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【発明の名称】 磁気共鳴イメージング装置及びA/D変換装置
【発明者】 【氏名】吉澤 史浩

【要約】 【課題】A/D変換部内でのデジタル信号によるノイズを小さくする磁気共鳴イメージング装置及びA/D変換装置を提供する。

【構成】入力部31は、4個のA/D変換器311〜314と、グレイコード変換部315とを有し、各A/D変換器311〜314には、各チャンネルに対応したアナログのNMR信号が入力され、グレイコード変換部315がA/D変換器311〜314が出力した2進数コードにより表現されたデジタル信号をグレイコードにより表現されたデジタル信号に変換する。グレイコードに変換されたデジタル信号は、デジタル信号バス32を介して出力部33に転送され、グレイコード逆変換部331によってグレイコードデジタル信号から2進数のデジタル信号に戻した後、出力部33は、グレイコード逆変換部331が出力した2進数信号を信号処理部2に送信する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体をスキャンしアナログNMR信号を取得するスキャン部と、
前記スキャン部が取得したアナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部が変換した2進数により表現されたデジタル信号を基にMR画像を作成する信号処理部と、
を有する磁気共鳴イメージング装置であって、
前記A/D変換部は、
前記スキャン部から入力されたアナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換し、更に2進数により表現されたデジタル信号をグレイコードにより変換されたデジタル信号に変換する入力部と、
前記入力部が変換した前記グレイコードにより表現されたデジタル信号を、2進数により表現されたデジタル信号に逆変換して前記信号処理部に出力する出力部と、
前記入力部と前記出力部とを接続したデジタル信号バスと、
を有する磁気共鳴イメージング装置。
【請求項2】
前記入力部は、
前記スキャン部から入力されたアナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器が変換した、前記2進数により表現されたデジタル信号をグレイコードにより表現されたデジタル信号に変換するグレイコード変換部と、
を有し、
前記出力部は、前記グレイコード変換部が変換した、前記グレイコードにより表現されたデジタル信号を、2進数により表現されたデジタル信号に逆変換するグレイコード逆変換部を有する
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A/D変換部は、当該スキャン部のチャンネル数に対応した数の前記A/D変換器を有する
請求項1または2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項4】
前記A/D変換器が変換する2進数のデジタル信号は、16ビットのデジタル信号である
請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項5】
前記スキャン部のチャンネル数は4チャンネルである
請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項6】
アナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換し、更に2進数により表現されたデジタル信号をグレイコードにより変換されたデジタル信号に変換する入力部と、
前記入力部が変換した前記グレイコードにより表現されたデジタル信号を、2進数により表現されたデジタル信号に逆変換して出力する出力部と、
前記入力部と前記出力部とを接続したデジタル信号バスと、
を有するA/D変換装置。
【請求項7】
前記入力部は、
アナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器が変換した、前記2進数により表現されたデジタル信号をグレイコードにより表現されたデジタル信号に変換するグレイコード変換部と、
を有し、
前記出力部は、前記グレイコード変換部が変換した、前記グレイコードにより表現されたデジタル信号を、2進数により表現されたデジタル信号に逆変換するグレイコード逆変換部を有する
請求項6に記載のA/D変換装置。
【請求項8】
磁気共鳴イメージング装置のスキャン部が取得したアナログNMR信号のアナログ/デジタル変換を行う
請求項6または7に記載のA/D変換装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、被検体をスキャンし取得したNMR信号をアナログデジタル変換する磁気共鳴イメージング装置及びA/D変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、磁気共鳴現象を利用したMRI(Magnetic Resonance Imaging:磁気共鳴イメージング)装置が普及しており、生体内の各臓器の画像診断に不可欠な手法として広く利用されている。
