JP2010172532A - 磁気共鳴イメージング装置および補正用データ算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦアンプの個体差や使用環境に関わらず非線形性を補償するためのＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】補正用データ算出手段に補正用データを算出させる前に、ＲＦアンプ２１と受信器との間に、減衰装置を接続する。その後、補正用データを算出するための命令をアナログ回路２５に入力し、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉを、ＲＦアンプ２１と受信器との両方に出力する。ＲＦアンプ２１からの出力アナログ信号ＳＡoは、減衰装置で減衰し、受信器に供給される。受信器は、入力アナログ信号ＳＡiと、減衰した出力アナログ信号ＳＡoとを受け取り、入力アナログ信号ＳＡiの振幅Ｂのデータと、出力アナログ信号ＳＡoの振幅Ｃのデータとを取得する。
【選択図】図２

Description

本発明は、増幅器の非線形性を補償することができる磁気共鳴イメージング装置、および補正用データ算出方法に関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置（以下、「ＭＲＩ装置」と呼ぶ）は、ＲＦ（Radio Frequency）アンプの非線形性を補償することが重要である。そこで、ＲＦアンプの非線形を補償する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開2008-153928

ＲＦアンプの非線形特性は、どのＲＦアンプであっても同じというわけではなく、個体差がある。更に、ＲＦアンプの非線形性は、ＲＦアンプの使用環境などによっても変化する。しかし、特許文献１では、ＲＦアンプの非線形特性の個体差や使用環境によるＲＦアンプの非線形性の変動に対応することができず、ＲＦアンプの非線形性を十分に補償することができないという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、ＲＦアンプの非線形性を補償するための非線形性補償装置、およびＭＲＩ装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決する本発明の第１の磁気共鳴イメージング装置は、
振幅のデータを含む振幅信号を受け取り、複数の振幅補正用データの中から、前記振幅信号を補正するための振幅補正用データを決定する補正用データ決定手段と、
前記振幅信号を、前記補正用データ決定手段が決定した振幅補正用データを用いて補正し、補正後の振幅のデータを含む補正振幅信号を生成する補正信号生成手段と、
前記補正振幅信号に基づいて、前記補正後の振幅のデータを含むデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段と、
前記デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換手段と、
前記アナログ信号をアナログ信号処理するアナログ回路と、
前記アナログ回路によりアナログ信号処理された後のアナログ信号を受け取り、受け取ったアナログ信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅されたアナログ信号によって駆動するＲＦコイルと、
前記増幅器に入力される入力アナログ信号と、前記増幅器から出力される出力アナログ信号とに基づいて、前記複数の振幅補正用データを算出する補正用データ算出手段と、
を有している。
上記の問題を解決する本発明の第２の磁気共鳴イメージング装置は、
位相のデータを含む位相信号を受け取り、複数の位相補正用データの中から、前記位相信号を補正するための位相補正用データを決定する補正用データ決定手段と、
前記位相信号を、前記補正用データ決定手段が決定した位相補正用データを用いて補正し、補正後の位相のデータを含む補正位相信号を生成する補正信号生成手段と、
前記補正位相信号に基づいて、前記補正後の位相のデータを含むデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段と、
前記デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換手段と、
前記アナログ信号をアナログ信号処理するアナログ回路と、
前記アナログ回路によりアナログ信号処理された後のアナログ信号を受け取り、受け取ったアナログ信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅されたアナログ信号によって駆動するＲＦコイルと、
前記増幅器に入力される入力アナログ信号と、前記増幅器から出力される出力アナログ信号とに基づいて、前記複数の位相補正用データを算出する補正用データ算出手段と、
を有している。

本発明では、増幅器に入力されるアナログ信号と、増幅器から出力されるアナログ信号とに基づいて、複数の振幅補正用データ又は複数の位相補正用データを算出している。したがって、ＲＦアンプの非線形特性に個体差があっても、個々のＲＦアンプごとに最適な補償をすることができる。

