(57)【要約】【課題】  フィルタ回路が最適化された磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】  被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記静磁場へ重畳して傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する送信手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、前記検出された核磁気共鳴信号を画像化する画像化手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号及び/あるいは予め生成した中間周波数部のLocal信号の高調波を取り除くノッチフィルタを有し、前記核磁気共鳴信号と前記中間周波数とを混合し混合信号を生成し、前記画像化手段へ該混合信号を出力する手段を備える。【選択図】          図7
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、
前記静磁場へ重畳して傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、
前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する送信手段と、
前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、
前記検出された核磁気共鳴信号を画像化する画像化手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号及び／あるいは予め生成した中間周波数部からのＬｏｃａｌ信号の高調波を取り除くノッチフィルタを有し、前記核磁気共鳴信号と前記中間周波数とを混合し混合信号を生成し、前記画像化手段へ該混合信号を出力する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号をダウンコンバートするダウンコンバート手段と、アナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換手段とを備え、
前記ダウンコンバート手段は、その内部に中間周波数発生部と、ミキシング手段とを備え、
前記ノッチフィルタは、前記中間周波数発生部とミキシング手段の間に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号をダウンコンバートするダウンコンバート手段と、アナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換手段とを備え、
前記ノッチフィルタは、前記ダウンコンバート手段と前記アナログ・デジタル変換手段の間に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号をダウンコンバートするダウンコンバート手段と、アナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換手段とを備え、
前記ダウンコンバート手段は、その内部に中間周波数発生部と、ミキシング手段とを備え、
前記ノッチフィルタは、前記中間周波数発生部とミキシング手段の間あるいは前記ダウンコンバート手段と前記アナログ・デジタル変換手段の間のいずれか一方あるいは両方に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記ノッチフィルタで取り除く対象とする高調波は、前記核磁気共鳴信号及び／あるいは予め生成した中間周波数部からのＬｏｃａｌ信号の整数倍の周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
前記ノッチフィルタで取り除く対象とする高調波は、前記核磁気共鳴信号及び／あるいは予め生成した中間周波数部からのＬｏｃａｌの信号の奇数倍の周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載の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、磁気共鳴イメージング装置に係り、特にそのフィルタ回路の最適化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生する核磁気共鳴信号(以下、「NMR信号」という)を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。
【０００３】
このような磁気共鳴イメージング装置において、計測されたNMR信号を受信する受信回路では、該NMR信号のみを通過させ、その高調波成分やスプリアスと呼ばれる妨害波を除去するためのフィルタが必要とされる。
【０００４】
この要求を満たすフィルタとして、低域周波数成分のみを通過させるローパスフィルタ(以下、LPFという)と、高域周波数成分のみを通過させるハイパスフィルタ(以下、HPFという)を組み合わせた所望の周波数成分以外を減衰するバンドパスフィルタ(以下、BPFという)が使用されていた。
【０００５】
しかしながら、該フィルタの設計が不十分であると、NMR信号に含まれる高調波成分や、ダウンコンバート(周波数を所望の帯域に下げること)するために中間周波数部からミキサーへ入力されるLocal信号に含まれる高調波成分が原因となって、再構成される画像に輝点ノイズが入り込むことがあった。
【０００６】
ここで、特許文献1には、磁気共鳴イメージング装置においてBPFを用いた例が示されている。また、特許文献2には、ノッチフィルタに関する記載がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2006-297067号公報
【特許文献２】特開2008-301223号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献1には、所望の高調波成分を減衰させるノッチフィルタに関する記載はなく、フィルタの設計が不十分であると、上述した理由により画像に輝点ノイズが入り込むことがあった。
