JP4564958B2 - ダイナミックゲインと無線受信コイルをもつ磁気共鳴画像受信回路 - Google Patents

Description

この発明は、画像診断法に関する。磁気共鳴画像での特別な用途を見出し、また、それに特に関連して記載するであろう。しかしながら、磁気共鳴分光法での用途や、他の磁気共鳴用途もまた見出したものである。

磁気共鳴画像スキャナーの受信回路（receive chain）は、無線周波数RF（radio frequency）受信コイル、RFアンプ、減衰器、A−D変換器、デジタルレシーバ等のような多くの信号処理コンポーネントを含む。無線受信コイルをもつシステムにおいて、信号処理は、電気的に隔離された無線受信コイルユニットから、磁気共鳴画像スキャナーの他の電子技術と電気的に一体をなす信号処理ユニットに、磁気共鳴信号を送信するための無線送信コンポーネントをさらに包含する。

受信回路の種々のコンポーネントは、信号歪みを、処理された磁気共鳴信号に導入されうる。レシーバコンポーネントの非線形挙動は、振幅および/または位相歪みの原因になる。そのような非線形性は、ゴースト発生、ハロー発生、SN比ひずみ、ぼけ等の原因になる。レシーバのゲインが、ハードウエア内または信号処理内でのゲイン変化の原因ではなく、捕捉中または捕捉間に変化するならば、ゴースト発生、または、ぼけが生じうる。例えば、レシーバゲインが減衰器によって制御されるところのプロフィール依存減衰では、減衰器の減衰が、エージング、温度効果、スイッチング後の整定（settling）に起因する時間の経過と共にドリフトしうる。さらに、ゲイン不安定性は、ランダムもしくは周期的なゲイン変動または移相の原因になり、画像ノイズ（image artifacts）が生じうる。無線レシーバコイルの場合、コイルユニットの変調リファレンスと信号処理ユニットの対応する復調リファレンスとの間の位相差は、復調信号における振幅および位相ひずみを取り込むことになりうる。

さらに、A−D変換器は、限定されたダイナミックレンジを有するので、受信回路における実質的な振幅ひずみは、A−D変換器の過負荷を生じさせる結果となり、途切れたデジタル信号、またはさもなければ、間違ったデジタル化されたデータを生じることになる。同様に、信号が、ダイナミックデジタルレンジの下端にあるならば、デジタルプロセスは、実質的なデジタルノイズを取り込みうる。

本発明は、上記の制限などを克服する改良された装置及び方法を意図するものである。

この発明によれば、磁気共鳴画像システムが記載されている。磁気共鳴スキャナは、磁気共鳴信号を励磁しかつ空間的にコード化するために設けられる。リファレンスＲＦ信号発生手段は、リファレンスＲＦ信号を発生させるために設けられる。受信手段は、前記励磁されかつ空間的にコード化された磁気共鳴信号と前記リファレンスＲＦ信号を含むＲＦ信号を受信するために設けられる。補正手段は、前記受信したリファレンスＲＦ信号に従って、前記空間的にコード化された磁気共鳴信号を補正するために設けられる。

この発明の他の面によれば、磁気共鳴画像方法が記載されている。磁気共鳴信号は、励磁されかつ空間的にコード化される。リファレンスＲＦ信号が発生する。ＲＦ信号は、前記励磁されかつ空間的にコード化された磁気共鳴信号と、前記リファレンスＲＦ信号を含んで受信される。前記磁気共鳴信号は、前記受信したリファレンスＲＦ信号に従って補正される。

この発明の一つの利点は、磁気共鳴受信回路のＡ−Ｄ変換器に過電流が流れる可能性を低減するため、レシーバ（受信）ゲインを制御することにある。

この発明の別の利点は、受信回路での、非線形性、ゲイン不安定性、ゲインドリフトまたは他の不完全性によって導入される画像ひずみを低減することにある。

この発明のさらに別の利点は、無線受信コイルシステムでの、無線送信と無線受信の間の同期を提供することにある。

この発明に多数の付加的な利点および利益があることは、下記の好適な実施形態の詳細な記載を読むことによって、当業者に明らかになるであろう。

この発明は、種々のコンポーネントおよびそれらコンポーネントの配置や、種々のプロセス操作やそれらのプロセス操作の配置における形態を採ることができる。なお、添付した図面は、好適な実施形態を説明するために用いたものであり、この発明を限定するものとしては解釈されない。

図１に関し、磁気共鳴画像スキャナ１０は、抵抗主電磁コイルまたは永久磁石を用いることもできるけれども、好適には超伝導コイルである主電磁コイル１２を有する。主電磁コイル１２は、検査領域１４内で実質的に均一な磁場を発生させるため、電圧が加えられる。傾斜磁場コイル１６は、ＲＦコイル１８に電圧を加えることによって発生する磁気共鳴を空間的に符号化するため、選択された空間的な方向に傾斜を生じさせる。図１では、全ボディＲＦコイル１８が示されている。しかしながら、ヘッドコイルのような局所コイル、段階的ＲＦコイル配列、感度コード化（ＳＥＮＳＥ）コイル配列などを、全ボディＲＦコイル１８の代わりに、またはそれとともに用いて、磁気共鳴を励磁させ、あるいは磁気共鳴信号を検知することができる。