本実施形態のＭＲＩ装置の概略図である。 エキサイタ２２とＲＦアンプ２１とを示すブロック図である。 デジタル補正回路２３０を有していない従来のエキサイタ２２０を示す図である。 アナログ回路２５とＲＦアンプ２１の特性を示すグラフである。 ＲＦアンプ２１と受信器２７との間に、減衰装置２９が接続されたＭＲＩ装置１を示す斜視図である。 図４に示すＲＦアンプ２１の特性を複数の領域に分割した図である。 振幅用ＬＵＴ２３３を概略的に示す図である。 位相用ＬＵＴ２３４を概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。尚、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態のＭＲＩ装置の概略図である。

ＭＲＩ装置１は、コイルアセンブリ１０と、コイルアセンブリ１０を制御する制御装置２０と、制御装置２０に命令を入力するための入力装置３０とを有している。

コイルアセンブリ１０は、超伝導コイル１１、勾配コイル１２、およびＲＦコイル１３を有している。

制御装置２０は、ＲＦコイル１３にＲＦ電流を供給するＲＦアンプ２１と、ＲＦアンプ２１に入力される入力アナログ信号ＳＡｉを生成するエキサイタ２２を有している。ＲＦアンプ２１は、入力アナログ信号ＳＡｉを増幅し、増幅された入力アナログ信号ＳＡｉを、出力アナログ信号ＳＡoとして、ＲＦコイル１３に供給する。

図２は、エキサイタ２２とＲＦアンプ２１とを示すブロック図である。

エキサイタ２２は、デジタル回路２３と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２４と、アナログ回路２５とを有している。

デジタル回路２３は、デジタル補正回路２３０と、デジタル信号生成回路３３０とを有している。デジタル信号生成回路３３０が出力するデジタル信号ＳＤ（Ａ’、Ｐ’、Ｆ）は、ＤＡＣ２４でアナログ信号ＳＡに変換され、アナログ回路２５に入力される。アナログ回路２５は、アナログ信号ＳＡに対して、フィルタリングやゲイン調整などのアナログ信号処理を実行する。アナログ信号処理されたアナログ信号ＳＡは、ＲＦアンプ２１に入力される入力アナログ信号ＳＡｉとして、ＲＦアンプ２１に供給される。

本実施形態では、エキサイタ２２がデジタル補正回路２３０を有することによって、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償することができる。この理由を説明するために、図２に示すエキサイタ２２の代わりに、デジタル補正回路２３０を有していない従来のエキサイタを用いた場合、どのような現象が生じるかにについて考察する。

図３は、デジタル補正回路２３０を有していない従来のエキサイタ２２０を示す図である。

図３のエキサイタ２２０は、デジタル補正回路２３０を有していない点以外は、図２のエキサイタ２２と同じ構成である。エキサイタ２２０は、デジタル信号生成回路３３０と、ＤＡＣ２４と、アナログ回路２５とを有している。

デジタル信号生成回路３３０は、周波数発生器（ＤＤＳ）３３１と、乗算器３３２とを有している。周波数発生器３３１は、位相信号Ｐと周波数信号Ｆとを受け取る。位相信号Ｐは位相のデータを含むデジタル信号であり、周波数信号Ｆは周波数のデータを含むデジタル信号である。周波数発生器３３１は、位相信号Ｐおよび周波数信号Ｆを受け取り、位相Ｐのデータと周波数Ｆのデータとを含むデジタル信号ＰＦ(Ｐ，Ｆ)を生成する。このデジタル信号ＰＦ(Ｐ，Ｆ)は、乗算器３３２に入力される。乗算器３３２は、周波数発生器３３１からのデジタル信号ＰＦ(Ｐ，Ｆ)の他に、振幅信号Ａを受け取る。振幅信号Ａは、振幅のデータを含むデジタル信号である。乗算器３３２は、デジタル信号ＰＦ(Ｐ，Ｆ)に、振幅信号Ａを乗算し、振幅Ａ、位相Ｐ、および周波数Ｆのデータを含むデジタル信号ＳＤ(Ａ，Ｐ，Ｆ)を生成する。デジタル信号ＳＤ(Ａ，Ｐ，Ｆ)は、ＤＡＣ２４に供給される。