【０００９】
また、特許文献2には、ノッチフィルタに関する記載はあるが、磁気共鳴イメージング装置に適用した例ではなかった。
【００１０】
本発明の目的は、磁気共鳴イメージング装置におけるフィルタ回路を最適化する技術に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は、被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記静磁場へ重畳して傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する送信手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、前記検出された核磁気共鳴信号を画像化する画像化手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号及び/あるいは予め生成した中間周波数部からのLocal信号の高調波を取り除くノッチフィルタを有し、前記核磁気共鳴信号と前記中間周波数とを混合し混合信号を生成し、前記画像化手段へ該混合信号を出力する手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号をダウンコンバートするダウンコンバート手段と、アナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換手段とを備え、前記ダウンコンバート手段は、その内部に中間周波数発生部と、ミキシング手段とを備え、前記ノッチフィルタは、前記中間周波数発生部とミキシング手段の間に備えられていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号をダウンコンバートするダウンコンバート手段と、アナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換手段とを備え、前記ノッチフィルタは、前記ダウンコンバート手段と前記アナログ・デジタル変換手段の間に備えられていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記検出手段は、前記核磁気共鳴信号をダウンコンバートするダウンコンバート手段と、アナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換手段とを備え、前記ダウンコンバート手段は、その内部に中間周波数発生部と、ミキシング手段とを備え、前記ノッチフィルタは、前記中間周波数発生部とミキシング手段の間あるいは前記ダウンコンバート手段と前記アナログ・デジタル変換手段の間のいずれか一方あるいは両方に備えられていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記ノッチフィルタの取り除く対象とする高調波は、前記核磁気共鳴信号及び/あるいは予め生成した中間周波数部からのLocal信号の整数倍の周波数成分であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記ノッチフィルタの取り除く対象とする高調波は、前記核磁気共鳴信号及び/あるいは予め生成した中間周波数部からのLocal信号の奇数倍の周波数成分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィルタ回路が最適化された磁気共鳴イメージング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の一例の全体概要を示すブロック図
【図２】実施例1に係る磁気共鳴イメージング装置における受信回路のブロック図
【図３】ノッチフィルタの詳細な構成を示す図(コンデンサ容量とインダクタンスがいずれも固定の場合)
【図４】ノッチフィルタの詳細な構成を示す図(コンデンサ容量のみ可変となっている場合)
【図５】ノッチフィルタの詳細な構成を示す図(インダクタンスのみ可変となっている場合)
【図６】ノッチフィルタの詳細な構成を示す図(コンデンサ容量とインダクタンスが共に可変となっている場合)
【図７】実施例2に係る磁気共鳴イメージング装置における受信回路のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面に従って本発明の磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、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。
【００２０】
最初に、本発明に係る磁気共鳴イメージング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、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。この磁気共鳴イメージング装置は、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、磁気共鳴イメージング装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。
【００２１】
静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1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1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。
【００２２】
傾斜磁場発生系3は、磁気共鳴イメージング装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10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。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(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して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(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)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。