磁気共鳴シーケンス制御装置３０は、磁気共鳴信号を励磁するため、全ボディＲＦコイル１８または別のＲＦコイルに連結されるＲＦトランスミッタ３２を調整かつ制御し、また、励磁された磁気共鳴信号を空間的に符号化するため、前記傾斜コイル１６に連結された傾斜磁場制御装置３４を制御する。全ボディＲＦコイル１８に連結される１以上のＲＦレシーバ３６は、磁気共鳴信号を検知し、増幅し、デジタル化し、そして、復調し、また、結果として生じるデジタル化された磁気共鳴サンプルをｋ−スペースメモリ４０に記憶させる。再構成プロセッサ４４は、フーリエ変換ベース画像再構成または画像再構成の他のタイプを行って、ｋ−スペース磁気共鳴サンプルから一以上の再構成された画像を生じさせる。

再構成された画像は、画像メモリ４６内に記憶され、ビデオプロセッサ５０によって処理され、ユーザインターフェース５２上に表示され、ローカルコンピュータネットワークもしくはインターネット通じて伝送され、またはさもなければ処理される。好適には、ユーザインターフェース５２は、ディスプレイ、プリンタ、または、放射線科医もしくは他のオペレータが、その再構成された画像を眺め、表現し、またはさもなければ操作することができる他の出力装置を包含する。なお、ユーザインターフェース５２は、放射線科医もしくは他のオペレータが、磁気共鳴シーケンス制御装置３０と交信して、磁気共鳴画像シーケンスを選択し、画像シーケンスを修正し、画像シーケンスを実行し、あるいはさもなければ、磁気共鳴画像スキャナ１０を制御できることが好ましい。

技術的に知られているように、ＲＦレシーバ３６は、信号調整、数値化、ヘテロダインの発生、または磁気共鳴信号上の他の信号処理操作を行なう信号処理コンポーネントを包含する。これらの種々の信号処理コンポーネントが、受信した信号に対して、非線形性、振幅変化、位相シフトおよび他のひずみを取り込むかもしれないことが理解される。これらのひずみをモニタするため、磁気共鳴画像制御装置３０は、少なくとも一の適当なパイロットトーンアンテナ６２に連結されるパイロットトーンジェネラータ６０と交信して、ＲＦコイル１８または別のＲＦコイルによって受信され、かつ、ＲＦレシーバ３６によって磁気共鳴信号とともに処理される少なくとも一のパイロットトーンＲＦ領域を発生させる。パイロットトーンアンテナは、磁気共鳴画像スキャナ１０の穴内の実質的にはどこにでも配置することができる。随意的に、一以上のフラックスプローブコイル（flux probe coil）、同調コイル、または種々の目的のため、スキャナ１０の穴内に典型的には配置される他のＲＦコイルを、パイロットトーンまたはトーンを発生させるのに使用することができる。

図２に関し、ＲＦレシーバ３６の典型的な配置が記載されている。典型的なレシーバ３６は、アナログアンプ６６、アナログ減衰器６８、Ａ−Ｄ変換器７０およびデジタルレシーバ７２を包含する。アナログフロントエンドコンポーネント６６、６８は、広い周波数帯域幅を有する。公称ゲイン、すなわち、減衰器６８の零デシベル減衰設定でのレシーバゲインは、Ａ−Ｄ変換器７０のノイズが、レシーバ３６の全体のノイズ指数にほとんど影響しないように選択される。

レシーバ３６のゲインは、減衰器６８と交信する制御装置３０によって制御されて、受信したＲＦ信号がＡ−Ｄ変換器７０からオーバーフローしないことを確実にするように減衰を設定する。期待したＲＦ信号レベルが、予測モデルを用いて予測することができる。ｋ−スペース内のサンプル位置に基づく磁気共鳴信号レベルを予測するモデルのような幾つかのモデルを用いることができる。受信した周波数帯域は、一以上のデジタルレシーバ７２の設定を調整する制御装置３０によって決定される。デジタルレシーバ７２のリファレンスシンセサイザーの設定は、受信した周波数帯域の搬送周波数を決定する。出力データレートは、受信した周波数帯域の帯域幅を決定する。

図３に関し、アンプ６６は、随意的には、図３に示される増幅特性（Ｖ_ｏ／Ｖ_ｉ）をもつバイリニアアンプである。バイリニアアンプは、閾値電圧Ｖ_ｘ以下の入力電圧用の第１の差動ゲインと、閾値電圧Ｖ_ｘ超えの入力電圧用の第２のより低い差動ゲインを有する。同様な方法で、より高い入力電圧用の連続的により低い差動ゲインを有するトリリニアまたはより高次の複雑性アンプを、広範な増幅ダイナミックレンジを設けるために用いることができる。アンプ６６が、バイリニアアンプ、トリリニアアンプ、または他の可変ゲインアンプであるならば、そのとき、減衰器６８は、随意的に受信回路から除かれる。

