特開 2023-181805 磁気共鳴撮像装置および信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181805

(43)【公開日】2023-12-25

(54)【発明の名称】磁気共鳴撮像装置および信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20231218BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 355

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095149

(22)【出願日】2022-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】320011683

【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】弁理士法人山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 孝樹

(72)【発明者】

【氏名】太田 敦士

(72)【発明者】

【氏名】中馬 崇

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AB04

4C096AD10

4C096BB32

4C096CD03

4C096CD10

4C096DA02

(57)【要約】

【課題】ＭＲＩ装置において、撮像時間や製造コストを増加させることなくＭＲ信号のダイナミックレンジを拡大する。
【解決手段】ＭＲＩ装置において、２系統の核磁気共鳴信号をダイレクトサンプリング方式でＡ／Ｄ変換する受信器２００を備える。受信器２００は核磁気共鳴信号を２系統ずつに分配する分配器２０１と、分配器から出力されるオーバーフロー信号を減衰させる減衰器２０２と、同一ゲインの信号どうしを切り替えて出力するスイッチ２０３を備える。２種類のゲインの信号を核磁気共鳴信号と同数のＡＤＣで各別にＡ／Ｄ変換し、減衰した信号のゲインを元に戻し、再合成するデジタル処理手段を備える。スイッチで切り替えて出力したゲインの異なる信号どうしを合成し、全サンプリング点に対してデジタルデータのビット数を増加させることでダイナミックレンジを拡大する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体に核磁気共鳴を生じさせる磁場発生部と、受信コイルを有し、前記被検体が発する核磁気共鳴信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した核磁気共鳴信号を用いて画像再構成を含む処理を行う演算部とを備え、
前記受信部は、前記核磁気共鳴信号を少なくとも２系統の信号に分配する分配器と、第１の系統の信号及び第２の系統の信号の少なくとも一方をゲイン調整するゲイン調整器と、前記ゲイン調整器により互いにゲインを異ならせた第１の系統の信号及び第２の系統の信号を、それぞれ、アナログ‐デジタル変換する第１のＡＤ変換器及び第２のＡＤ変換器と、前記ゲイン調整器によりゲイン調整されたデジタル化信号のゲインをもとのゲインに戻し、２系統のデジタル化信号を合成するデジタル処理部とを備え、
前記デジタル処理部は、前記第１のＡＤ変換器及び第２のＡＤ変換器への入力並びに前記第１のＡＤ変換及び第２のＡＤ変換器の出力を制御する制御部を備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記受信部に入力される核磁気共鳴信号は複数であって、
前記制御部は、核磁気共鳴信号毎に、前記第１のＡＤ変換器及び第２のＡＤ変換器への入力並びに前記第１のＡＤ変換及び第２のＡＤ変換器の出力が同一タイミングとなる制御を行うことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項3】

請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記第１の系統の信号は、直接前記第１のＡＤ変換器に入力され、前記第２の系統の信号は、前記ゲイン調整器によりゲイン調整後に前記第２のＡＤ変換器に入力されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項4】

請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記受信部は、複数の核磁気共鳴信号を受信するものであり、前記分配器として、前記複数の核磁気共鳴信号のそれぞれに対応する複数の分配器を有し、
各分配器の一方の出力と前記第１のＡＤ変換器との間、および各分配器の他方の出力と前記第２のＡＤ変換器との間に、スイッチを備え、前記スイッチを切り替えることにより、各核磁気共鳴信号について、第１の系統の信号どうし及び第２の系統の信号どうしをそれぞれ切り替えてアナログ－デジタル変換することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項5】

請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記複数の核磁気共鳴信号は、複素信号であることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項6】

請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記受信コイルは、複数の小型受信コイルを有する多チャンネル受信コイルであって、前記複数の核磁気共鳴信号は、前記複数の小型受信コイルがそれぞれ受信した核磁気共鳴信号であることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項7】

請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記ゲイン調整器は減衰器であることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項8】

請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記デジタル処理部は、さらに、前記ゲイン調整器のゲイン調整量を算出するゲイン算出部を備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項9】

請求項８に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記ゲイン算出部は、プリスキャン中または撮像中に取得した核磁気共鳴信号を用いてゲイン調整量を算出することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

