JP4236595B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は核磁気共鳴（以下、NMRと略記する）現象を利用して被検体の任意断面を画像表示する磁気共鳴イメージング（以下、MRIと略記する）装置に関し、特に、前段増幅器の内蔵の有無に関わらず受信コイルを接続できるようにする技術に関する。

MRI装置は、NMR現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンからのNMR信号に、原子核スピンの密度分布や緩和時間分布情報を持たせて計測して、その計測データから被検体の断面を画像表示するものである。

このようなMRI装置における受信系においては、受信コイルによりNMR信号を受信し、前段増幅器（プリアンプ）により受信信号を増幅する。ここで前段増幅器は、受信コイルにより受信されたマイクロボルト以下の微弱なNMR信号をミリボルト程度まで増幅するものであり、雑音指数の極めて微少なものが使用されている。この高性能な前段増幅器によりSNRの優れた画像が得られることになる。
受信コイルによりNMR信号を受信する際に、受信から増幅の間に混入するノイズを少なくするために、受信コイルによりNMR信号を受信した直後に即座にそのNMR信号を増幅できるように、前段増幅器をなるべく受信コイルの近傍に配置する必要がある。

そこで、受信コイル内部に前段増幅器を内蔵して、コイルと前段増幅器を一体として制作された受信コイルが開発されている（特許文献1）。しかし、従来は受信コイルに内蔵できるほど小型で高性能な前段増幅器が存在しなかったので、受信コイルと前段増幅器とを分離して、コイルのみとした受信コイルも存在する（特許文献2）。つまり、現状では上記2つのタイプの受信コイルを使い分けて、同一MRI装置にて被検体の撮影が行われている。
特開2003-265432号公報 特開2003-325476号公報

上記2つのタイプの受信コイルが存在することから、受信信号を処理する受信系の入力端においては、これら2つのタイプの受信コイルが存在することを前提として受信系が設計・製造される必要がある。しかし、受信コイルに前段増幅器が内蔵されていることを前提として受信系を設計・製造すると、前段増幅器の無い受信コイルを使用した場合には、十分に増幅された受信信号を取得することができなくなる。逆に受信コイルに前段増幅器が内蔵されていないことを前提として受信系を設計・製造すると、前段増幅器を内蔵した受信コイルが使えなくなるので問題となる。

そこで、本発明の第1の目的は、受信コイルに前段増幅器が内蔵されていると否とに関わらず、同一のMRI装置において、受信コイルからのNMR信号を処理することを可能とすることである。
また、本発明の第2の目的は、受信されたNMR信号の増幅において、なるべくノイズがNMR信号に混入されないようにすることである。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成される。即ち
被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、前記核磁気共鳴信号を増幅する増幅器を有する受信手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記受信手段は、前記増幅器を備えた第1の経路と、前記増幅器を備えてない第2の経路と、前記2つの経路のいずれかを選択する選択手段を備え、
前記選択手段は、前記受信コイルが前記増幅器を有するときには前記第2の経路を、有しない時には前記第1の経路を選択する。

これにより、前段増幅器が内蔵されていない受信コイルと前段増幅器が内蔵されている受信コイルとを混在して使用することができるようになり、第1の目的を達成することができる。
また、好ましい実施形態では、前記選択手段は、前記受信コイルの種類を認識する手段を備えて、前記受信コイルの種類に対応して前記2つの経路のいずれかを選択する。
これにより、受信コイルの種類に対応して自動的に経路を選択できるようになる。
また、好ましい実施形態では、さらに、前記増幅器の電源をOFFにする制御手段を備え、前記増幅器の使用状態に対応して該増幅器の電源をON／OFF制御する。
これにより、前段増幅器が原因となって発生するノイズが、使用中の前段増幅器や受信系の他の部分に伝搬しないようにすることができるようになり、上記第2の目的を達成することができる。

以上述べたように、受信コイルと前段増幅器を含む受信系において、受信コイルの切り替え器を有することにより、受信コイルに前段増幅器を内蔵すると否とに関わらず受信コイルの形態に依存することなく、同一MRI装置でNMR信号の受信とその後の処理が可能になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の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。

最初に、本発明を適用するMRI装置について説明する。図4は本発明を適用するMRI装置の一実施例に関する全体構成を示すブロック図である。このMRI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4に示すように、MRI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、被検体1を載置する寝台26を備えて構成される。

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（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。

傾斜磁場発生系3は、X，Y，Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイル9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軸方向の傾斜磁場Gx，Gy，Gzを被検体1に印加する。より具体的には、X，Y，Zのいずれかの1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、残り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。