図２および図３に関連して描かれているレシーバの実施形態は、典型的なもののみを示している。当業者は、上記の典型的なコンポーネントを他のレシーバコンポーネント置き換えることができる。例えば、デジタルレシーバ７２によってデジタルサイドで行なわれる復調を、代わりに、アナログ復調器によってアナログサイド上で行なうことができ、ひき続いて、復調された信号をデジタル化する。別の実施形態では、アナログへテロダインミキサーが、受信したＲＦ信号を、デジタル化よりも前の中間周波数や最終デジタル復調に変える。ここで述べられた歪み補正手順に基づくリファレンスパイロットトーンは、磁気共鳴画像に用いるのに適するいずれの受信回路配置に対しても一般に適用することができる。実質的にいずれのそのような適当なレシーバが、ＲＦ受信コイル、アナログコンポーネント、Ａ−Ｄ変換プロセス、または受信回路内の他の場所で、望ましくない信号ひずみを取り込みうることは、当業者であればわかる。

これらのひずみを補正するためのメカニズムを提供するため、パイロットトーンアンテナ６２は、ＲＦコイル１８によって受信される一以上のリファレンスパイロットトーン信号を生じさせるために配置される（受信したパイロットトーン信号は、図２の矢印によって図式的に示されている）。エアウェーブ伝送によって伝達されるよりもむしろ、レファレンスパイロットトーンが、例えば方向性結合器７４を用いて、受信回路のアナログフロントエンド６６、６８内の選択された点で直接的に導入されることができる（結合部７４を用いてパイロットトーンをアンプ６６に導入する択一的な結合経路は、図２に仮想線で示されている）。

パイロットトーンジェネレータ６０は、受信コイル１８または方向性結合器７４によってＲＦレシーバ３６に伝送されるモノトーンまたはマルチトーンＲＦリファレンスパイロットトーン信号を発生させる。レシーバ３６は、少なくとも磁気共鳴信号とリファレンスパイロットトーンＲＦ信号とを含む受信したＲＦ信号を処理する。磁気共鳴信号と、リファレンスパイロットトーンまたはトーンは、ともに、アンプ６６による増幅と、減衰器６８による減衰と、Ａ−Ｄ変換器７０によるデジタル化と、デジタルレシーバ７２による復調及び随意的な更なる信号処理が行なわれる。デジタル化されたＲＦ信号は、ｋ−スペースメモリ４０内に記憶される。代案的なバイリニアアンプの実施形態では、磁気共鳴信号とリファレンスパイロットトーンまたはトーンは、ともに、図３に示されるアンプゲイン関数によって示されるバイリニア増幅が行なわれ、引き続き、Ａ−Ｄ変換器７０によるデジタル化と、次のデジタルレシーバ７２によるデジタル信号処理が行なわれる。

図４に関し、受信回路処理は、図４に示される周波数スペクトルに関して図式的に描かれている。レシーバ３６は、デジタルデータを得るところの分解能帯域幅（resolved bandwidth）ＢＷ_ｒｅｓと、レシーバゲインが実質的に一定であるところの中央通過帯域をもつフィルタ伝達関数７６を規定する。典型的な周波数スペクトル７８によって示される磁気共鳴信号は、レシーバフィルタ７６の挿入によって導入されるひずみを最小限にするため中央通過帯域内にあることが好ましい。周波数スペクトル７８は、離散型フーリエ変換を適用することにより、得られかつデジタル化されたＲＦ磁気共鳴信号から適当に得られる。

デジタル化され、かつフーリエ変換されたＲＦ信号はまた、デジタル化されたＲＦ信号のリファレンスパイロットトーンコンポーネントを包含する。レファレンスパイロットトーンコンポーネントは、典型的なモノトーンコンポーネント８０によって示され、磁気共鳴信号とリファレンスパイロットトーン信号との間の干渉を避けるため、通過帯域の外側、すなわち、磁気共鳴信号７８の利用帯域の外側にあることが好ましい。さらに、パイロットトーン８０は、レシーバフィルタ７６の挿入によるパイロットトーン信号損失を最小限にするため、レシーバフィルタ７６の十分に分解能帯域幅ＢＷ_ｒｅｓ内にあることが好ましい。パイロットトーンのレベルは、Ａ−Ｄ変換器７０のダイナミックレンジ性能を実質的に制限しないように設定されることが好ましい。パイロットトーンレベルは、より高いまたはより低いレベルで使用することができるけれども、Ａ−Ｄ変換器７０の範囲の約１〜１０％のパイロットトーンが好ましい。さらに、説明した典型的なモノトーンリファレンスパイロットトーンコンポーネント８０よりもむしろ、リファレンスパイロットトーンは、マルチトーン、例えば、磁気共鳴信号７８の通過帯域超えと通過帯域以下の双方にあるリファレンスパイロットトーン周波数コンポーネントをもつことができる。