【請求項10】

磁気共鳴撮像装置で計測した核磁気共鳴信号を処理する方法であって、
磁気共鳴信号を２系統に分配し、一方の系統はそのまま又はゲイン調整後にアナログ‐デジタル変換し、他方の系統は前記一方の系統と異なるゲインとなるようにゲイン調整後にアナログ‐デジタル変換し、もとのゲインに戻した後に、一方の系統のデジタル信号と他方の系統のデジタル信号とを合成するステップを含み、
一つの核磁気共鳴信号について、一方の系統のアナログ‐デジタル変換のタイミングと他方の系統のアナログ‐デジタル変換のタイミングとを同期させながら、処理の対象である核磁気共鳴信号の数に応じて切り替える制御を行うことを特徴とする信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広いダイナミックレンジを有するための磁気共鳴撮像装置および撮像方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）技術に関する進歩は目覚ましく、高画質化・高速化のための受信コイルの感度向上や、撮像シーケンスの多様化、深層学習などを利用した画像処理技術の導入が進んでいる。ＭＲＩの受信コイルで検出される磁気共鳴信号（ＭＲ信号、以下、エコー信号ともいう）は、適切な信号処理を施した後、Ａ／Ｄ（アナログ‐デジタル）変換され、画像処理を施される。

【0003】

ＭＲＩは、フーリエ空間における信号計測であるため、図３に示すようにＭＲ信号はフーリエ空間の中心部では信号強度が非常に大きいが、周囲（空間周波数の高い領域）では非常に小さいという特徴を有する。さらに、ＭＲ信号の形態はどのような撮像シーケンスでどのような画像を撮像するかという撮像法にもかかわり、ＭＲＩ装置ではダイナミックレンジが極めて大きくなることを考慮しなくてはならない。

【0004】

加えて近年では、静磁場強度の増加や3D撮像法の高ＳＮＲ（Signal-to- Noise-Ratio）化が進み、正確にデジタル化するためには高速かつ高分解能なＡ/Ｄ変換器（以下、ＡＤＣという）が必要となる。しかし、現在使用可能なＡＤＣは量子化分解能、サンプリング速度、変換器の価格の点で必ずしも満足できるものではない。

【0005】

これに対処するため、非特許文献１にはゲイン差を変えて２回データを取得する方式（Dual Scan法）が示され、ＭＲＩ撮像の技術分野で広く採用されている。

【0006】

また、特許文献１（図７）には、ＭＲ信号を第１振幅調整器により振幅調整した信号と、もとのＭＲ信号と振幅調整された信号との差分信号を第２振幅調整器により振幅調整した信号とを、それぞれＡ／Ｄ変換し、デジタル処理部で合成することにより疑似的にダイナミックレンジを拡大する手法が提案されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】R.Bein, J.Bishop, R.H. Henkelman. Dynamic Range Requirements for MRI. Conc. Magn. Reason. B26:28-35,2005

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５―２７０５８３号公報（実施形態：図７）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、非特許文献１に開示されたDual Scan法は、２回撮像するため装置の安定性上好ましいものではない。特にＭＲＩ撮像は、長時間に亘って撮像するため、１回目の撮像と２回目の撮像の条件が必ずしも一致するとは限らず、そのため信号合成は単純ではなく、画像にアーチファクトが出やすく、撮像時間が長くなるという欠点がある。

【0010】

また、特許文献１に開示された方式では、複数のチャンネルからの信号を処理する場合には、チャンネル数分のＡＤＣが必要であり、チャンネル数が増えるほど、多数のＡＤＣが必要となり、装置の複雑化、製造コストの増加を招くという欠点がある。

【0011】

本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたもので、装置の大型化や製造コストを特別に増加させることなく実現することができ、且つ、ＭＲ信号の全サンプリング点に対してダイナミックレンジを拡大することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述した目的を達成するために、本発明は、ＭＲ信号を２系統以上に分配し、一方をそのまま処理する第１のＡＤＣと、ゲイン調整して処理する第２のＡＤＣとを用意し、受信器に入力される複数のＭＲ信号について、第１のＡＤＣ及び第２のＡＤＣに入力されるタイミング及び、第１のＡＤＣからの出力と、第２のＡＤＣからの出力をゲイン調整した出力とを合成するタイミングを切り替える。これによりゲインの異なる２種のＡＤＣのみで、複数のＭＲ信号それぞれについて、仮想的にダイナミックレンジを広げてＡＤＣを行う。

【0013】

即ち本発明のＭＲＩ装置は、被検体に核磁気共鳴を生じさせる磁場発生部と、受信コイルを有し、被検体が発する核磁気共鳴信号を受信する受信部と、受信部が受信した核磁気共鳴信号を用いて画像再構成を含む処理を行う演算部とを備える。受信部は、核磁気共鳴信号を少なくとも２系統の信号に分配する分配器と、第１の系統の信号及び第２の系統の信号の少なくとも一方をゲイン調整するゲイン調整器と、前記ゲイン調整器により互いにゲインを異ならせた第１の系統の信号及び第２の系統の信号を、それぞれ、アナログ‐デジタル変換する第１のＡＤ変換器及び第２のＡＤ変換器と、前記ゲイン調整器によりゲイン調整されたデジタル化信号のゲインをもとのゲインに戻し、２系統のデジタル化信号を合成するデジタル処理部とを備える。デジタル処理部は、第１のＡＤ変換器及び第２のＡＤ変換器への入力並びに第１のＡＤ変換及び第２のＡＤ変換器の出力を制御する制御部を備えることを特徴とする。