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。

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から出力された高周波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高周波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。

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と前段増幅器15と直交位相検波器16と、A／D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る被検体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、前段増幅器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直交位相検波器16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17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
本発明を適用したMRI装置では、受信コイルは前段増幅器を内蔵したものと、分離したものを用いる。

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とを有し、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。

操作系25は、MRI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MRI装置の各種処理を制御する。
なお、図4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の静磁場空間内に被検体1に対向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。

現在MRI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。

本発明を説明する前に、比較のために受信コイルと前段増幅器の従来例について図4のMRI装置に基づいて説明する。図１(a)，(b)に従来型の受信コイルと受信系の信号入力部の概略を示す。図1(a)は、前段増幅器が内蔵されていない受信コイルの場合である。図1(a)に示すように、受信コイル101から得られたNMR信号は、コネクタ102を介して前段増幅部103に入力されて増幅された後に、MRI装置の受信系の信号入力端である入力1(104-1)、入力2(104-2)に入り、受信系6内で直交検波とA／D変換された後に信号処理系７に送られる。

一方、図1(b)は、前段増幅器が内蔵されている受信コイルの場合である。図1(b)に示すように、前段増幅器103が内蔵されている受信コイル101においては、受信コイル101で得られたNMR信号は、内蔵された前段増幅器103で増幅され、コネクタ102を介してMRI装置の受信系の信号入力端である入力1(104-1)、入力2(104-2)に入り、受信系6内で直交検波とA／D変換された後に信号処理系7に送られる。

このように前段増幅器103が内蔵されていない受信コイルのみ、又は、前段増幅器103が内蔵されている受信コイルのみを使用する場合は、受信されたNMR信号は経路に不具合を生じることなく、受信系6の直交検波器、A／D変換器に送られ、画像表示されるようになっている。
しかし、図1(a)，(b)の例からわかるように、前段増幅器103が内蔵されていない受信コイルと前段増幅器103が内蔵されている受信コイルとを混在して使用することはできない。

次に、上記問題点を解決する本発明について説明する。本発明は、前段増幅器が内蔵されていない受信コイルと前段増幅器が内蔵されている受信コイルとを混在して使用することができるようにすることである。
そのために、本発明を適用したMRI装置には、さらに、前段増幅器を備えた経路と前段増幅器の無い経路、及びこれらを選択する切り替えスイッチを備え、いずれのタイプの受信コイルも接続可能とする。これらは、例えば図4のMRI装置においては、受信系６内に備えられる。

最初に本発明の第一の実施形態を説明する。この実施形態は、前段増幅器を備えた経路と前段増幅器の無い経路を2つ用意して、いずれのタイプの受信コイルも接続可能にし、かつ、受信系の信号入力端の前に、いずれか一方の経路を選択できるような切り替え器を備えて、所望の受信コイルを選択できるようにする形態である。この切り替え器は、前段増幅器を備えた経路を選択するスイッチと前段増幅器の無い経路を選択するスイッチとを一対にして持つスイッチを入力端子の数だけ並列に並べた構成をその内部に持つ。

図2(a)，(b)に、この実施形態の一実施例を示す。図2に示す切り替え器201は、前段増幅器を備えた経路を選択するスイッチAと前段増幅器の無い経路を選択するスイッチBを一対にして持つスイッチを2つ並列に並べた構成をその内部に持つ例である。

図2(a)は、前段増幅器103を含まない受信コイル101を使用する場合である。受信コイル101によって受信されたNMR信号は、コネクタ102を介して前段増幅器103を備えた経路202を通り、例えば寝台内部に取り付けてある前段増幅器103によって増幅された後、切り替え器201に入力される。切り替え器201では、スイッチＡ側をONにしスイッチB側をOFFにして、前段増幅器103を含まない受信コイル101を選択する。

一方、図2(b)は、前段増幅器103を含む受信コイル101を使用する場合である。受信コイル101によって受信されたNMR信号は、内蔵された前段増幅器103で増幅された後、コネクタ102を介して前段増幅器103の無い経路203を通り、切り替え器201に入力される。切り替え器201では、スイッチＡ側をOFFにしスイッチB側をONにして、前段増幅器103を含む受信コイル101を選択する。
ここで、切り替え器201内のスイッチのON／OFF制御は、図2に示す様に、例えば、シーケンサ4からの制御信号によって行うことができる。或いは、受信コイルを自動認識させる制御部（図示省略）を有し、その認識信号によりスイッチの制御を行うことができる。