磁気共鳴信号７８と、デジタル化されたＲＦ信号のレファレンスパイロットトーン８０の間の適当な周波数分離とともに、パイロットトーンジェネレータ６０は、磁気共鳴信号取得とともに、連続的または同時に操作させることができる。代案的な実施形態では、パイロットトーン周波数は、磁気共鳴信号の周波数範囲内、すなわち通過帯域内にある。この周波数がオーバーラップする実施形態では、リファレンスパイロットトーンジェネレータ６０の操作は、磁気共鳴信号コンポーネント７８と、パイロットトーンコンポーネント８０との間の干渉を避けるため、ｋ−スペースのコード化されたラインの取得と共に、一時的にインタリーブされる。

引き続き図１および図４とともに、さらに図５を参照すると、ｋ−スペースメモリ４０に記憶されたデジタル化されたＲＦ信号は、再構成プロセッサ４４によって処理されて、画像メモリ４６内に記憶される一以上の再構成された画像を生じさせる。好適な実施形態では、再構成プロセッサ４４は、フーリエ変換プロセッサ８４を包含し、このフーリエ変換プロセッサ８４は、好ましくは、離散型高速フーリエ変換である、周波数方向の離散型一次元フーリエ変換を、各磁気共鳴読み出しプロフィール、または、デジタル化されたＲＦ信号を、周波数スペクトル範囲（frequency spectrum bins）に変換するためのｋ−スペースのラインに適用する。離散型フーリエ変換の周波数範囲の境界は、垂直な点線によって図４に線図的に示されている。好適実施例では、デジタル化されたＲＦ信号のパイロットトーンコンポーネント８０の周波数は、図４に示されるように、周波数範囲のうちの一つの範囲内にあるように選択される。代案として、フーリエ変換プロセッサ８４は、一つの周波数範囲内にデジタル化されたリファレンスパイロットトーン８０をおくため、データを周波数シフトすることができる。

パイロットトーン回復プロセッサ８８は、レファレンスパイロットトーンの周波数に相当するフーリエ変換周波数範囲にアクセスすることによって、デジタル化されたＲＦ信号のデジタル化されたパイロットトーンコンポーネント８０を回復する。減衰器６８の各設定に関し、パイロットトーンコンポーネント８０を含む周波数範囲の平均振幅（Ａ）９０および位相（φ）９２が決定される。パイロットトーンの周波数は、プロフィールごとのパイロットトーン周期の整数が、パイロットトーン周波数範囲の最適なＳＮ比に関して測定されるように選択されることが好ましい。

振幅／位相補正プロセッサ９６は、回復されたリファレンスパイロットトーンの回復されたデジタル化された振幅９０および位相９２を、制御装置３０によって供給される演繹的に知られているリファレンスパイロットトーン振幅および位相と比較して、相対的なスケールファクタ（Ａ_scale）と位相補正ファクタを、決定された減衰なしレベルに対し決定する。これらの値は、レシーバ３６によって導入されるひずみを呈し、かつリアルタイムに測定された減衰値を提供する。これらの値は、ＲＦレシーバ３６によって導入される歪を補正するため、種々の方法に用いることができる。

一の補正アプローチでは、減衰器較正値が、受信回路によって導入されるひずみを補正するため、一次元のフーリエ変換プロフィールまたはラインを一定の割合で作成しかつ位相シフトするために用いられる。ひずみ補正した周波数プロフィールは、第２のフーリエ変換プロセッサ１００によって処理され、この第２フーリエ変換プロセッサは、一次元離散型フーリエ変換を、振幅および位相補正した一次元のフーリエ変換プロフィール上で、再構成された画像を生成するため、ｋ−スペースの周波数コード化方向を横断する方向に沿って行なう。このフーリエ変換プロセッサ１００は、一次元の高速フーリエ変換を行なうことが好ましい。随意的に、画像プロセッサ１０２は、追加的な処理を行なって、磁場不均一性または他の知られている画像劣化に対し補正し、そして、再構成された画像は、画像メモリ４６に記憶される。