【0014】

また本発明の信号処理方法は、ＭＲＩ装置で計測した核磁気共鳴信号を処理する方法であって、磁気共鳴信号を２系統に分配し、一方の系統はそのまま又はゲイン調整後にアナログ‐デジタル変換し、他方の系統は前記一方の系統と異なるゲインとなるようにゲイン調整後にアナログ‐デジタル変換し、もとのゲインに戻した後に、一方の系統のデジタル信号と他方の系統のデジタル信号とを合成するステップを含む。その際、一つの核磁気共鳴信号について、一方の系統のアナログ‐デジタル変換のタイミングと他方の系統のアナログ‐デジタル変換のタイミングとを同期させながら、処理の対象である核磁気共鳴信号の数に応じて切り替える制御を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、信号を２系統に分配し、それぞれ、異なるゲインの信号とし、同一ゲインの信号どうしを切り替えながら２系統のＡＤＣに出力し、切り替えて出力したゲインの異なる信号どうしを合成することにより、全サンプリング点に対してデジタルデータのビット数を増加させる。これにより、処理対象である信号の数が増加しても、それに伴う装置の大型化や製造コストの増加を不要とし、さらに、撮像時間を長化させずにダイナミックレンジを拡大させることができ、高精細な画像データを収集することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係るＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。

【図2】撮像パルスシーケンスの一例を示す図。

【図3】被検体が発生する典型的なエコー信号を説明する図。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る受信器の構成を示す図。

【図5】第１の実施形態の処理回路の機能ブロック図。

【図6】第１の実施形態に係るスイッチの動作を示すフローチャート。

【図7】第１の実施形態に係るＡＤＣ後のデータ処理を示すフローチャート。

【図8】第１の実施形態に係るビット数拡張によるダイナミックレンジの拡大を説明する図。

【図9】第１の実施形態の受信回路の変形例１を示す図。

【図10】変形例１のスイッチの動作を示すフローチャート。

【図11】第１の実施形態の受信回路の変形例２を示す図。

【図12】本発明の第２の実施形態に係る受信器の構成を示すブロック図。

【図13】第２の実施形態の処理回路の機能ブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0018】

＜第１の実施形態＞

【0019】

まず本発明が適用されるＭＲＩ装置の概要を説明する。

【0020】

図１に示すように、ＭＲＩ装置１００は、寝台１０６に搭載された被検体１０５の撮像部位が配置される撮像空間に静磁場を発生させる静磁場発生装置１０１と、撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル１０２と、被検体１０５に高周波磁場パルスを照射する送信コイル１０３と、被検体１０５からのＭＲ信号を受信する受信コイル１０４とを備える。

【0021】

ＭＲＩ装置１００は、さらに、傾斜磁場電源１０７、高周波発生器１０８、及び受信器２００の動作を所定のパルスシーケンスに従って制御するシーケンサ１１１、シーケンサ１１１を介した撮像の制御やＭＲ信号を用いた演算などを行う計算機３００、装置とユーザとのインターフェースとなる入力装置１１０、表示装置３０１、及び撮像に必要なデータや画像などを記憶する記憶装置１０９を備える。

【0022】

傾斜磁場コイル１０２は傾斜磁場電源１０７により駆動され、静磁場と直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の傾斜磁場が印加される。送信コイル１０３は、高周波発生器１０８から発生される高周波信号が供給されることで、高周波磁場パルスを被検体１０５に照射する。受信コイル１０４で受信したＭＲ信号は受信器２００に伝送される。受信器２００は、ＭＲ信号に対しＡＤ変換等の必要な信号処理を施し、計算機３００に渡す。

【0023】

シーケンサ１１１は入力装置１１０、及び計算機３００から与えられる一連のパルスシーケンス情報に従って、傾斜磁場電源１０７、高周波発生器１０８、及び受信器２００を動作させて、ＭＲ信号を収集する。パルスシーケンスには、撮像方法によって異なる種々のものがあり、予め記憶装置１０９に格納されている。

【0024】

ユーザは、入力装置１１０を介して、ＭＲＩ装置の制御情報や撮像に関するシーケンス情報を入力し、入力情報に基づき計算機３００とシーケンサ１１１を動作させて所望の画像を得ることができる。

【0025】

計算機３００は、メモリ及びＣＰＵやＧＰＵなどを備えた計算機で構成されており、受信器２００からデジタル信号を入力し、収集したデータに対して逆フーリエ変換を施して画像を再構成する。再構成された画像は記憶装置１０９に格納され、適宜表示装置３０１に表示される。

