JPH1147111A - 磁気共鳴断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きなＮＭＲ信号におけるＳ／Ｎ値の劣下を
抑え、十分なＳ／Ｎ値を確保できる受信手段を得る。 【解決手段】 ＲＦコイルで受信されたＮＭＲ信号２１
は、アッテネータ２２、アンプ２４を至て周波数変換器
２７に入力される。周波数変換器２７は、アンプ２４よ
りのＮＭＲ信号と局発クロック２５より発生され、アン
プ２６で増幅された局発参照信号とをミキシングするこ
とにより、オーディオ帯域の周波数に変換し、アンチエ
イリアジングフィルタ２８、可変ゲインバッファアンプ
３０を通し、Ａ／Ｄ変換器１１に送り、サンプリングお
よびデジタルデータに変換される。アッテネータ２２の
アッテネーション値、バッファアンプ３０のゲイン値
は、大きなＮＭＲ信号のゲインを下げ、且つ、受信系の
内在ノイズ量を下げ、入力のＳ／Ｎ値の劣化が最小とな
って出力されるように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴（Nucl
ear Magnetic Resonance：略称ＮＭＲ）現象を利用して
被検体の断層撮影を行う装置に係り、特に、被検体への
ＲＦ（Radio Frequency)パルスの照射に伴って被検体か
ら検出されるＮＭＲ信号を受信処理するための技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＮＭＲ現象を利用してイメージン
グを行う磁気共鳴断層撮影装置（以下ＭＲＩ装置とい
う）は、医療の形態診断の分野において広く使用されて
いる。周知のように、磁気共鳴断層撮影装置は、撮影領
域空間に均一な静磁場を発生させるとともに、この静磁
場空間に直交３次元方向に磁場強度がそれぞれ変化する
３つの傾斜磁場を所定のタイミングで重畳させて、核ス
ピン励起用のＲＦパルスを被検体に送信し、これによっ
て被検体から戻ってくる１個または複数個のＮＭＲ信号
を受信している。このように所定個数のＮＭＲ信号を得
るために、傾斜磁場やＲＦパルスを所定のタイミングで
加えるシーケンスをパルスシーケンスと呼ぶ。一回の断
層撮影を行うために、前記のパルスシーケンスがサイク
リックに繰り返されて多数のＮＭＲ信号が連続的に検出
される。検出されたＮＭＲ信号は、逐次ディジタル化さ
れ、さらにフーリエ変換等のデータ処理が施されて被検
体の断層像が再構成される。

【０００３】そして、磁気共鳴断層撮影装置では、フー
リエ変換等のデータ処理を行う前のＮＭＲ信号に、雑音
除去用のフィルタ処理（例えばＦＩＲフィルタ処理＝有
限長インパルス応答型フィルタ処理）や、これに加えて
の特定の信号成分に対する強調処理などの信号処理を施
すことがある。この信号処理により、例えば、最終的に
得られる画像の調子を患部の状況や診断の目的により合
致したものにすることができる。

【０００４】ＭＲＩ装置では、ＮＭＲ信号の受信系は、
図３のように構成されている。受信コイル（ＲＦコイ
ル）３１によって受信されたＮＭＲ信号は共鳴周波数ｆ
ｒとなっているが、これがプリアンプ３２を経て周波数
変換器３３で周波数ｆ１の信号とミキシングすることに
より周波数ｆ０（＝ｆｒ−ｆ１）のオーディオ帯域の周
波数に変換し、アンチエイリアジングフィルタ３４、な
らびに、バッファアンプ３５を通し、Ａ／Ｄ変換器３６
に送り、サンプリングおよびデジタルデータへの変換を
行った後、デジタル信号処理装置３７に送ってフーリエ
変換等の処理を行う。なお、図３では１回のダウンコン
バージョンでＮＭＲ信号をオーディオ帯域の周波数に変
換しているが、通常は周波数変換器を２段設け２回のダ
ウンコーバージョン、所謂ダブルスーパーヘテロダイン
方式で高周波のＮＭＲ信号をオーディオ帯域の周波数に
変換している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気共鳴断層撮影装置では、ＮＭＲ信号の受信手段にお
いて、Ａ／Ｄ変換器に至るＮＭＲ信号のアナログ信号処
理における増幅度（ゲイン）の設定は、初段の高周波
段、すなわち、ＲＦコイル３１に接続する可変ゲインの
プリアンプ３２、または、ＲＦコイル３１とプリアンプ
３２の間に介在させたアッテネータにより行っていた。
そして、Ａ／Ｄ変換器３６の直前のオーディオ帯のバッ
ファアンプ３５は、固定ゲインであった。この場合、Ｒ
Ｆコイル３１で検出されたＮＭＲ信号が、受信手段系全
体に対して適切な振幅であれば問題ない。