取得しかつフーリエ変換したプロフィールを補正するよりもむしろ、またはそれに加えて、相対的なスケールファクタ９８が、磁気共鳴画像制御装置３０に入力され、かつ、エージング、温度シフトなどに起因する減衰器ドリフトに対し補正するため、減衰器６８の設定のリアルタイムな調整を提供するために使用することができる。さらに、相対的なスケールファクタ９８は、Ａ−Ｄ変換器７０に対する増幅された入力が実質範囲外にでるときに、検知するためモニター化することができ、その結果、適当な調整が、減衰器設定、バイリニアアンプの設定または変換器７０の十分ダイナミックレンジ内でＡ−Ｄ変換器７０に入力を維持するための別のレシーバゲイン制御設定に対して行うことができる。例えば、Mehlhopfらの米国特許第５5,023,552号に記載された各種のゲイン信号アンプのゲインファクタが、相対的なスケールファクタ９８を用いてリアルタイムまたはほぼリアルタイムに容易に調整される。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄを参照すると、アンプ６６のゲインのリアルタイムまたはほぼリアルタイムなフィードバック制御を提供するための別のアプローチが記載されている。このアンプ６６は、複数のアンプ、すなわち、３個の典型的なアンプ６６ａ，６６ｂ，６６ｃによって置き換えられ、各々が異なるゲインを有する。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、相互接続および制御信号に基づいて異なる幾つかの実施形態を示したものである。図６Ａおよび図６Ｂでは、アンプが連続して接続されており、一方、図６Ｃおよび図６Ｄでは、各アンプ入力が、受信コイル１８の出力によって駆動される。各アンプ６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、増幅されたＲＦ入力を、対応するＡ−Ｄ変換器７０ａ，７０ｂ，７０ｃに提供して、各々が異なるゲインを持つ３つの異なるデジタル化された出力を生じさせる。大きな振幅の受信コイル１８からのＲＦ入力に関し、より高いゲインアンプが、デジタル化された出力を切り取る（クリップする）ことができることは評価されるであろう。図６Ａおよび図６Ｃでは、閾値プロセッサ１０６は、オーバーフローなしに最高高さの信号レベルをデジタル化するＡ−Ｄ変換器の出力が、マルチプレクサ(multiplexor)１０８によってデジタルレシーバ７２に転送されるように、各Ａ−Ｄ変換器のオーバーフロービットの状態に基づいて、マルチプレクサ１０８に選択信号を提供する。図６Ｂおよび図６Ｄでは、閾値プロセッサ１０６´が、相対的なスケールファクタ（Ａ_scale）９８に基づいて閾値を求めて、相対的なスケールファクタ（Ａ_scale）９８の振幅に基づいてデジタル化された出力の一つを選択するマルチプレクサ１０８に入力される選択信号を提供する。

例えば、アンプ６６ａ，６６ｂおよび６６ｃの全てが正のゲインをもち、かつ、Ａ−Ｄ変換器７０ｃが、入力信号の変換器への過負荷を示すオーバーフロー信号を生じると、そのとき、閾値プロセッサ１０６が、チャネル６６ｂ、７０ｂのような比較的低いゲインチャネルをデジタルレシーバ７２に対する入力として選択する選択信号を生成する。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄの受信回路では、減衰器６８を省略することが好ましい。なお、３個のアンプ６６ａ，６６ｂおよび６６ｃは、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄに示される実施形態の各々に示されているけれども、２個のアンプまたは３個よりも多いアンプが、増幅を、選択された増幅チャネル用のＡ−Ｄ変換器のダイナミックレンジと適当に一致させるために用いることができることは十分理解されるであろう。

リファレンスパイロットトーンに基づくリアルタイム制御はまた、ＲＦレシーバ３６の自動ゲイン安定化を提供するために用いることもできる。レシーバのゲインは、例えば温度変化または他の環境条件に起因する磁気共鳴データの取得中に時間と共にドリフトするかもしれない。受信コイル１８は、そのような変化する条件に対して、受信回路の典型的に最も感度のよいコンポーネントである。自動ゲイン安定化を適用する場合には、受信コイル１８の周波数特性ｙ（ω）は、Ｑ−曲線（Q-curve）のようなパラメータ化された下記に示される解析関数の式によって表わされる。
式：ｙ（ω）＝√１／｛１＋［２Ｑ（ω−ω_０）／ω_０］^２｝ ・・・（１）
但し、Ｑはコイル１８の３ｄＢ帯域幅として定義され、すなわち、Ｑ＝ω_０／ω_3dBである。方程式（１）の単一パラメータＱ−曲線モデルに関し、単一のリファレンスパイロット周波数トーンは、Ｑパラメータの挙動の決定、それゆえ、磁気共鳴信号周波数帯域のための応答変化の決定には十分である。

周波数特性モデルが、より複雑であり、かつ一つよりも多いパラメータを含んでいるならば、そのとき、応答挙動は、複数のモデルパラメータのダイナミック挙動を決定するため、一よりも多い周波数で決定されるべきである。このことは、個々のトーンが磁気共鳴信号通過帯域でオーバーラップしない分離した周波数をもつところのマルチトーンリファレンスパイロットトーン信号を生成することによって行うことができる。最もよい性能は、パイロットトーンを、２つのフィルタ遷移帯域、すなわち通過帯域の上方と下方にわたって分布するときに適系的に得られる。通過帯域上方の遷移帯域と、通過帯域下方の遷移帯域との間にある周波数は、一定である必要はない。モニターされたパイロットトーンは、せいぜい小さな磁気共鳴信号コンポーネントを含む離散型フーリエ変換８４の周波数範囲に配置されることが好ましい。このことは、位相コード化勾配(phase encoding gradient)なしに、高速準備取得（fast preparation acqusition）を行い、この取得をフーリエ変換し、そして、遷移帯域周波数範囲と、十分な間隔および制限された磁気共鳴信号レベルとを同定することにより達成することができる。随意的に、通過帯域内にあるが、実質的な磁気共鳴信号を含まない周波数範囲を用いることができる。