【0026】

このような構成のＭＲＩ装置による撮像は、例えば、撮像用パルスシーケンスが図２に示すようなスピンエコーシーケンス４００である場合、次のように行われる。シーケンサ１１１は、傾斜磁場コイル１０２からスライスエンコード傾斜磁場（Gz）４０２-１を印加しながら、送信コイル１０３から高周波磁場パルス（RF）４０１-１を送信して被検体１０５のスピンを励起する。次いで、位相エンコード傾斜磁場（Gy）４０３を印加した後、励起用の高周波磁場パルス（90°パルス）印加から所定時間（ＴＥ／２）経過後、スライスエンコード傾斜磁場４０２－２とともに磁化を反転する高周波磁場パルス（180°パルス）４０１－２を印加し、エコー時間（ＴＥ）でピークが最大となるエコー信号４０５を、読出し傾斜磁場（Gx）４０４を印加しながら受信コイル１０４により受信する。90°パルス印加からエコー信号受信までを、位相エンコード傾斜磁場の強度を変えながら所定の繰り返し時間ＴＲで繰り返し、画像再構成に必要な数のエコー信号を収集する。

【0027】

ここで、受信コイル１０４から出力される受信信号の波形は、一例を図３に示すように、その振幅（信号強度）は細かい増減はあるものの、最大ピークに向かって増加した後、減少する。最大ピークである位置の振幅と最小である位置の振幅とは大きく異なり、その比（ダイナミックレンジ）が大きいことがＭＲ信号の特徴である。

【0028】

受信器２００は、受信コイル１０４が受信したエコー信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、サンプリング時点の振幅（信号強度）をＡＤＣでデジタル信号に変換する。この際、ダイナミックレンジの大きいＭＲ信号を処理するためには、それに対応した高機能のＡＤＣが必要となるが、本実施形態のＭＲＩ装置は、一般的なダイナミックレンジのＡＤＣを切替制御することで、広いダイナミックレンジの信号の処理に対応する。

【0029】

以下、受信器２００の具体的な構成と動作について説明する。以下の説明では、説明を簡単にするために、２つの受信信号を処理する場合を説明する。２つの信号とは、例えば、受信コイルが２つの小型コイル（チャンネルという）で構成されている場合に、各チャンネルでそれぞれ受信した信号の場合や、受信コイルがＱＤ受信した複素信号であって、実部信号と虚部信号とを処理する場合を含む。

【0030】

本実施形態の受信器２００は、図４に示すように、入力される２つの信号（エコー信号１、エコー信号２）に対応して設けられる２つの分配器２０１-１、２０１－２と、分配器２０１―１、２０１－２のそれぞれ一方の出力に接続された減衰器２０２―１、２０２－２と、２つのＡＤＣ（第１ＡＤＣ２０４及び第２ＡＤＣ２０５）と、第１ＡＤＣ２０４及び第２ＡＤＣ２０５それぞれへの信号の入力を切り替えるスイッチ２０３－1、２０３－２と、デジタル処理回路（以下、単に処理回路という）２０６とを備える。

【0031】

なお分配器２０１―１、２０１－２、減衰器２０２―１、２０２－２は、２つの信号のいずれに対応するかを区別しないときには、分配器２０１、減衰器２０２と総称する。

【0032】

分配器２０１は、入力したエコー信号（エコー信号１、エコー信号２）をそれぞれ２系統に分配する。分配器２０１の一方の出力はそのままスイッチ２０３－1に入力され、他方の出力は減衰器２０２で減衰後にスイッチ２０３－２に入力される。そのままスイッチ２０３－１に入力される信号をスルー信号、減衰してスイッチに入力される信号を減衰信号と呼ぶ。またスイッチ２０３－１、２０３－２は、スルー信号及び減衰信号のいずれに対応するかを区別しないときは、スイッチ２０３と総称する。

【0033】

スイッチ２０３－１は、処理回路２０６からの制御信号（切替信号）により動作し、エコー信号１のスルー信号１とエコー信号２のスルー信号２とを切替えて第１ＡＤＣ２０４に入力する。同様に、スイッチ２０３－２は、エコー信号１の減衰信号１とエコー信号２の減衰信号２とを切り替えて、第２ＡＤＣ２０５に入力する。

【0034】

スイッチ２０３は、第１ＡＤＣ２０４、第２ＡＤＣ２０５のサンプリング速度に対して、過渡応答を加味した切替速度が速いもの、例えば、立ち上がりがサンプリング手記の半分程度のものを使用する。限定されるものではないが、一例として、サンプリング周波数１００ＭＨｚを使用した場合、サンプリング周期は１０ｎｓであるため、切替後信号の立上り時間はサンプリング周期の半分の５ｎｓ程度のものを使用することができる。これにより、後続の処理回路２０６で２系統のデータを合成する際に、それぞれの連続性を損なうことなく合成することができる。