【０００６】しかしながら、非常に大きな信号が入力さ
れた場合と、非常に小さな信号が入力された場合を比較
すると、大きな信号の場合には、初段のアッテネータで
大きな減衰がかけられ、ＲＦコイル系からノイズ成分も
大巾に減るが、小さな信号の場合には、アッテネータ
は、小さな減衰となり、ＲＦコイル系からのノイズ成分
はあまり減らない。そして、受信ＮＭＲ信号の大きさに
比例して、ある信号レベルまでは、受信手段系のＳ／Ｎ
は上がるが、ある値を境として、Ｓ／Ｎ値を決定するノ
イズ成分が、ＲＦコイル系以外の受信系内部のノイズ成
分が支配的となり、Ｓ値とＮ値が同様に上がって、Ｓ／
Ｎ値が上昇しなくなるという問題がある。

【０００７】本発明、上記問題点に鑑み、入力される共
鳴信号（ＮＭＲ信号）の大きさが大きくなっても、十分
Ｓ／Ｎ値を確保することができる磁気共鳴断層撮影装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願発明の磁気共鳴断層撮影装置においては、受
信手段におけるオーディオ帯域の周波数に変換されたＮ
ＭＲ信号を増幅するＡ／Ｄ変換器前段の増幅器を可変ゲ
イン増幅器としたことが特徴となっている。

【０００９】したがって、本願発明の磁気共鳴断層撮影
装置では、受信ＮＭＲ信号がＡ／Ｄ変換器に至るまでに
２段のアッテネーションを受けることになる。すなわ
ち、第１段はＲＦコイルに接続する高周波段の可変ゲイ
ンのプリアンプによるアッテネーションであり、第２段
は周波数変換後のＡ／Ｄ変換器の前段の可変ゲイン増幅
器によるアッテネーションである。なお、アッテネーシ
ョンは増幅器のゲインを変える他、増幅器のゲインは固
定とし、増幅器の前段にアッテネータを設けることで固
定ゲイン増幅器に入力する信号をアッテネーションする
ようにしてもよく、特許請求の範囲の請求項における
「可変ゲイン増幅器」には、上記の両者（前者の可変ゲ
イン増幅器と、後者のアッテネータと固定ゲイン増幅器
との組み合せ）を包含するものである。

【００１０】［作用］この発明の作用は次のとおりであ
る。まず、静磁場発生手段により撮影領域空間内に静磁
場が作られる。そして、傾斜磁場発生手段により、所定
のタイミングで傾斜磁場が前記静磁場空間に重畳される
とともに、送信・受信手段により、撮影領域空間に配置
された被検体へ核スピン励起用のＲＦパルスが送信され
る。これに基づき被検体から戻ってきたＮＭＲ信号が送
信・受信手段により検出される。このＮＭＲ信号は、Ａ
／Ｄ変換手段によりディジタル化された後、信号処理部
に与えられる。そして、この信号処理部によりディジタ
ルＮＭＲ信号に対して信号処理が行われた後、信号処理
部から信号処理済みのＮＭＲ信号がデータ処理手段に送
り込まれる。磁気共鳴断層撮影装置のデータ処理手段
は、送り込まれたＮＭＲ信号に基づいてフーリエ変換等
のデータ処理を行い、前記信号処理に応じた各画像を再
構成することになる。

【００１１】このような一連の処理の中で、共鳴信号
（ＮＭＲ信号）の受信系においては、受信ゲインの調整
を各撮像に先立って行う。この調整の最初は、Ａ／Ｄ変
換器前段に介在する後段のバッファアンプのゲインをデ
フェルト値で固定して、ＲＦコイルに接続する初段の増
幅器（プリアンプ）のゲイン、またはアッテネータのア
ッテネータ値を可変して入力共鳴信号のレベルを適切な
値へもっていく。そして、ある適当なアッテネーション
値を境に、それ以上にアッテネーションが必要な場合に
は、Ａ／Ｄ変換器に接続する後段のバッファアンプのゲ
インを下げて再度、初段の増幅器のゲイン、または、ア
ッテネータのアッテネーション値を可変して入力信号を
適正レベルにする。