受信コイル１８の不安定さの一因となる環境変化は、典型的には時間内にすばやく変化しない。したがって、自動ゲイン安定化は、リアルタイムほどではない何かで随意的に行なわれる。例えば、コイル感度変化は、磁気共鳴信号取得間で測定することができ、この場合には、マルチトーンのリファレンスパイロット信号は、磁気共鳴信号の周波数におくことができる。このアプローチは、磁気共鳴信号帯域での変化の直接測定を有利に許容する。実際、広帯域のマルチトーンリファレンスがこの方法で使用されるならば、周波数特性ｙ（ω）は、方程式（１）のＱ−曲線モデルのようなパラメータ化された解析関数に直接的に関係することなく測定することができる。

図７を参照すると、リファレンスパイロットトーン方法論の無線受信コイルへの適用が記載されている。図７は、無線接続が受信コイル１８とＲＦレシーバ３６の間に設けられていること以外は、図２と同様な受信回路を示す。受信コイル１８は、ＲＦ信号を、自由継続クロック１１２によって付与される中間周波数（ＩＦ）リファレンス信号と混合することによって、未使用の周波数帯域にＲＦ信号をシフトさせるヘテロダインミキサ１１０に連結される。無線トランスミッタ１１４は、ヘテロダイン化されたＲＦ信号を伝送する。前記レシーバ３６と電気的に接続された無線レシーバ１２０は、ヘテロダイン化されたＲＦ信号を受信および復調して、ヘテロダイン化されたＲＦ信号を、自由継続のコイル側のクロック１１２と同じ周波数である必要はない周波数をもつ第２のクロック１２２によって付与されるリファレンス信号と混合することによって、元のＲＦ信号を回復する。レシーバ３６が無線トランスミッタ１１４によって使用される周波数帯域で受信信号に変えられるところの一の実施形態では、無線レシーバ１２０が、受信した信号を、復調を行なうことなしに、ＲＦレシーバ３６に直接的に移動させる。

図７に関して記載されている無線コイル接続は、Leusslerの米国特許第5,245,288号公報に記載されている無線コイル接続に対し、ある面で同様である。しかしながら、図７に示される無線コイル接続は、少なくとも、ＲＦアンテナ６２によるリファレンスパイロットトーン出力が、クロック１１２、１２２の非同期化の補正を提供する点で、米国特許第5,245,288号公報に記載されているものとは異なる。そのような補正なしでは、クロック１１２、１２２によって生成されるリファレンス信号間での位相差に起因する無線コイル接続における問題が生じる可能性があり、再構成された画像にゴーストが発生する結果となる。図５および図７に示すように、自由継続のクロック１１２、１２２に起因する位相誤差は、回復されデジタル化されたリファレンスパイロットトーン８０の位相（φ）９２を、パイロットトーン発生器６０によって生成されたパイロットトーンの演繹的に知られている位相と比較することによって再構成プロセッサ４４で適当に決定される。決定された位相差は、得られた周波数プロフィールを位相補正するため、再構成プロセッサ４４によって使用することができる。

ラジアルやＥＰＩのようないくつかの磁気共鳴（MR）適用は、一定ではない読み出し勾配を使用する磁気共鳴信号を取得する。通常は、取得されたサンプルは、ある種のグリッディングアルゴリズム（gridding algorithm）で処理されて、必要とされる画像を得るために使用ための高速フーリエ変換を許容するデカルト的ｋ−スペースマトリクスを得る。そのような適用に関し、パイロットトーン発生器は、回復されたパイロットトーン信号が依然として容易に検出することができるように変調された振幅、位相または周波数であることが好ましい。

本発明の別の実施形態では、別個のデジタルレシーバは、パイロットトーンを回復するために用いられる。この実施形態は、パイロットトーンが、磁気共鳴信号を受信するデジタルレシーバの分解した帯域幅内にないときに特に有益である。これは、たぶん、磁気共鳴信号とパイロットトーンの混変調ひずみのような強い相互作用が予想されるような場合に使用されるであろう。

リファレンスパイロットトーンまたはトーンの記述された適用は、典型的なもののみを示している。当業者は、これらの典型的な実施形態や、回復されたパイロットトーンまたはトーンに基づく受信回路における種々の他の不完全性を補正するためのひずみ補正方法論に基づく、基礎をなすリファレンスパイロットトーンを容易に適合するように構成することができる。パイロットフィールド、および、そのパイロットフィールドと前記レシーバの受信コイルとの間の理想転送関数が、既知または一定のままであるという条件で、受信回路における実質的にいずれのタイプの不完全性は、回復されたリファレンスパイロットトーンと、それから構築された適当な補正を用いて定量的に解析することができる。