【００２３】
シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。
【００２４】
送信系5は、被検体1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1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力されたRFパルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
【００２５】
受信系6は、被検体1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エコー信号(NMR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)14bと信号増幅器15と信号検出部16と、アナログ・デジタル変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで信号検出器16により直交する二系統の信号に分割する直交位相検波を行い、それぞれがアナログ・デジタル変換器17でデジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。 
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
【００２６】
操作部25は、磁気共鳴イメージング装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブに磁気共鳴イメージング装置の各種処理を制御する。
【００２７】
なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
【００２８】
現在磁気共鳴イメージング装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。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2次元もしくは3次元的に撮像する。
【実施例１】
【００２９】
次に、本発明の実施例1について図2を用いて説明する。
【００３０】
図2に、実施例1に係る磁気共鳴イメージング装置における信号検出部16の内のダウンコンバートに係る部分(以下、ダウンコンバート部という。)のブロック図を示す。図2によれば、実施例1に係るダウンコンバート部は、被検体より発生したNMR信号の入力部26aに所望の周波数以外の信号成分を減衰させる第1のBPF27の入力部が接続され、該第1のBPF27の出力部に周波数のダウンコンバートを行なう第1のミキサー28の入力部が接続され、該第1のミキサー28の出力部に第2のBPF29の入力部が接続され、該第2のBPF29の出力部に周波数のダウンコンバートを行なう第2のミキサー30の入力部が接続され、該第2のミキサー30の出力部に第3のBPF31の入力部が接続され、該第3のBPF31の出力部がアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器32の入力部に接続され、該アナログ・デジタル変換器32の出力部がデジタル信号出力部26bに接続されている。また、ダウンコンバートを行なうため、第1のミキサー28へ入力されるLocal信号を発生する第1の中間周波数部33の出力部が1乃至2以上の第1のノッチフィルタ34の入力部に接続され、第1のノッチフィルタ34の出力部が第1のミキサー28に接続されている。また、ダウンコンバートを行なうため、第2のミキサー30へ入力されるLocal信号を発生する第2の中間周波数部35の出力部が、第2のミキサー30に接続されている。
【００３１】
図2の回路構成における典型的なNMR信号の周波数ダウンコンバートの流れを次に説明する。先ず、NMR受信信号の入力部26aより入力されるNMR信号の共鳴周波数は、1.5TのMRI装置の場合63.86MHzである。そして、第1の中間周波数部33よりダウンコンバートを行うため第1のミキサー28へ入力されるLocal信号の周波数は、74.36MHzである。すると、第1のミキサー28によりミキシングが行なわれ、第1のミキサー28から出力されるNMR信号は、10.5MHz(と138.22MHz)となる。更に、第2の中間周波数部35よりダウンコンバートを行うため、第2のミキサー30へ入力されるLocal信号の周波数は、10MHzである。すると、第2のミキサー30によりミキシングが行なわれ、第2のミキサー30から出力されるNMR信号は、0.5MHz(と20.5MHzと128.22MHzと148.22MHz)となる。これにBPF処理が施され、0.5MHzが周波数の仕様であるアナログ・デジタル変換器によりNMR信号を好適にアナログ・デジタル変換できる。
【００３２】
ここで、第1の中間周波数部33により入力されるLocal信号には、その3倍(223.08MHz)あるいは5倍(371.8MHz)等の奇数倍の周波数の高調波成分が含まれる。そのため、223.08MHzや371.8MHz等のLocal信号の奇数倍に対応した1乃至2以上のノッチフィルタを第1の中間周波数部と第1のミキサー28の間に挿入すればそのような高調波成分を好適に低減できる。
【００３３】
図3〜図6はノッチフィルタの詳細な構成を示したものである。いずれもコンデンサとインダクタを並列に接続する例であり、図3はコンデンサ容量とインダクタンスがいずれも固定の場合、図4はコンデンサ容量のみ可変となっている場合、図5はインダクタンスのみ可変となっている場合、図6はコンデンサ容量とインダクタンスが共に可変となっている場合である。図3〜図6において、36aは入力端子、36bは出力端子、37は固定値のコンデンサ、38は固定値のインダクタ、39は可変コンデンサ、40は可変インダクタである。
【００３４】