【００１２】このように、ＲＦコイルに接続する増幅器
（プリアンプ）のゲイン、または、アッテネータと、Ａ
／Ｄ変換器に接続する増幅器のゲイン、または、アッテ
ネータの調整により、入力共鳴信号が大きい場合と小さ
い場合とで受信系全体でのノイズ成分における、コイル
系からのノイズとコイル系以外の内在ノイズとの比がほ
ぼ一定となり、また、入力信号の大小で、どちらかのノ
イズ成分に支配的になるということはなくなり、Ｓ／Ｎ
値も入力信号値によってあるレベルから飽和することも
なくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気共鳴断層撮影
装置の一実施例を図面を参照しながら説明する。図１は
実施例にかかる磁気共鳴断層撮影装置の全体の構成を示
すブロック図である。実施例装置は、ガントリ部１の内
部空間に均一な静磁場を発生するための主マグネット２
と、この静磁場に重畳するよう傾斜磁場を印加する３つ
の傾斜磁場コイル３（３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ）とが備えられ
ている。傾斜磁場コイル（GradientField Coil) ３は、
主マグネット２による均一な静磁場Ｈo に直交する３次
元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に磁場強度がそれぞれ変化する３
つの傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのパルス（読み出し用傾
斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場、スライス部位選択
用傾斜磁場）を重畳する３組の傾斜磁場コイル３Ｘ，３
Ｙ，３Ｚから構成されている。この静磁場および傾斜磁
場が加えられるガントリ部１の内部空間（撮影領域空
間）における撮影中心には被検体の撮影部位が配置され
るとともに、その被検体の近傍に核スピン励起用のＲＦ
コイル（Radio Frequency Coil）４が配備される。

【００１４】傾斜磁場コイル３には、傾斜磁場電源５が
接続されていて、各傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚの発生に
必要な電力が供給される。この傾斜磁場電源５には、波
形発生器６からの波形信号が入力されて傾斜磁場Ｇｘ，
Ｇｙ，Ｇｚの各傾斜磁場波形が制御される。主マグネッ
ト２はこの発明における静磁場発生手段に相当し、傾斜
磁場コイル３、傾斜磁場電源５および波形発生器６は、
この発明における傾斜磁場発生手段に相当する。ＲＦコ
イル４には、ＲＦパワーアンプ７を介してＲＦパルスが
供給され、このＲＦコイル４から被検体へＲＦパルスの
送信が行われる。このＲＦパルスは、ＲＦ信号発生器８
より発生させられたＲＦ帯域発振信号を、ＡＭ（振幅）
変調器９で波形発生器６から送られてきた波形に応じて
ＡＭ変調したものである。ＲＦパワーアンプ７、ＲＦ信
号発生器８、ＡＭ（振幅）変調器９などは、この発明に
おける送信・受信手段に相当する。

【００１５】被検体で発生したＮＭＲ信号は、ＲＦコイ
ル４により受信検出された後、プリアンプ１０を経てＡ
／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）１１に送られる。このＡ
／Ｄ変換器１１にはサンプリングパルス発生器１２から
サンプリングパルスが入力されており、このサンプリン
グパルスに同期するタイミングでアナログのＮＭＲ信号
がディジタル化されて次の信号処理部１３へ送り込まれ
る。ディジタルＮＭＲ信号は、信号処理部１３で所定の
信号処理が施されたあと、さらにホストコンピュータ１
４ヘ取り込まれる。

【００１６】ホストコンピュータ（データ処理手段）１
４は、取り込まれたデータを処理して画像を再構成して
断層像を出力表示器１５へ表示するとともに、シーケン
サ１６を介してシーケンス全体のタイミングを定めた
り、信号処理部１３の動作をコントロールしたりする。
ホストコンピュータ１４では、３次元フーリエ変換等の
データ処理により、３次元の画像が再構成される。ホス
トコンピュータ１４は、例えば、ＲＦパルス用としての
ＲＦ帯域発振信号の発生タイミングや発振周波数を定め
たり、Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚの各傾斜磁場の波形、強度等を
制御したりする他、ＲＦパルスのエンベロープを定めた
りする。したがって、このホストコンピュータ１４は、
データ処理手段としての役割の他に、傾斜磁場発生手段
や送信・受信手段としての役割も一部担っているもので
ある。なお、操作部１７は、オペレータが装置稼働に必
要な種々のデータの入力や、条件設定のための操作を行
うためのものである。

【００１７】続いて、本発明の磁気共鳴断層撮影装置が
特徴とする受信手段について、図面を参照しながら、よ
り具体的に説明する。図２は、受信手段の構成を示すブ
ロック図である。ＲＦコイルより受信系に入力された共
鳴信号（ＮＭＲ信号またはＦＩＤ信号）２１は、まず、
初段のアッテネータ２２によりアッテネーション制御信
号２３により設定された値で適当に減衰され、次段のア
ンプ２４にて増幅される。そして、その後、周波数変換
器２７にて、局発クロック２５より発生されてアンプ２
６で増幅された局発参照信号ｆ１とミキシングされ、オ
ーディオ帯域の周波数ｆ０となってアンチエイリアジン
グフィルタ２８に入力されフィルタ処理された後に、可
変ゲインバッファアンプ３０にて、ゲイン制御信号２９
にて設定されるゲイン値で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１
に送られ、デジタルデータとなって出力される。