例えば特許文献1に示すように、MRI装置では、被検体からのNMR信号(核磁気共鳴信号)を受信しA/D変換して計算機(信号処理部)に出力するRFレシーバ部(A/D変換部)は、多チャンネルの受信データを受信できるように拡張可能にするために、信号処理部と分離された構成となっていることが多い。
【特許文献1】特開2002−353812号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
MRI装置は、アナログのNMR(核磁気共鳴)信号を被検体から受信するスキャン部と、信号処理を行う信号処理部とから構成される。ここで、スキャン部は高磁場の環境に置かれるため、信号処理部を磁場から保護する等の観点から、スキャン部と信号処理部とは別々の部屋に置かれる等、離れて設置されることが多い。
スキャン部が受信したアナログのNMR信号をデジタル信号に変換するA/D(アナログ/デジタル)変換装置を有し、変換したデジタル信号を信号受信部に送信する。デジタル信号を受信した信号処理部は、デジタルフィルタリング等の信号処理を行ってから画像を構成する。
【0004】
ここで、A/D変換装置において、スキャン部から信号を入力しA/D変換を行う部位(入力部と称する)と、デジタル信号を信号処理部に出力する部位(出力部と称する)とは、例えば別々のボード等に離れて配設されることが多い。これは、1つのボード上にこれらを配設すると、アナログ信号とデジタル信号とが1つのボード上に混在してノイズが増えるためである。
入力部と出力部とはデジタル信号のバスを介して接続される。上述したように入力部と出力部とは離れて設置されることが多く、このバスは1つのボード内のデバイス同士を繋ぐ場合に比べて必然的に信号の配線が長くなっているため、バス上におけるデジタル信号の変動の仕方によってはノイズが発生し、これがアナログ信号に混入して画像の質に大きな影響を及ぼすことがある、という不利益がある。特に、元々のNMR信号の絶対値が小さいとき、デジタル信号の変動に起因するノイズが問題になり、信号処理部が生成する画像に大きな影響が出てしまう。
【0005】
上述した不利益を解消するために、本発明は、A/D変換部内でのデジタル信号によるノイズを小さくする磁気共鳴イメージング装置及びA/D変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の磁気共鳴イメージング装置は、被検体をスキャンしアナログNMR信号を取得するスキャン部と、前記スキャン部が取得したアナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換するA/D変換部と、前記A/D変換部が変換した2進数により表現されたデジタル信号を基にMR画像を作成する信号処理部と、を有する磁気共鳴イメージング装置であって、前記A/D変換部は、前記スキャン部から入力されたアナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換し、更に2進数により表現されたデジタル信号をグレイコードにより変換されたデジタル信号に変換する入力部と、前記入力部が変換した前記グレイコードにより表現されたデジタル信号を、2進数により表現されたデジタル信号に逆変換して前記信号処理部に出力する出力部と、前記入力部と前記出力部とを接続したデジタル信号バスと、を有する。
【0007】
第2の発明のA/D変換装置は、アナログNMR信号を2進数により表現されたデジタル信号に変換し、更に2進数により表現されたデジタル信号をグレイコードにより変換されたデジタル信号に変換する入力部と、前記入力部が変換した前記グレイコードにより表現されたデジタル信号を、2進数により表現されたデジタル信号に逆変換して出力する出力部と、前記入力部と前記出力部とを接続したデジタル信号バスと、を有する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、A/D変換部内でのデジタル信号のノイズを小さくする磁気共鳴イメージング装置及びA/D変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本実施形態のMRI装置について説明する。
図1は、MRI装置100の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、MRI装置100は、スキャン部1と、信号処理部2と、A/D変換部3とを有する。
【0010】
スキャン部1について説明する。
【0011】
スキャン部1は、図1に示すように、静磁場マグネット部11と、勾配コイル部12と、RFコイル部13と、テーブル14とを有しており、静磁場が形成された撮影空間内において、被検体SUの撮影領域を励起するように被検体SUに電磁波を照射し、その被検体SUの撮影領域において発生するNMR信号を得るスキャンを実施する。
【0012】
スキャン部1の各構成要素について、順次、説明する。
【0013】
静磁場マグネット部11は、たとえば、超伝導磁石により構成されており、被検体SUが収容される撮像空間に静磁場を形成する。ここでは、静磁場マグネット部11は、被検体SUの体軸方向に沿った方向zに静磁場の方向が沿うように静磁場を形成する。なお、静磁場マグネット部11は、永久磁石により構成されていてもよい。
【0014】