ノッチフィルタに用いるコンデンサ容量とインダクタンスは可変である方が、種々の減衰すべき高調波に応じて適切なコンデンサ容量あるいはインダクタンスを次式(1)に基づいて調整できるので、設置したMRI装置の状況において発生する高調波を状況に応じて適切に減衰させたり、静磁場強度の異なる他の装置に当該受信回路を設置したりする場合に好適となる。
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式(1)において、Fは共振周波数、Lはインダクタンス、Cはコンデンサ容量を表す。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例2について図7を用いて説明する。
【００３６】
図7に、実施例2に係る磁気共鳴イメージング装置におけるダウンコンバート部のブロック図を示す。図7によれば、実施例2に係るダウンコンバート部は、被検体より発生したNMR信号の入力部26aに所望の周波数以外の信号成分を減衰させる第1のBPF27の入力部が接続され、該第1のBPF27の出力部に周波数のダウンコンバートを行なう第1のミキサー28の入力部が接続され、該第1のミキサー28の出力部に第2のBPF29の入力部が接続され、該第2のBPF29の出力部に周波数のダウンコンバートを行なう第2のミキサー30の入力部が接続され、該第2のミキサー30の出力部に第3のBPF31の入力部が接続され、該第3のBPF31の出力部がアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器32の入力部に接続され、該アナログ・デジタル変換器32の出力部がデジタル信号出力部26bに接続されている。また、ダウンコンバートを行なうため、第1のミキサー28へ入力されるLocal信号を発生する第1の中間周波数部33の出力部が1乃至2以上の第1のノッチフィルタ34の入力部に接続され、第1のノッチフィルタ34の出力部が第1のミキサー28に接続されている。また、ダウンコンバートを行なうため、第2のミキサー30へ入力されるLocal信号を発生する第2の中間周波数部35の出力部が、第2のミキサー30に接続されている。以上までの構成は、実施例1と同じである。
【００３７】
実施例2では更に、第3のBPF31とアナログ・デジタル変換器32の間に1乃至2以上の第2のノッチフィルタ36が挿入されている。ただし、第2のノッチフィルタ36が減衰の対象とする周波数は、被検体より発生した63.86MHzのNMR信号の3倍あるいは5倍等の奇数倍の周波数の高調波(例えば、191.58MHzあるいは319.3MHz)の信号である。また、第2のノッチフィルタ36が減衰の対象とする周波数は、被検体より発生した63.86MHzのNMR信号の3倍あるいは5倍等の奇数倍の周波数の高調波(例えば、191.58MHzあるいは319.3MHz)が、第1のミキサー28によりダウンコンバートされて生成される信号(例えば、117.22MHzや244.94MHzやこれに伴う265.94MHzや393.66MHz)である。また、第2のノッチフィルタ36が減衰の対象とする周波数は、被検体より発生した63.86MHzのNMR信号の3倍あるいは5倍等の奇数倍の周波数の高調波(例えば、191.58MHzあるいは319.3MHz)やそれらが第1のミキサー28によりダウンコンバートされて生成される信号(例えば、117.22MHzや244.94MHzやこれに伴う265.94MHzや393.66MHz)が、第2のミキサー30によりダウンコンバートされて生成される信号(例えば、181.58MHzや309.3MHzや107.22MHzや234.94MHzや255.94MHzや383.66MHzやこれに伴う201.58MHzや329.3MHzや127.22MHzや254.94MHzや275.94MHzや403.66MHz)である。
【００３８】
また、第2のノッチフィルタ36が減衰の対象とする周波数は、第1の中間周波数部33により入力されるLocal信号に含まれる、3倍(223.08MHz)あるいは5倍(371.8MHz)等の奇数倍の周波数の高調波成分である。また、第2のノッチフィルタ36が減衰の対象とする周波数は、第1の中間周波数部33により入力されるLocal信号に含まれる高調波成分が、第2のミキサー30によりダウンコンバートされて生成される信号(例えば、213.08MHzや361.8.MHzやこれに伴う243.08MHzや381.8MHz)である。当該後段の第2のノッチフィルタのコンデンサ容量とインダクタンスは、これらの周波数を減衰するように設計される。
【００３９】
本実施例が実施例1と異なる点は、受信回路内の第3のBPF31とアナログ・デジタル変換器32の間に第2のノッチフィルタ部36を備えていることである。この効果により第1のノッチフィルタ部34で減衰しきれなかった成分である3倍や5倍等の高調波がGND等を介して回り込んできた成分や、高調波がダウンコンバートされた成分を減衰させることができる。
【００４０】
以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、ミキシングのためのlocal信号に起因して発生される高調波の周波数はlocal信号の3倍又は5倍の周波数としたが、整数倍でも良いことは言うまでもない。また、実施例2において、第2のノッチフィルタ36の配置される箇所は、第3のBPF31とアナログ・デジタル変換器32の間であったが、第2のミキサー30と第3のBPF31の間あるいは、アナログ・デジタル変換器32とデジタル信号出力部26bの間に配置されても良いことは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
26a  NMR信号の入力部、26b  デジタル信号出力部、27  第1のBPF、28  第1のミキサー、29  第2のBPF、30  第2のミキサー、31  第3のBPF、32  アナログ・デジタル変換器、33  第1の中間周波数部、34  第1のノッチフィルタ、35  第2の中間周波数部、36  第2のノッチフィルタ
【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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