ＤＡＣ２４は、デジタル信号ＳＤ(Ａ，Ｐ，Ｆ)をアナログ信号ＳＡに変換する。アナログ信号ＳＡは、振幅Ａ、位相Ｐ、および周波数Ｆのアナログ信号である。このアナログ信号ＳＡは、アナログ回路２５に供給される。

アナログ回路２５は、ＤＡＣ２４から供給されたアナログ信号ＳＡに対して、フィルタリングやゲイン調整などのアナログ信号処理を実行し、アナログ信号処理されたアナログ信号ＳＡを、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉとして、ＲＦアンプ２１に供給する。尚、アナログ回路２５は、ＤＡＣ２４からアナログ信号ＳＡを受け取る前に、減衰量指定信号Ｇを受け取る。減衰量指定信号Ｇは、アナログ回路２５で行うゲイン調整に関して減衰量を指定する信号である。したがって、アナログ回路２５は、減衰量指定信号Ｇに従って、ゲイン調整を実行する。尚、本実施形態では、減衰量指定信号Ｇは、デシベルで表記される信号であるとして、説明を続けていく。

ＲＦアンプ２１は、入力アナログ信号ＳＡｉを増幅し、増幅したアナログ信号ＳＡｉを、出力アナログ信号ＳＡoとして、ＲＦコイル１３に出力する。

図４は、アナログ回路２５とＲＦアンプ２１の特性を示すグラフである。

図４（ａ）は、アナログ回路２５の振幅特性の一例を概略的に示したグラフである。図４（ａ）のグラフの横軸は、アナログ回路２５から出力されるアナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂを表しており、縦軸は、アナログ回路２５に入力されるアナログ信号ＳＡの振幅Ａを表している。尚、以下では、アナログ回路２５は、線形特性を有しているとして説明を続ける。

図４（ｂ）は、ＲＦアンプ２１の振幅特性の一例を概略的に示したグラフである。図４（ｂ）のグラフの横軸は、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂを表しており、縦軸は、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡoの振幅Ｃを表している。図４（ｂ）のグラフには、２つの振幅特性ＣＡ0およびＣＡpが示されている。振幅特性ＣＡ0（実線）は、ＲＦアンプ２１の振幅特性であり、一方、振幅特性ＣＡp（一点鎖線）は、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプの振幅特性を示している。振幅ＢがＢ＝Ｂ0の場合、振幅ＣはＣ＝Ｃ0となる。ＲＦアンプ２１は、０≦Ｂ≦Ｂ0の範囲では、振幅の線形性が成り立つが、Ｂ0＜Ｂの範囲では線形性は成り立たず、非線形性になっていることが分かる。

図４（ｃ）は、ＲＦアンプ２１の振幅比特性を表すグラフである。図４（ｃ）のグラフの横軸は、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂを表しており、縦軸は、出力アナログ信号ＳＡoの振幅Ｃと入力アナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂとの振幅比Ｒを表している。図４（ｃ）のグラフには、２つの振幅比特性ＣＲ0およびＣＲpが示されている。振幅比特性ＣＲ0（実線）は、ＲＦアンプ２１についての振幅比特性であり、一方、振幅比特性ＣＲp（一点鎖線）は、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプについての振幅比特性である。線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプは、振幅Ｂの値に関わらず線形性が成り立つので、振幅比特性ＣＲpはＲ＝Ｒ０の直線で示される。一方、ＲＦアンプ２１では、０≦B≦Ｂ0の範囲では、振幅の線形性が成り立つので、Ｒ＝Ｒ0となるが、Ｂ0＜Ｂの範囲では線形性は成り立たないので、振幅比Ｒは、Ｒ＝Ｒ0とは異なる値になる。尚、図４（ｃ）では、振幅比Ｒは、線形性が成り立つ領域に基づいて正規化してある。

