRイメージングシステム110は、平坦なボディを有する全身コイルとして設計される無線周波数(RF)アンテナ装置140を含む。RF送信フェーズの間に検査空間116に磁場を印加して関心対象120の核を励起し、励起された核からRF受信フェーズの間にMR情報を受信するように、RFアンテナ装置140は提供される。MRイメージングシステム110の動作状態において、RF送信フェーズ及びRF受信フェーズは連続的な形式で生じる。RFアンテナ装置140は、メイン磁石114のボアの中に同心状に配置される。磁気グラジエントコイルシステム122及びRFアンテナ装置140の間に、円筒状金属RFスクリーン124が同心状に配置される。
【００３４】
更に、MRイメージングシステム110は、取得したMR情報信号からMR画像を再構築するように提供されるMR画像再構築ユニット130と、MRスキャナ112の機能を制御するために提供されるモニタユニット128を有するMRイメージングシステム制御ユニット126とを有する。制御ライン132はMRイメージング制御ユニット126とRF送信ユニット134との間に導入され、RF送信ユニットは、RF送信フェーズの間にRFスイッチングユニット136を介してRFアンテナ装置140にMR無線周波数のRF電力を供給するように提供される。RFスイッチングユニット136も、MRイメージングシステム制御ユニット126により制御され、別の制御ライン138がMRイメージングシステム制御ユニット126とRFスイッチングユニット136との間にそれらに応対するために導入される。RF受信フェーズの間に、RFスイッチングユニット136は、MR信号をRFアンテナ装置140からMR画像再構築ユニット130へ方向付け、この点については後述される。
【００３５】
図4にはアンテナ装置140が詳細に示される。RFアンテナ装置140はこの実施形態では単独の接続ポート144を有する単独のRFコイル142を有し、その接続ポートにおいて、RFコイル142からのアナログMR情報信号が提供される。RFアンテナ装置140は、アナログMR情報信号を増幅する低雑音増幅器146を更に有する。増幅されたMR情報信号は、バンドパスフィルタ148及びアナログディジタル変換器(ADC)150(単独のASCI手段として提供されてもよい)に伝送される。この実施形態において、ADC150はRFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器である。
【００３６】
シグマデルタアナログディジタル変換器150は、加算部(又は合計部)152、ループバンドパスフィルタ154、量子化ユニット156、ディジタルアナログ変換ユニット158を有し、これらは図5に示されるようにフィードバック形態で構成される。量子化ユニット156及びディジタルアナログ変換ユニット158は、この実施形態では1ビット変換ユニットとして提供される。
【００３７】
量子化ユニット156は、ループバンドパスフィルタ154によりフィルタリングされるアナログ入力信号のアナログフィルタ信号を受信する。量子化ユニット156は個のフィルタ信号をディジタル出力信号に変換し、ディジタル出力信号はRFアンテナ装置140によりディジタルMR情報信号として提供される。ディジタルアナログ変換ユニット158は、量子化ユニット156のディジタル出力信号を受信し、それをアナログフィードバック信号に変換する。加算部152は、ループバンドパスフィルタ154の入力経路に設けられ、アナログフィードバック信号をアナログMR情報信号から減算し、ループバンドパスフィルタ154の入力信号として使用される差分信号を生成する。加算部153におけるアナログフィードバック信号の減算は、アナログMR情報信号の負帰還を保証する。
【００３８】
RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器150は、1つのサンプリング周波数fsを使用し、すなわち、量子化ユニット156及びディジタルアナログ変換ユニット158は何れも同じサンプリング周波数fsを有する。ループバンドパスフィルタ154は、チューナブルフィルタであり、アナログMR情報信号の変調周波数に対して調節可能である。ループバンドパスフィルタ154は、好ましくは、フィルタ係数の変更により調整され、フィルタ係数の調整はループバンドパスフィルタ154の中心周波数の変更を生じる結果となる。RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器150のアナログディジタル変換については、図6に関連して後述される。
【００３９】
MRイメージングシステム110は、図7に示されるディジタル信号処理ユニット160をさらに有し、ディジタル信号処理ユニット160はRFアンテナ装置140により提供されるディジタルMR情報信号を処理する。RFアンテナ装置140及びディジタル信号処理ユニット160は、図面に明示的には示されていないデータケーブルを介して接続される。従って、ディジタル信号処理ユニット160は、更なる処理のために、RFアンテナ装置140からディジタルMR情報信号を受信する。ディジタル信号処理ユニット160は、異なるRFアンテナ装置140からの信号を併合するための併合ユニット(マージユニット)164及びデシメータ162を有する。この実施形態では、ディジタル信号処理ユニット160は、MR画像再構築ユニット130の不可欠な構成要素である。
【００４０】
この実施形態のMRイメージングシステム110の構成要素の配置は、テーブル8の中央ライン(中段)に示される。従って、データ取得、アナログ処理、ディジタル化及びデータ削減は、RFアンテナ装置140内で一体的に実現され、すなわち、RFアンテナ装置140は、バンドパス部サンプルシグマデルタアナログディジタル変換器150までの全ての構成要素を有する。ディジタル信号処理ユニット160を利用するデータ転送及び再構築は、検査室及び/又は技術室で実行される。
【００４１】
図8のテーブルの下のライン(下段)に示される代替実施例においても、データ転送機能は部分的にRFアンテナ装置140内に統合される。更に、代替実施例では、信号処理ユニット160のデシメータ162はADC150を有するASICの一体構成部分である。
【００４２】
比較のための図8のテーブルの上側のラインは、従来技術によるMRイメージングシステムの構成要素の配置を示し、データ取得のみがRFアンテナ装置で実行される。従来技術では、アナログ信号処理は、検査室において、RFアンテナ装置から離れて実行される。ディジタル化は、技術室で実行され、更なるデータ転送及び画像再構築もそこで実行される。