本発明は、好適な実施形態を参照しながら説明してきた。明らかに、前述の詳細な説明を読んで理解される他のことを踏まえれば、修正や変更が生じるであろう。この発明は、クレームまたはその均等物の範囲内の程度において、すべてのそのような修正や変更を含むものとして解釈されることを意図する。

図１は、RFレシーバにおける不完全度によって取り込まれる信号ひずみを定量的に測定するためリファレンスパイロットトーンを使用する磁気共鳴画像システムを概略図である。 図２は、磁気共鳴画像システムの典型的な受信回路を示す概略図である。 図３は、磁気共鳴画像受信回路の使用に適した典型的なバイリニアアンプのV_o/V_i特性曲線を示す図である。 図４は、磁気共鳴信号とリファレンスパイロットトーンを含むデジタル化されたRF信号のフーリエ変換されたプロファイルを、レシーバフィルタ関数や、重ね合わされた離散型フーリエ変換の（bin）範囲とともに示す図である。 図５は、図１の再構成プロセッサに、デジタル化されたリファレンスパイロットトーンを回復するためと、回復されたデジタル化されたパイロットトーンに基づくフーリエ変換された磁気共鳴信号を補正するためのコンポーネントを含める図である。 自動ゲイン制御が、異なるゲインをもつ複数のアンプの中からの選択によって得られるところの、磁気共鳴受信回路用に好適な可変ゲインアンプの幾つかの実施形態を示す概略図である。 自動ゲイン制御が、異なるゲインをもつ複数のアンプの中からの選択によって得られるところの、磁気共鳴受信回路用に好適な可変ゲインアンプの幾つかの実施形態を示す概略図である。 自動ゲイン制御が、異なるゲインをもつ複数のアンプの中からの選択によって得られるところの、磁気共鳴受信回路用に好適な可変ゲインアンプの幾つかの実施形態を示す概略図である。 自動ゲイン制御が、異なるゲインをもつ複数のアンプの中からの選択によって得られるところの、磁気共鳴受信回路用に好適な可変ゲインアンプの幾つかの実施形態を示す概略図である。 図７は、無線受信が、リファレンスパイロットトーンを用いて無線発信と同期させるところの、無線受信コイルを使用する磁気共鳴システムの典型的な受信回路を示す概略図である。

Claims (18)