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、前記第1の実施形態に加えて、更に経路上の前段増幅器が使用されない場合には、それに供給する電源をオフにして、その前段増幅器が原因となって発生するノイズが使用中の前段増幅器や受信系の他の部分に伝搬しないようにする形態である。これにより画質の劣化を防ぐことが可能となる。

図3(a)，(b)に、この実施形態の一実施例を示す。図3に示す前段増幅器電源切り替え器301は、前段増幅器を備えた経路202における前段増幅器103の電源をON／OFF制御するための手段の一例で、前段増幅器を備えた経路202における前段増幅器103が使用されない場合には、その電源をOFFすることにより、その未使用前段増幅器103が原因となって発生するノイズを使用中の前段増幅器103や受信系の他の部分に伝搬させないようにする。

図3(a)は、前段増幅器103を含まない受信コイル101を１つ使用する場合である。受信コイル101-1によって受信されたNMR信号は、コネクタ102を介して前段増幅器103-1を備えた経路202-1を通り、例えば寝台内部に取り付けてある前段増幅器103-1によって増幅された後、切り替え器201に入力される。一方、前段増幅器103-2は使用されてないので、前段増幅器電源切り替え器301は、前段増幅器103-1の電源をONとし、前段増幅器103-2の電源をOFFする。

一方、図3(b)は、前段増幅器103を備えた受信コイル101を2つ使用する場合である。受信コイル101によって受信されたNMR信号は、内蔵された前段増幅器103で増幅された後、コネクタ102を介して前段増幅器103の無い経路203を通り、切り替え器201に入力される。この場合、両方の前段増幅器103は使用されてないので、前段増幅器電源切り替え器301は、両方の前段増幅器103の電源をOFFとする。
ここで、増幅器電源切り替え器301の制御は、図3に示す様に、例えば、シーケンサ４からの制御信号によって行うことができる。或いは、受信コイルを自動認識させる制御部（図示省略）を有し、その認識信号によりスイッチの制御を行うことができる。これは、図2の場合と同様である。

以上の本発明の実施形態の説明においては、受信コイルのコネクタを1種類としたが、複数種類のコネクタを使用した場合においても、同様の切り替え器を動作させることにより、受信コイルのタイプに対応して、受信したNMR信号を増幅することができる。
また、受信コイルの数を1つ又は2つとしたが、3つ以上でも同様に、受信コイルのタイプに対応して、受信したNMR信号を増幅することができる。

従来例を示す図。(a)は前段増幅器が内蔵されていない受信コイルの場合であり、(b)は前段増幅器が内蔵された受信コイルの場合を示す。 本発明の第1の実施形態を示す図。(a)は前段増幅器が内蔵されていない受信コイルの場合であり、(b)は前段増幅器が内蔵された受信コイルの場合を示す。 本発明の第2の実施形態を示す図。(a)は前段増幅器が内蔵されていない受信コイルの場合であり、(b)は前段増幅器が内蔵された受信コイルの場合を示す。 本発明が適用されるMRI装置の一実施例のブロック構成図。

符号の説明

１…被検体、２…静磁場発生系、３…傾斜磁場発生系、４…シーケンサ、５…送信系、６…受信系、７…信号処理系、８…中央処理装置(CPU)、９…傾斜磁場コイル、１０…傾斜磁場電源、１１…高周波発信器、１２…変調器、１３…高周波増幅器、１４ａ…高周波コイル(送信コイル)、１４b…高周波コイル(受信コイル)、１５…信号増幅器、１６…直交位相検波器、１７…A／D変換器、１８…磁気ディスク、１９…光ディスク、２０…ディスプレイ、２１…ROM、２２…RAM、２３…トラックボール又はマウス、２４…キーボード、２５…操作系

Claims (3)

1. 被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、前記核磁気共鳴信号を増幅する増幅器を有する受信手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
   前記受信手段は、前記増幅器を備えた第１の経路と、前記増幅器を備えてない第２の経路と、前記２つの経路のいずれかを選択する選択手段を備え、
   前記選択手段は、前記受信コイルが前記増幅器を有するときには前記第２の経路を、有しない時には前記第１の経路を選択することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記選択手段は、前記受信コイルの種類を認識する手段を備えて、前記受信コイルの種類に対応して前記２つの経路のいずれかを選択することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記増幅器の電源をＯＮ／ＯＦＦする制御手段を備え、前記増幅器の使用状態に対応して該増幅器の電源をＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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