勾配コイル部12は、静磁場が形成された撮像空間に勾配磁場を形成し、RFコイル部13が受信するNMR信号に空間位置情報を付加する。ここでは、勾配コイル部12は、x方向とy方向とz方向との3系統からなり、撮像条件に応じて、周波数エンコード方向と位相エンコード方向とスライス選択方向とのそれぞれに勾配磁場を形成する。具体的には、勾配コイル部12は、被検体SUのスライス選択方向に勾配磁場を印加し、RFコイル部13がRFパルスを送信することによって励起させる被検体SUのスライスを選択する。また、勾配コイル部12は、被検体SUの位相エンコード方向に勾配磁場を印加し、RFパルスにより励起されたスライスからのNMR信号を位相エンコードする。そして、勾配コイル部12は、被検体SUの周波数エンコード方向に勾配磁場を印加し、RFパルスにより励起されたスライスからのNMR信号を周波数エンコードする。
【0015】
RFコイル部13は、被検体SUの撮像領域を囲むように配置される。RFコイル部13は、静磁場マグネット部11によって静磁場が形成される撮像空間内において、電磁波であるRFパルスを被検体SUに送信して高周波磁場を形成し、被検体SUの撮像領域におけるプロトンのスピンを励起する。そして、RFコイル部13は、その励起された被検体SU内のプロトンから発生する電磁波をNMR信号として受信する。
なお、本実施形態においては、一例としてRFコイル部13は4チャンネルあるとする。
テーブル14は、被検体SUを載置する台を有する。
【0016】
次に、信号処理部2について説明する。
【0017】
信号処理部2は、図1に示すように、データ収集部21と、制御部22と、画像生成部23と、操作部24と、表示部25と、記憶部26とを有する。
【0018】
信号処理部2の各構成要素について、順次、説明する。
【0019】
データ収集部21は、後述するA/D変換部3からのデジタル信号を収集し、画像生成部23に渡す。
【0020】
制御部22は、コンピュータと、コンピュータを用いて所定のスキャンに対応する動作を各部に実行させるプログラムとを有しており、各部を制御する。ここでは、制御部22には操作部24からの操作データが入力され、その操作部24から入力される操作データに基づいて、各部へ制御信号を出力し制御を行う。
制御部22は、後述するA/D変換部を介して、スキャン部1に対する各種制御信号を送信する。
【0021】
画像生成部23は、コンピュータと、そのコンピュータを用いて所定のデータ処理を実行するプログラムとを有しており、制御部22からの制御信号に基づき、被検体SUからのNMR信号を用いて、被検体SUのスライスについてのスライス画像を再構成する。そして、画像生成部23は、その生成した画像を表示部25に出力する。
【0022】
操作部24は、キーボードやポインティングデバイスなどの操作デバイスにより構成されている。操作部24は、オペレータによって操作データが入力され、その操作データを制御部22に出力する。
【0023】
表示部25は、CRTなどの表示デバイスにより構成されており、制御部22からの制御信号に基づいて、表示画面に画像を表示する。たとえば、表示部25は、オペレータによって操作部24に操作データが入力される入力項目についての画像を表示画面に複数表示する。また、表示部25は、被検体SUからのNMR信号に基づいて生成される被検体SUのスライス画像についてのデータを画像生成部23から受け、表示画面にそのスライス画像を表示する。
【0024】
記憶部26は、メモリにより構成されており、各種データを記憶している。記憶部26は、その記憶されたデータが必要に応じて制御部22によってアクセスされる。
【0025】
次に、A/D変換部3について説明する。
A/D変換部3は、スキャン部1のRFコイル部13が取得したアナログのNMR信号をデジタル信号に変換して信号処理部2に転送するとともに、信号処理部2からの各種制御信号をスキャン部1の対応する各部に転送する。
【0026】
図2は、A/D変換部3のブロック図である。
本実施形態では一例として、4チャンネルのNMR信号が入力される場合のA/D変換部について説明する。
【0027】
図2に示すように、A/D変換部3は、入力部31、デジタル信号バス32、出力部33を有する。
A/D変換部3は、MRI装置のスキャン部1と信号処理部2との間に配置され、スキャン部1から入力されたNMR信号をアナログ/デジタル変換して信号処理部2に入力する。
本実施形態のA/D変換部3の入力部31と、出力部33とは、例えば別のボードに配設される等、分かれた構成となっている。
【0028】
入力部31は、4個のA/D変換器311〜314と、グレイコード変換部315とを有する。
A/D変換器311〜314には、各チャンネルに対応したスキャン部の各RFコイル部13からアナログのNMR信号が入力される。本実施形態では、各A/D変換器311〜314は、アナログのNMR信号をデジタル化して、例えば16ビットのデジタル信号を出力する。
【0029】
グレイコード変換部315は、A/D変換器311〜314が出力した2進数コードにより表現されたデジタル信号をグレイコードにより表現された16ビットのデジタル信号に変換する。
グレイコードとは、自然数のコード化の1つであるが、コードが表す数が1だけ増減したときに、コード中のただ1ビットしか変化しないという特徴を有する。
【0030】