【0035】

処理回路２０６は、ＡＤ変換後の減衰信号のダイナミックレンジをもとに戻した後に、ＡＤ変換後のスルー信号と合成し、仮想的にダイナミックレンジを拡大する処理を行うとともに、スイッチの切替を制御する制御信号（切替信号）を発生する制御部としも機能するデジタル処理部である。図４では、処理回路２０６がＦＰＧＡ（Field programable gate array）である場合を示しているが、処理回路２０６はＦＰＧＡに限定されず、それ以外のプログラマブルＩＣ、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）、計算機などで構成することもできる。

【0036】

処理回路２０６の機能を示すブロック図を図５に示す。図示するように、処理回路２０６は、デジタル増幅部２０６１、合成部２０６２、制御信号発生部２０６３を備える。デジタル増幅器２０６１は、デジタル減衰信号のダイナミックレンジを元のダイナミックレンジに拡張する。合成部２０６２は、ＡＤ変換後のスルー信号とダインアミックレンジ拡張後の減衰信号とを合成する。合成後の信号は、計算機３００に送られて画像再構成その他の演算に供せられる。制御信号発生部２０６３は、スイッチ２０３が第１ＡＤＣ２０４及び第２ＡＤＣ２０５の入力を切り替えるタイミングを決める切替信号を発生する。

【0037】

次に上記構成の受信器２００の動作を説明する。

【0038】

受信器２００に、２つの信号、即ちエコー信号１及びエコー信号２が入力されると、分配器２０１は各エコー信号を２系統の信号に分配する。分配器２０１―１の一方の出力であるエコー信号１のスルー信号１と、分配器２０１－２の一方の出力であるエコー信号２のスルー信号２は、ともにスイッチ２０３－1に入力され、スイッチ２０３－１で切り替えながら、第１ＡＤＣ２０４に入力される。また分配器２０１―１の他方の出力及び分配器２０１－２の他方の出力は、それぞれ、減衰器２０２－１、２０２－２で所定のゲインが調整され、ダイナミックレンジを下げた減衰信号１、減衰信号２となり、スイッチ２０３－２に入力され、スイッチ２０３－２で切り替えながら、第２ＡＤＣ２０５に入力される。

【0039】

スイッチ２０３－１、２０３－２からのスルー信号及び減衰信号の出力の切り替えは、処理回路（ＰＦＧＡ）２０６の制御信号発生部２０６３が発する切替信号によって制御される。例えば、図６に示すように、切替信号がＨのとき、スイッチ２０３－１はスルー信号１を第１ＡＤＣ２０４に入力し、スイッチ２０３－２は減衰信号１を第２ＡＤＣ２０５に入力する。また切替信号がＬのときに、スイッチ２０３－１はスルー信号２を第１ＡＤＣ２０４に入力し、スイッチ２０３－２は減衰信号２を第２ＡＤＣ２０５に入力する。

【0040】

第１ＡＤＣ２０４は、図４に示したように、スルー信号のスイッチ出力をＡ／Ｄ変換し、第２ＡＤＣ２０５は、減衰器２０２で減衰した減衰信号のスイッチ出力をＡ／Ｄ変換し、それぞれ、デジタルデータを処理回路２０６に出力する。これにより処理回路２０６には、エコー信号１の２系統のデジタル信号及びエコー信号２の２系統のデジタル信号が、それぞれ同期して、且つ交互に入力される。

【0041】

処理回路２０６では、図７のフローチャートに示すように、スイッチへの切替信号として、例えばＨ（High）が出力されている場合（S11）、デジタル増幅器２０６１が第２ＡＤＣ２０５でＡ／Ｄ変換された減衰信号１に対して減衰量を調整して元のゲインに戻す（S12）。同じタイミングで合成部２０６２が処理回路２０６に入力されたスルー信号１と、減衰量を調整した減衰信号１とを合成する（S13）。

【0042】

スイッチへの切替信号として、例えばＬ（Low）が出力されている場合は（S11）、デジタル増幅器２０６１が第２ＡＤＣ２０５でＡ／Ｄ変換された減衰信号２に対して減衰量を調整して元のゲインに戻す（S14）。同じタイミングで合成部２０６２が処理回路２０６に入力されたスルー信号２と、減衰量を調整した減衰信号２とを合成する（S15）。受信器２００は、以上のようにしてデジタル化した信号を画像再構成する計算機３００へと転送する(S16)。

【0043】

デジタル信号処理におけるゲインの調整及び合成により、エコー信号１、エコー信号２のそれぞれが、ビット数を拡張したデジタル信号となる。ビット数の拡張について、図８を用いて説明する。