1. 磁気共鳴信号を励磁しかつ空間的にコード化するための磁気共鳴スキャナと、
   リファレンスRF信号を生成させるためのリファレンスRF信号発生手段と、
   励磁しかつ空間的にコード化した磁気共鳴信号とリファレンスRF信号とを含むRF信号を受信するための受信手段と、
   前記受信したリファレンスRF信号に従って前記空間的コード化磁気共鳴信号を補正するための補正手段と
   を有する磁気共鳴画像システム。
2. 前記磁気共鳴画像システムは、前記受信したRF信号上の信号処理を行なうための信号処理手段をさらに有し、
   該信号処理手段は、
   調整されたRF信号を生成するため、前記受信RF信号を調整するための信号調整手段と、
   前記調整されたRF信号をデジタル化されたRF信号に変換するためのデジタル化手段と、
   少なくとも、デジタル化されたRF信号の磁気共鳴信号コンポーネントを、再構成された画像に再構成するための再構成手段とを具え、
   前記補正手段は、前記デジタル化されたRF信号のリファレンスRF信号コンポーネントを回復するためのリファレンス信号回復手段、および、
   デジタル化されたRF信号のリファレンスRF信号コンポーネントと、リファレンスRF信号との比較に基づいて前記信号処理手段を制御するための制御手段を含む請求項１記載の磁気共鳴画像システム。
3. 前記信号調整手段が、前記受信RF信号を、選択可能な増幅ゲインで増幅するための増幅手段を有する請求項２記載の磁気共鳴画像システム。
4. 前記制御手段は、
   前記デジタル化されたRF信号のリファレンスRF信号コンポーネントの振幅と、前記リファレンスRF信号の振幅との比較に基づいて振幅制御パラメータを生成するための振幅比較手段と、
   前記振幅制御パラメータに基づいて前記増幅手段の選択可能な増幅ゲインを調整するための自動ゲイン制御手段とを有する請求項３記載の磁気共鳴画像システム。
5. 前記増幅手段は、複数個の定ゲインアンプを有し、前記自動ゲイン制御手段が、前記受信RF信号を増幅するための一以上の定ゲインアンプを選択する請求項４記載の磁気共鳴画像システム。
6. 前記自動ゲイン制御手段は、複数個の定ゲインアンプに対応し、それぞれがデジタル化された信号を出力する複数個のＡ−Ｄ変換器と、
   前記対応するＡ−Ｄ変換器が過負荷されないような最高出力デジタル化信号を選択する選択手段とを有する請求項５記載の磁気共鳴画像システム。
7. 前記増幅手段は、アンプと減衰器を有し、前記自動制御手段は、前記振幅制御パレメータに基づく選択可能な増幅ゲインをもたらすため、減衰器の減衰を調整する請求項４記載の磁気共鳴画像システム。
8. 前記制御手段は、前記デジタル化されたＲＦ信号のリファレンスＲＦ信号コンポーネントの位相と、前記リファレンスＲＦ信号の位相との比較に基づいて、位相シフトパラメータを生成するための位相比較手段を有する請求項２記載の磁気共鳴画像システム。
9. 前記制御手段は、前記位相シフトパラメータに基づいて信号調整手段によって導入される位相シフトを補正するための信号調整手段と交信する位相補正手段をさらに有する請求項８記載の磁気共鳴画像システム。
10. 前記受信手段は、前記信号処理手段から電気的に絶縁され、
    前記システムは、
    前記受信ＲＦ信号とトランスミッタリファレンス信号を混合することによって形成されるヘテロダイン化された信号を無線送信するための前記受信手段と交信する無線送信手段と、
    前記ヘテロダイン化された信号を無線受信しかつ前記受信ＲＦ信号を回復するための前記信号処理手段と交信する無線受信手段と、
    前記位相シフトパラメータに基づいて、前記レシーバリファレンス信号およびトランスミッタリファレンス信号の間での同期差を補正するための補正手段と
    をさらに有する請求項８記載の磁気共鳴画像システム。
11. 前記再構成手段は、周波数スペクトルを生成するため、前記デジタル化されたＲＦ信号を変換するためのフーリエ変換手段を有し、前記リファレンス信号回復手段は、前記リファレンスＲＦ信号の周波数に対応する周波数スペクトルの選択された周波数コンポーネントを読みとるための手段を有する請求項２記載の磁気共鳴画像システム。
12. 前記制御手段は、
    前記周波数スペクトルのリファレンスＲＦ信号コンポーネントの振幅を、前記リファレンスＲＦ信号の振幅との比較に基づいて、周波数スペクトルの磁気共鳴信号コンポーネントを振幅スケーリングするための振幅補正手段と、
    前記周波数スペクトルのリファレンスＲＦ信号コンポーネントの位相と、前記リファレンスＲＦ信号の位相との比較に基づいて、周波数スペクトルの磁気共鳴信号コンポーネントを位相シフトするための位相比較手段と
    の一つを有する請求項１１記載の磁気共鳴画像システム。
13. リファレンスＲＦ信号発生手段は、磁束プローブコイルと同調コイルからなる群から選択されたアンテナを有する請求項１記載の磁気共鳴画像システム。
14. 磁気共鳴信号を励磁しかつ空間的にコード化する工程と、
    リファレンスRF信号を生成させる工程と、
    励磁しかつ空間的にコード化した磁気共鳴信号とリファレンスRF信号とを含むRF信号を受信する工程と、
    前記受信したリファレンスRF信号に従って前記磁気共鳴信号を補正する工程と
    を有する磁気共鳴画像方法。
15. 前記磁気共鳴画像方法は、
    調整されたRF信号を生成するため、前記受信RF信号を調整する工程と、
    前記調整されたRF信号を、デジタル化されたRF信号に変換する工程と、
    少なくとも、デジタル化されたRF信号の磁気共鳴信号コンポーネントを、再構成された画像に再構成する工程と
    をさらに有し、前記共鳴信号補正工程は、
    前記デジタル化されたRF信号のリファレンスRF信号コンポーネントを回復する工程と、
    デジタル化されたRF信号のリファレンスRF信号コンポーネントと、リファレンスRF信号との比較に基づいて、前記調整工程、前記変換工程および前記再構成工程の少なくとも一つの工程を制御する工程と
    を有する請求項１４記載の磁気共鳴画像方法。
16. 前記再構成工程は、周波数範囲内に記憶された特定範囲の周波数コンポーネントを生成するため、デジタル化されたＲＦ信号をグリッディングとフーリエ変換する工程を有し、
    前記リファレンスＲＦ信号発生工程は、変調されたリファレンスＲＦ信号を発生させる工程を有し、
    前記デジタル化されたＲＦ信号のリファレンスＲＦ信号コンポーネントは、前記周波数範囲の一つに各々が対応する単一トーンまたはマルチトーンのリファレンス周波数信号を有する請求項１５記載の磁気共鳴画像方法。
17. 前記受信ＲＦ信号調整工程は、バイリニアアンプを用いて前記変換工程の前に前記受信したＲＦ信号を増幅する工程を有する請求項１５記載の磁気共鳴画像方法。
18. 前記磁気共鳴画像方法は、
    前記受信したＲＦ信号を無線送信する工程と、
    前記デジタル化したＲＦ信号のリファレンスＲＦ信号コンポーネントと、リファレンスＲＦ信号との間の位相シフトに基づいて、前記無線送信したＲＦ信号の無線受信を、前記無線送信と同期させる工程と
    をさらに有する請求項１４記載の磁気共鳴画像方法。

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