2進数をグレイコードに変換するには、図3に示すように、下位ビットから順に隣り合う上位ビットとの排他的論理和をとる。
図3は、2進数からグレイコードに変換する方法を説明するために、一例として2進数「10110001」をグレイコードに変換した図である。
図3に示すように、2進数の隣り合う2桁が同じであれば、グレイコードには0を、異なれば1を出力すればよい。
【0031】
ここで、グレイコードにおいて、コードが表す数が1だけ増減したときに、コード中のただ1ビットしか変化しないことの一例として、10進数における「255」と「256」を2進数及びグレイコードに変換した結果を図4に示す。
図4に示すように、2進数においては全てのビットが異なっているが、グレイコードにおいては最上位ビットが変わっているのみである。
【0032】
グレイコード変換部315は、上述したような方法により16ビットの2進数デジタル信号を16ビットのグレイコードデジタル信号に変換して出力する。
【0033】
デジタル信号バス32は、グレイコード変換部315と後述するグレイコード逆変換部331とを接続するバスであり、グレイコード変換部315から出力されたデジタル信号をグレイコード逆変換部331に伝送する。
本実施形態では、上述したように入力部31と出力部32とが分かれた構成となっているため、デジタル信号バス32は1つのボード内で入力部31と出力部32を繋ぐ場合に比べて必然的に信号の配線が長くなっている。
【0034】
本実施形態ではデジタル信号バス32は16ビットのデジタル信号を伝送するため、16本の信号線を有し、信号線内の電位を変化させることにより、デジタル信号バス32はデジタル信号を伝送する。本実施形態ではグレイコードに変換された16ビットのデジタル信号がデジタル信号バス32によって伝送されるため、伝送されるデジタル信号が1だけ変化した場合に、グレイコードの特徴により、電位が変化する信号線の数が必ず1本である。
【0035】
デジタル信号バス32の各信号線の電位の変化に関しては、詳しくは後述する。
また、デジタル信号バス32は、4チャンネル分のデジタル信号を、たとえば時分割方式により伝送する。すなわち、例えばA/D変換器311が変換し出力したデジタル信号を所定の時間だけ伝送し、次にA/D変換器312が出力した信号を所定の時間伝送する。更にA/D変換器313が出力した信号、A/D変換器314が出力した信号を所定の時間だけ伝送し、次にA/D変換器311が出力した次の時点での信号を伝送する、というように、所定の時間毎に伝送するデータを次のチャンネルの信号に切り替える。
なお、所定の時間については本発明では限定しない。
【0036】
出力部33は、グレイコード逆変換部331を有する。
グレイコード逆変換部331は、デジタル信号バス32を通じて伝送されたグレイコードにより表現された16ビットのデジタル信号を2進数により表現された16ビットのデジタル信号に戻す。すなわち、入力されたグレイコードの信号に対して、上位ビットから順に隣り合う上位ビットとの排他的論理和をとる。
出力部33は、グレイコード逆変換部331が変換した2進数のデジタル信号を信号処理部2のデータ収集部21に出力する。
【0037】
以下、デジタル信号バス32の信号線の電位の変化について、2進数のデジタル信号が入力される場合と、グレイコードのデジタル信号が入力される場合とに分けて詳しく説明する。なお、ここでは、「0」と「−1」(10進法表記)とが所定の時間毎に交互に入力されるものとする。
【0038】
10進法表現での「0」は、16ビットの2進数表現では「0000000000000000」である。また、グレイコードでも「0000000000000000」である。
10進法表現での「−1」は、16ビットの2進数表現では、2の補数表現を使用すると「1111111111111111」となる。2の補数表現とは、一般的なコンピュータで負の数を表すときの表現である。なお、グレイコードでは「1000000000000000」と表現される。
【0039】
すなわち、2進数表現の16ビットデジタル信号をデジタル信号バス32に入力する場合、図5(a)に示すように、「0000000000000000」と「1111111111111111」とが所定の時間毎に交互に入力される。
図5は、デジタル信号バス32に入力されるデジタル信号の概念図であり、左からデジタル信号が順に入力されるとしている。
この場合、デジタル信号バス32が伝送する2進数のデジタル信号は、所定の時間経過毎に16ビットすべてが変化している。従って、デジタル信号バス32の有する16本の信号線全てが、所定の時間経過毎に電位が変化しているため、アナログ信号に混入するノイズの原因となりうる。
【0040】
一方、グレイコードの16ビットデジタル信号をデジタル信号バス32に入力する場合、図5(b)に示すように、「0000000000000000」と「1000000000000000」とが所定の時間毎に交互に入力される。
この場合、デジタル信号バス32が伝送するデジタル信号は、所定の時間経過毎に16本の信号線のうち、最初の1ビットのみが変化し、他のビットは変化しない。