例えば、振幅信号Ａ（図３参照）に含まれる振幅のデータが振幅Ａｘを表している場合、アナログ回路２５に入力されるアナログ信号ＳＡの振幅Ａも、Ａ＝Ａｘとなる（図４（ａ）参照）。この場合、アナログ回路２５から出力されるアナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂは、Ｂ＝Ｂｘとなる（図４（ａ）参照）。したがって、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉの振幅ＢもＢ＝Ｂｘとなる（図４（ｂ）参照）。しかし、図４（ｂ）に示すように、ＲＦアンプ２１では、０≦Ｂ≦Ｂ0の範囲では、振幅の線形性が成り立つが、Ｂ0＜Ｂの範囲では振幅の線形性は成り立たない。Ｂｘは、Ｂ0＜Ｂの範囲に存在しているので、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡｏの振幅Ｃは、振幅特性ＣＡ0により、Ｃ＝Ｃｘとなる（図４（ｂ）参照）。一方、線形の振幅特性を有する理想のアンプの出力アナログ信号の振幅Ｃは、振幅特性ＣＡpにより、Ｃ＝Ｃｘ’となる。したがって、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡｏの振幅Ｃは、線形の振幅特性を有する理想のアンプの出力アナログ信号の振幅Ｃ＝Ｃｘ’とは異なる値になる。

図４では、入力アナログ信号ＳＡｉと出力アナログ信号ＳＡｏとの振幅についての非線形性について説明したが、位相の非線形性についても、振幅と同様に説明することができる。

したがって、図３に示すエキサイタ２２０では、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償することはできない。そこで、本実施形態のエキサイタ２２（図２参照）は、ＲＦアンプ２１の非線形特性が打ち消されるように、プリディストーション方式を用いて、予め振幅信号Ａおよび位相信号Ｐを補正している。本実施形態のエキサイタ２２は、予め振幅信号Ａおよび位相信号Ｐを補正するためのデジタル補正回路２３０を有している（図２参照）。デジタル補正回路２３０を用いることにより、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償することができる。以下に、この理由について説明する。

従来のエキサイタ２２０（図３参照）では、振幅信号Ａに含まれる振幅のデータが振幅Ａ＝Ａｘを表している場合、アナログ回路２５に入力されるアナログ信号ＳＡの振幅Ａも、Ａ＝Ａｘとなる（図４（ａ）参照）。この場合、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡｏの振幅ＣはＣ＝Ｃｘとなり（図４（ｂ）参照）、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプの出力アナログ信号の振幅Ｃ＝Ｃｘ’とは異なる値になる。しかし、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂを、Ｂ＝Ｂｘ’にすることができれば、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡｏの振幅ＣはＣ＝Ｃｘ’となり、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプの出力アナログ信号の振幅Ｃ＝Ｃｘ’に一致する。ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉの振幅Ｂを、Ｂ＝Ｂｘ’にするためには、アナログ回路２５に、振幅Ａｘではなく振幅Ａｘ’のアナログ信号ＳＡを入力すればよい（図４（ａ）参照）。つまり、アナログ回路２５に、振幅Ａｘではなく振幅Ａｘ’のアナログ信号ＳＡを入力すれば、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプと同じ振幅Ｃ＝Ｃｘ’を得ることができる。しかし、振幅信号Ａに含まれる振幅のデータは、振幅Ａ＝Ａｘを表しているので、従来のエキサイタ２２０では、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡｏは、振幅Ｃ＝Ｃｘとなり、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプの振幅Ｃ＝Ｃｘ’からずれてしまう。上記の説明では、振幅について説明しているが、位相についても、線形の位相特性を有する理想のＲＦアンプからずれてしまう。そこで、本実施形態のエキサイタ２２は、予め振幅信号Ａおよび位相信号Ｐを補正するためのデジタル補正回路２３０を有している（図２参照）。デジタル補正回路２３０は、振幅信号Ａおよび位相信号Ｐを補正するための補正用データが記憶されているルックアップテーブル２３２を有している。デジタル補正回路２３０は、ルックアップテーブル２３２に記憶されている振幅補正用データに基づいて振幅信号Ａを補正し、更に、ルックアップテーブル２３２に記憶されている位相補正用データに基づいて位相信号Ｐを補正する。例えば、振幅信号Ａに含まれる振幅のデータが振幅Ａ＝Ａｘを表している場合、Ａｘは、振幅補正用データにより、Ａｘ’に補正される。したがって、ＲＦアンプ２１の振幅比特性ＣＲ０（図４（ｃ）参照）を、見かけ上、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプの振幅比特性ＣＲｐに一致させることができるので、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償することができる。上記の説明では、振幅信号Ａの補正について説明しているが、位相信号Ｐについては、位相補正用データにより補正され、同様にＲＦアンプ２１の非線形性を補償することができる。