【0044】

図８において、信号Ａ、信号Ｂはそれぞれスルー信号及び減衰信号に対応する。前述したように受信器２００で計測されるエコー信号（ＭＲ信号）のダイナミックレンジは広いが、一つのＡＤＣのビット数に上限があるため、ダイナミックレンジが狭められ、そのまま（つまりスルー信号）では信号Ａのように、強度の高い部分が切り取られた（オーバーフローした）信号となる。一方、減衰信号では信号強度が減衰されているため、信号Ｂのように、ＡＤＣのビット数で処理可能な幅に圧縮されて、信号Ａでオーバーフローした部分を含む信号となる。但し、信号Ｂでは微細部分は平準化されている。

【0045】

これら信号Ａ、信号Ｂを同じ上限ビット数を持つＡＤＣでデジタル化すると、図８の右側に示すように、ダイナミックレンジの広い信号の微小部分（信号Ａ）はそのままビットが割り当てられ、オーバーフローした部分について減衰後の信号（信号Ｂ）にビットが割り当てられる。これらを合成した信号では、実質的にビット数が拡張されることになる。ビット数の拡張はダイナミックレンジの拡大となるので、信号Ａ及び信号Ｂの合成信号は、ダイナミックレンジが仮想的に拡張されたデジタル信号となる。

【0046】

拡張したダイナミックレンジＤＲは、用いるＡＤＣの上限ビットをＮ、サンプリング周波数をｆｓ[Ｈｚ]、バンド幅をＢＷ[Ｈｚ]とすると、次式で算出することができる。
（数１）
DR＝6.02N+1.76+10log₁₀(f_s/2BW)
例えば、N=14bit、fs=40MHz、BW=1kHzとした場合、上式よりDR=127.3dBとなる。そして、仮想的にN=20bitに拡張した場合、他条件を同等とするとDR=163.4dBとなり、36.1dBの拡大が可能であると計算される。

【0047】

このように処理回路２０６は、ＭＲ信号特有の広いダイナミックレンジを有する信号に対して、その微小信号の部分はスルー信号とし、オーバーフローした信号に対してはゲイン調整後の減衰信号のビットを割り当てることにより、全サンプリング点に対して高精度なＡ／Ｄ変換を可能とする。

【0048】

受信器２００は、以上のようにしてデジタル化した信号を画像再構成する計算機３００へと転送する。計算機３００における画像再構成等の処理は、従来のＭＲＩ装置と同様であり、ここでは説明を省略する。

【0049】

以上、説明したように、本実施形態によれば、通常のＡＤＣでは処理が困難なダイナミックレンジの広い信号であっても、微細変化を含む信号部分とオーバーフローする信号部分とを２系統に分けて処理することで、単体のＡＤＣでは制限されていたビット数の上限を高くし、ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。加えて、受信器２００が複数（図４では２つ）の入力エコー信号をそれぞれ２系統に分割してスイッチで切り替えながら、分割された信号の系統毎にＡ／Ｄ変換するため、従来のようにＡＤＣの個数を増やすことなく、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。

【0050】

＜第１の実施形態の変形例＞
第１の実施形態では、受信器２００に同時に入力するエコー信号が２つの場合を説明したが、受信器２００は、スイッチ２０３の切替速度とサンプリング速度を考慮することで、３以上の信号を処理することも可能である。なお３以上の信号の処理は、例えば、受信コイルが３以上の小型受信コイルで構成されるマルチアレイコイルの場合、或いは２以上の受信コイルの各複素信号を処理する場合などがある。

【0051】

図９に３つの信号を処理する場合の受信器２００の構成例（変形例１）を示す。図９において同じ機能を持つ回路は、代表する一つに符号を付し、これらを区別するときは末尾に「－1」を付す。図示するように、受信器２００は、処理する信号の数M（図ではM＝３）と同数の分配器を２０１備える。ＡＤＣへの入力を切り替えるスイッチとして、２段のスイッチ２０３１、２０３２（それぞれ２つ）を備える。１段目のスイッチ２０３１は、処理回路２０６から発せられる切替信号１により、２段目のスイッチ２０３２は切替信号２によって切り替えられる。

【0052】

分配器２０１は、第１の実施形態と同様に、入力した信号を処理する信号の数と同数に分配し、一つの出力をスルー信号とし、他の出力を減衰器２０２に送る。これによりエコー信号は、それぞれ、スルー信号と減衰信号となる。エコー信号１及びエコー信号２のスルー信号及び減衰信号は、第１の実施形態と同様に、それぞれ、1段目のスイッチ２０３１-１、２０３１－２に入力される。1段目のスイッチ２０３１-１、２０３１－２の出力は、２段目のスイッチ２０３２-１、２０３２－２に入力される。同時に２段目のスイッチ２０３２-１、２０３２－２には、エコー信号３のスルー信号及び減衰信号は、入力される。