【００１８】受信系路の入力信号レベルに対する各段階
でのＳ／Ｎ値の変化を図４、図５、図６に示す。図４は
中程度の信号レベルの場合であり、入力のＳ／Ｎ値が３
の場合、出力としては、３より少し小さい値となる。こ
れは、受信系の内在ノイズ（ノイズＢ）がノイズ成分と
して加わるためＳ／Ｎ値が劣化することによる。図５は
小さい信号レベルの場合であり、入力のＳ／Ｎ値が２の
場合、出力としては２より少し小さい値となる。これ
は、中程度の信号レベルの場合と同様に受信系の内在ノ
イズ（ノイズＢ）がノイズ成分として加わるためであ
る。

【００１９】図６は大きな信号レベルの場合であり、入
力のＳ／Ｎ値が４あったものが出力では２程まで劣化す
る。これはもともとのノイズ成分Ａが小さくなって、初
段アッテネータ、周波数変換器段でＳ／Ｎ値の劣化がな
くても受信系の内在ノイズＢの重畳により、全体のノイ
ズが上がってしまうためである。そこで、大きな信号の
場合にはゲインを下げて、内在ノイズＢの量を下げて、
入力のＳ／Ｎ値の劣化が最小となって出力されるよう
に、ＮＭＲ信号が入力される増幅器（プリアンプ）の前
段のアッテネータ２２と、Ａ／Ｄ変換器１１の前段のバ
ッファアンプ３０のゲインを可変して調整する。これに
より、受信ＮＭＲ信号が大きくなってもＳ／Ｎ値の劣化
を抑えて、十分なＳ／Ｎ値を確保することが可能とな
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明の磁気共鳴断層撮影装置によれ
ば、入力共鳴信号（ＮＭＲ信号）の大きい高Ｓ／Ｎ比の
入力信号の場合でも、受信手段系内でのＳ／Ｎ値の劣化
を最小に抑えることが可能となり、十分なＳ／Ｎ値が確
保できるので、良好な診断画像データを入力信号のレベ
ルによらず得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。

【図２】受信手段の構成を示すブロック図である。

【図３】従来例にかかる受信手段の構成を示すブロック
図である。

【図４】中程度の入力信号レベルの受信系各段における
Ｓ／Ｎ値の変化を示す図である。

【図５】小さい入力信号レベルの受信系各段におけるＳ
／Ｎ値の変化を示す図である。

【図６】大きい入力信号レベルの受信系各段におけるＳ
／Ｎ値の変化を示す図である。

【符号の説明】

２…主マグネット ３…傾斜磁場
コイル ４…ＲＦコイル ５…傾斜磁場
電源 ８…ＲＦ信号発生器 １１…Ａ／Ｄ
変換器 １３…信号処理部 １４…ホス
トコンピュータ ２１…入力共鳴信号（ＮＭＲ信号） ２２…アッ
テネータ ２４…アンプ（プリアンプ） ２７…周波
数変換器 ２８…アンチエイリアジングフィルタ ３０…可変
ゲインバッファアンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影領域空間に均一な静磁場を発生させ
   る静磁場発生手段と、前記静磁場空間で直交する３次元
   方向に磁場強度がそれぞれ変化する３つの傾斜磁場を発
   生させる傾斜磁場発生手段と、核スピン励起用のＲＦパ
   ルスの被検体への送信および被検体からのＮＭＲ信号の
   受信を行う送受信手段と、受信されたＮＭＲ信号をディ
   ジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、ディジタル化されたＮ
   ＭＲ信号に対して演算処理を行って被検体の断層像を再
   構成するデータ処理手段とを備えた磁気共鳴断層撮影装
   置において、前記ＮＭＲ信号の受信手段はＮＭＲ信号を
   増幅する第１の増幅器と、この第１の増幅器の出力信号
   をオーディオ帯域の周波数に変換する周波数変換器と、
   前記周波数変換器の出力を増幅する第２の増幅器とから
   なり、前記第１、第２の増幅器が可変ゲイン増幅器であ
   ることを特徴とする磁気共鳴断層撮影装置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２の増幅器のゲインが、受
   信ＮＭＲ信号の大きさに応じて切換えられるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴断層撮影装
   置。