【００４３】
本実施形態では、MRイメージングシステム110の制御ユニット126は、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器150を制御する。MRイメージングシステム110の制御ユニット126は、サンプリング周波数、バンドパス周波数を含むADC150の動作パラメータ及びMRイメージングシステム110の所望の動作モードに依存する他のパラメータを設定する。この処理は双方向通信を利用する。
【００４４】
図6に関連して、RFコイル142からディジタル信号処理ユニット160への信号処理の詳細を説明する。
【００４５】
RFコイル142は、その接続ポート144においてアナログMR情報信号を提供する。低雑音増幅器146における増幅及びバンドパスフィルタ148におけるフィルタリングの後に、アナログMR情報信号は、RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器150に伝達される。RFバンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器150に提供される入力信号のスペクトルイメージは、図6の上側の図に示される。図から分かるように、この信号は、中心周波数f0の変調信号を含み、その変調信号は中心周波数f0付近の狭帯域信号である。従って、変調信号は中心周波数f0に比較して小さな周波数範囲を有する。
【００４６】
バンドパス・サブサンプル・シグマデルタ・アナログディジタル変換器150は、図6の上側の図に示される入力信号をディジタル化するための、アナログMR情報信号のキャリア信号のナイキスト周波数の2倍よりも少ない上記のサンプリング周波数fsで動作する。これは、サブサンプリングとして言及される。特に、サンプリング周波数fsは変調信号のナイキスト周波数より低い。サブサンプリングに起因して、ディジタル化された変調信号は複数のエイリアス周波数に折り返され(aliased)、図6の下段の図に示されるように、サンプリング周波数fsより低い2つのエイリアシング周波数を含んでいる。エイリアシング周波数は、fa=+/-f0-KSSF*fs  により計算されることが可能であり、ここでKSSFはサブサンプル因子を示す整数であり、すなわち、サンプリング周波数fsと中心周波数f0との間の関連性を示す。その関連性は[0,fs/2]の区間内にあるエイリアシング周波数を示し、更にfaとして言及される。それに応じて折り返される変調信号は、エイリアシング周波数faである低い中心周波数を有する。図6下側の図に示されるように、サンプリング周波数fsは、中心周波数としてエイリアシング周波数faを有するエイリアス変調信号の最高周波数の2倍よりも高い。図6の下段に示される信号がディジタル化される場合に、エイリアシング周波数faはサンプリング周波数fsで高分解能で信頼性高くディジタル化される。
【００４７】
サンプリング因子KSSFを選択することにより、エイリアス変調信号の周波数位置(周波数軸上の位置)は、MRイメージングシステム110の様々な動作モードに適応させることが可能である。このような設定は、MRイメージングシステム制御ユニット126により行うことが可能である。MRイメージングシステム制御ユニット126は、この実施形態では、安定したフィルタを提供するように、ループバンドパスフィルタ154のフィルタ係数を設定するために使用される。
【００４８】
本発明は図面及び上記の説明により詳細に説明及び記述されているが、そのような説明及び記述は例示的又は具体例であって限定ではないように考えられるべきであり；本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形例は、図面、本明細書及び添付の特許請求の範囲を参照することにより、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され実現されることが可能である。特許請求の範囲において、「有する(comprising)」という言葉は他の要素やステップを排除せず、「或る」又は「ある」のような不定冠詞的な語は複数個存在することを排除しない。ある複数の事項が互いに異なる従属請求項で言及されているという単なるその事実は、それらの事項の組み合わせが有益に使用できないことを意味しない。特許請求の範囲における何らかの参照符号は(存在する場合)、範囲を限定するように解釈されるべきでない。
【符号の説明】
【００４９】
1  MRイメージングシステム
2  取得ブロック、無線周波数(RF)アンテナ装置
3  ディジタル化ブロック
4  処理ブロック
5  再構築ブロック
6  同軸ケーブル
7  ディジタルケーブル
8  多重化ブロック
12  RFコイル
14  接続ポート
16  低雑音増幅器
21  受信増幅器
22  バンドパスフィルタ
24  アナログディジタル変換器(ADC)
110  磁気共鳴(MR)イメージングシステム
112  磁気共鳴(MR)スキャナ
114  メインマグネット
116  RF検査空間
118  中心軸
120  関心対象
122  磁気勾配コイルシステム
124  RFスクリーン
126  MRイメージングシステム制御ユニット
128  モニタユニット
130  MR画像再構築ユニット
132  制御ライン
134  RF送信機ユニット
136  RFスイッチングユニット
138  制御ライン
140  無線周波数(RF)アンテナ装置
142  RFコイル
144  接続ポート
146  低雑音増幅器
148  バンドパスフィルタ
150  アナログディジタル変換器(ADC)、シグマデルタアナログディジタル変換器
152  加算部
154  ループバンドパスフィルタ
156  量子化ユニット
158  ディジタルアナログ変換ユニット
160  ディジタル信号処理ユニット
162  デシメータ
164  併合ユニット
【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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【図８】
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