【0053】

切替信号１，２は、例えば、図１０上側に示すようなタイミングで切り替わる。その結果、図１０下側に示すように、スイッチ２０３１、２０３２に入る切替信号１、２がいずれもＨのときは、エコー信号１のスルー信号及び減衰信号が同期して第１ＡＤＣ２０４及び第２ＡＤＣ２０５に入力し、切替信号１がＨでも切替信号２がＬの場合には、スイッチ２０３２を介して、エコー信号３のスルー信号及び減衰信号が同期して第１ＡＤＣ２０４及び第２ＡＤＣ２０５に入力する。切替信号１がＬの場合には切替信号２はＨとなっており、スイッチ２０３１、スイッチ３０３２を介して、エコー信号２のスルー信号及び減衰信号が同期して第１ＡＤＣ２０４及び第２ＡＤＣ２０５に入力する。

【0054】

この変形例では切替信号１、２の制御が第１の実施形態とは異なるが、信号数に応じて分配器を増設するだけで、第１の実施形態と同様に、ＡＤＣ処理を行うことができ、同様の効果を得ることができる。

【0055】

また信号数を３以上にする場合の別の変形例（変形例２）を図１１に示す。この変形例では、分配器２０１が分配する信号の数を増加し、一つの出力はスルー信号とし、他の２つの出力は、それぞれ２つの減衰器（減衰器a、減衰器ｂ）で減衰する構成としている。１つのスルー信号と２つの減衰器で減衰された減衰信号（減衰信号a、減衰信号b）に対応して３つのＡＤＣが設けられ、それぞれ前段に、２段のスイッチが配置される。

【0056】

１段目のスイッチ１（３つのスイッチ）には、それぞれ、エコー信号１及びエコー信号２のスルー信号、減衰信号a、減衰信号ｂが入力し、２段目のスイッチ２（３つのスイッチ）には、それぞれ、１段目のスイッチの各出力と、エコー信号３のスルー信号、減衰信号a、減衰信号ｂが入力する。

【0057】

この構成においても、変形例１と同様に、１段目のスイッチがＨ、２段目のスイッチがＨの場合には、エコー信号１から分配された３つの信号がそれぞれ３つのＡＤＣに入力され、デジタル化されて処理回路２０６に入力される。また１段目のスイッチがＬ、２段目のスイッチがＨの場合には、エコー信号２から分配された３つの信号がそれぞれ３つのＡＤＣに入力され、２段目のスイッチがＬの場合には、エコー信号３から分配された３つの信号がそれぞれ３つのＡＤＣに入力される。

【0058】

この変形例２では、減衰器を増設することで、もとの信号のダイナミックレンジに応じて、減衰の程度を異ならせた複数の減衰信号を得ることができ、ＡＤＣの個数を信号数に対して増加させることなく、さらにダイナミックレンジを拡大することができる。或いは第１の実施形態や変形例よりＡＤＣのビット数が少ない場合にも、第１の実施形態や変形例と同様に、ビット数の拡張を図ることができる。

【0059】

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、分配した信号の一方をスルー信号、他方を減衰信号としたが、本実施形態は、分配した信号を、それぞれゲイン調整器により適宜減衰量を調整することにより、ダイナミックレンジを最適化する。

【0060】

本実施形態においても、ＭＲＩ装置の全体構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に本実施形態を説明する。

【0061】

図１２に、第２の実施形態に係る受信器２００の構成例を示す。この構成例においても、２つのエコー信号が受信器２００に入力される場合を示すが、受信器２００に入力されるエコー信号は、２つに限定されない。

【0062】

図示するように、第２の実施形態の受信器２００は、入力した複数のエコー信号をそれぞれ２系統に分配する分配器２０１と、分配器２０１の各出力側に接続される第１ゲイン調整器２０７及び第２ゲイン調整器２０８を備える。また２つ第１ゲイン調整器２０７からの入力をスイッチ２０３により切り替えて入力する第１ＡＤＣ２０４、及び２つ第２ゲイン調整器２０８からの入力をスイッチ２０３により切り替えて入力する第２ＡＤＣ２０５を備えることは、第１の実施形態と同様であり、各スイッチ２０３を処理回路２０６からの切替信号で切り替えることも同様である。

【0063】

処理回路２０６は、図１３に示すように、２種の第１ゲイン調整器２０７、第２ゲイン調整器２０８に対応して、それらで調整されたゲインをもとに戻す２つのゲイン調整器２０６５（ゲイン調整器a、ゲイン調整器ｂ）が備えられるとともに、ゲイン調整器２０７、２０８及び２つのゲイン調整器２０６５のゲインを算出するゲイン算出部２０６４が備えられる。