これにより、デジタル信号バス32が伝送するグレイコードのデジタル信号は、所定の時間経過毎に、先頭ビットのみが変化する。従って、デジタル信号バス32の有する16本の信号線のうち1本のみが所定の時間毎に変化するため、上述した2進数のデジタル信号を伝送した場合に比べて、デジタル信号バス32が有する信号線の電位の変化に起因するノイズが大幅に減少する。
【0041】
なお、ここでは一例として「0」と「−1」(10進数表現)が交互に入力される場合について考えた。これは、入力されるデジタル信号の値の絶対値が小さい場合に、特に信号線の電位の変動に起因するデジタルノイズが問題になるからである。
入力されるデジタル信号の絶対値の値が小さい場合、すなわち、入力されるデジタル信号が「−1〜1」くらいのときには、デジタルバス32を介して伝送されるデジタル信号は、概ね1ずつ変動することになり、こうした場合には、グレイコードのデジタル信号ならば電位が変化する信号線の数が1本だけになるため、ノイズの発生を最低限に抑えることができる。
【0042】
以上説明したように、本実施形態のMRI装置100によれば、スキャン部1が被検体をスキャンして得たスキャンデータ(アナログ信号)を信号処理部2にA/D変換して送信する際に、A/D変換部3のA/D変換器311〜314がアナログ−デジタル変換を行い出力した2進数により表現されたデジタル信号を、一旦グレイコード変換部315がグレイコードのデジタル信号に変換してからデジタル信号バス32を介して出力部33に転送し、出力部33のグレイコード逆変換部331でグレイコードから2進数のデジタル信号に戻してから信号処理部2に送信しており、A/D変換部3においてデジタル信号を転送する際に信号の変化が少ないグレイコードのデジタル信号によって転送しているため、デジタル信号バス32を介して伝送されるデジタル信号の絶対値が小さい場合には、デジタル信号バス32上においてチャンネル毎に変化する信号線が少なく、デジタル信号バス全体での電位の変化が小さいため、デジタル信号転送時の電位の変化によるアナログ信号へのノイズの混入を最小限に抑えることができる。
【0043】
また、本実施形態のMRI装置100によれば、グレイコード変換部315及びグレイコード逆変換部331が行う変換処理は、ソフトウェア的に容易に行うことが可能であるため、回路規模の増大やコストの上昇無しに上述したノイズ混入最小限の効果を得ることができる。勿論、ハードウェアとしてグレイコード変換部315及びグレイコード逆変換部331をA/D変換部3に設けても良く、この場合も上述したノイズ混入最小限の効果を得ることができる。
【0044】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、本発明の実施に際しては、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
【0045】
上述した実施形態においては、A/D変換部3は4チャンネルの場合について説明したが、本発明はこれには限定されず、4チャンネル以外でもよい。また、上述した実施形態においては、入力部31からデジタル信号バス32を介して出力部33にデジタル信号を転送する際に、チャンネルごとのデジタル信号を時分割で転送する場合について説明したが、本発明はこれには限定されない。たとえば、デジタル信号バス32を介して、所定の時間毎に特定のチャンネルのNMR信号を変換したデジタル信号が伝送されてもよい。また、上述した実施形態においては、A/D変換器311〜314が変換するデジタル信号は16ビットであるとしたが、本発明はこれには限定されない。8ビットや32ビットのデジタル信号に変換しても良い。この場合、デジタル信号バス32がA/D変換器311〜314が変換するビット数と同じ数だけ信号線を有するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】図1は、MRI装置100の構成を示すブロック図である。
【図2】図2は、A/D変換部3のブロック図である。
【図3】図3は、2進数からグレイコードに変換する方法を説明するための図である。
【図4】図4は、10進数の「255」と「256」を2進数及びグレイコードで表現した場合を示す図である。
【図5】図5は、デジタル信号バス32に入力されるデジタル信号の概念図である。
【符号の説明】
【0047】
100…MRI装置、1…スキャン部、2…信号処理部、3…A/D変換部、11…静磁場マグネット部、12…勾配コイル部、13…RFコイル部、14…テーブル、21…データ収集部、22…制御部、23…画像生成部、24…操作部、25…表示部、26…記憶部、31…入力部、311,312,313,314…A/D変換器、315…グレイコード変換部、32…デジタル信号バス、33…出力部、331…グレイコード逆変換部
【出願人】 【識別番号】300019238
【氏名又は名称】ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー
【出願日】 平成18年6月22日(2006.6.22)
【代理人】 【識別番号】100094053
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 隆久


【公開番号】 特開2008−328(P2008−328A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−172521(P2006−172521)