【0064】

ゲイン算出部２０６４は、第１ゲイン調整器２０７及び第２ゲイン調整器２０８の調整値を、もとのＭＲ信号のダイナミックレンジに応じて、最適な調整値に調整する。もとのＭＲ信号のダイナミックレンジは、撮像条件や撮像対象によって異なるため、例えば被検体の画像を取得する本スキャン前のプリスキャンで得たＭＲ信号を用いて求めることができ、それをもとに調整値を算出する。一般にＭＲＩでは、本スキャンの前に画像処理や種々の条件などを決めるためにプリスキャンが実施されるので、ゲイン調整のために別途プリスキャンを行う必要はなく、用意されたプリスキャンの計測信号を利用することができるが、プリスキャンのデータを利用するのではなく、本スキャン中に得られた計測信号を用いて調整値の算出を実施してもよい。

【0065】

調整は、例えば、ダイナミックレンジが極めて大きい信号の場合には、第１ゲイン調整器２０７である程度ゲインを下げ、即ち所定の量、減衰させて、第２ゲイン調整器２０７でさらに大きい減衰量（信号全体をカバーする減衰量）で減衰させる、ように調整量を設定する。どの程度の減衰量とするかは、用いるＡＤＣの性能やアナログ回路の設計に依存し、限定されるものではないが、例えば第１ゲイン調整器２０７で、信号強度の１/３ぐらいまでをカバーできる減衰量まで減衰してもよい。また、第１ゲイン調整器２０７による調整値はゼロ、即ち、第１ゲイン調整器２０７からの出力はスルー信号とし、第２ゲイン調整器２０８だけでゲイン調整する場合もあり得る。第２ゲイン調整器２０８によるゲイン調整が信号減衰に相当する調整の場合は、第１の実施形態と同様である。また、ゲイン調整器２０７、２０８でゲインを上げる（信号を増幅させる）ケースは少ないが、ゲインを上げる調整を行うことも可能である。例えば、もとのＭＲ信号のダイナミックレンジが小さく、ゲイン調整しなくてもオーバーフローする信号がない場合、即ち備えられたＡＤＣで処理可能な場合には、一方のゲイン調整器はゲインを調整することなく、他方においてゲインを上げる調整を行うこともあり得る。

【0066】

なお、２つの入力エコー信号に対応する２系統の第１ゲイン調整器２０７どうし及び第２ゲイン調整器２０８どうしの調整値は、基本的には、それぞれ同じ値としてよいが、受信器２００に入力されるエコー信号に応じて変えてもよい。例えば、受信コイルのチャンネルによって、ＭＲ信号のダイナミックレンジが異なる可能性もあり、その場合は、チャンネル毎の信号に対し異なる調整を行ってもよい。

【0067】

２系統のゲイン調整器（２つの第１ゲイン調整器２０７及び２つの第２ゲイン調整器２０８）の出力は、それぞれ、スイッチ２０３－１、２０３－２に入力され、これらのスイッチ２０３を処理回路２０６からの切替信号で切り替えながら、第１ゲイン調整器の出力を第１ＡＤＣ２０４で処理すること、第２ゲイン調整器の出力を第２ＡＤＣ２０５で処理すること、これらＡＤＣの出力を処理回路２０６において再度ゲイン調整後に合成することは、第１の実施形態と同様である。

【0068】

なお受信器２００に入力される信号が２つの場合を例に本実施形態を説明したが、本実施形態も、第１の実施形態の変形例として説明した複数（３以上）の信号処理が可能である。

【0069】

本実施形態によれば、実際に計測されるＭＲ信号に応じて柔軟な対応が可能であり、第１の実施形態と同様に、受信器２００に入力する信号の数よりもＡＤＣを増加させる必要がなく、且つ広いダイナミックレンジの信号に対応できる高精度なＡ／Ｄ変換を可能とする。

【符号の説明】

【0070】

１００・・・ＭＲＩ装置
１０１・・・静磁場発生装置
１０２・・・傾斜磁場コイル
１０３・・・送信コイル
１０４・・・受信コイル
１０５・・・被検体
１０６・・・寝台
１０７・・・傾斜磁場電源
１０８・・・高周波発生器
１０９・・・記憶装置
１１０・・・入力装置
１１１・・・シーケンサ
２００・・・受信器
２０１・・・分配器
２０２・・・減衰器
２０３・・・スイッチ
２０４・・・第１ＡＤＣ
２０５・・・第２ＡＤＣ
２０６・・・処理回路（ＦＰＧＡ）
２０７・・・第１ゲイン調整器
２０８・・・第２ゲイン調整器
３００・・・計算機
３０１・・・表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】