ただし、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償するためには、上記のように、振幅補正用データおよび位相補正用データを定める必要がある。そこで、本実施形態では、振幅補正用データおよび位相補正用データを算出する補正用データ算出手段２６（図１参照）を有している。次に、補正用データ算出手段２６がどのようにして補正用データを算出しているかについて、以下に具体的に説明する。

補正前の振幅Ａｘを補正後の振幅Ａｘ’に補正するためには、アナログ回路２５の振幅特性（図４（ａ））と、ＲＦアンプ２１の振幅比特性ＣＲ０（又は振幅特性ＣＡ０）が分からなければならない。ただし、アナログ回路２５の振幅特性（図４（ａ））は線形特性を示すと仮定しているので、ＲＦアンプ２１の振幅比特性ＣＲ０（又は振幅特性ＣＡ０）が分かればよい。そこで、補正用データ算出手段２６は、補正用データを算出する前に、ＲＦアンプ２１がどのような振幅比特性ＣＲ０（又は振幅特性ＣＡ０）を有しているのかを表すデータを収集する。ＲＦアンプ２１の振幅比特性ＣＲ０（又は振幅特性ＣＡ０）は、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡiと出力アナログ信号ＳＡoによって決まる。したがって、補正用データ算出手段２６に、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡiと出力アナログ信号ＳＡoとを供給すれば、補正用データ算出手段２６は、ＲＦアンプ２１の振幅比特性ＣＲ０（又は振幅特性ＣＡ０）のデータを収集することができる。そこで、補正用データ算出手段２６に、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡiと出力アナログ信号ＳＡoとを供給する。ただし、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡoは、ＲＦアンプ２１で増幅されているので、出力アナログ信号ＳＡoを補正用データ算出手段２６の受信器２７に直接供給すると、受信器２７が故障する恐れがある。したがって、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡoは、受信器２７に直接供給するのではなく、いったん減衰させ、減衰した出力アナログ信号ＳＡoを受信器２７に供給することが好ましい。そこで、オペレータ２は、補正用データ算出手段２６に補正用データを算出させる前に、ＲＦアンプ２１と受信器２７との間に、減衰装置２９を接続する（図５参照）。

図５は、ＲＦアンプ２１と受信器２７との間に、減衰装置２９が接続されたＭＲＩ装置１を示す斜視図である。

減衰装置２９を接続することにより、ＲＦアンプ２１の出力アナログ信号ＳＡoを減衰させて受信器２７に供給することができる。図５に示すように、ＲＦアンプ２１と受信器２７との間に、減衰装置２９を接続した後、オペレータ２は、入力装置３０を操作して、補正用データを算出するための命令をアナログ回路２５に入力する。アナログ回路２５は、この命令を受けて、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉを受信器２７に出力する。したがって、受信器２７は、入力アナログ信号ＳＡｉを受け取る。受信器２７が入力アナログ信号ＳＡｉを受信した後、アナログ回路２５は、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉをＲＦアンプ２１に供給する。ＲＦアンプ２１は、入力アナログ信号ＳＡｉを増幅し、出力アナログ信号ＳＡoを出力する。出力アナログ信号ＳＡoは、減衰装置２９に供給される。減衰装置２９は、出力アナログ信号ＳＡoを減衰させて受信器２７に供給する。したがって、受信器２７は、入力アナログ信号ＳＡiと、減衰した出力アナログ信号ＳＡoとを受け取る。受信器２７は、受け取った信号から、入力アナログ信号ＳＡiの振幅Ｂのデータと、出力アナログ信号ＳＡoの振幅Ｃのデータとを取得する。その後、ホスト２８が、取得したこれらの振幅ＢおよびＣのデータに基づいて、ＲＦアンプ２１の非線形特性を打ち消すための補正用データを算出する。例えば、振幅Ａｘに対しては、振幅Ａｘ’に補正するための補正用データが算出される。したがって、補正後の振幅Ａｘ’を用いることによって、ＲＦアンプ２１から、線形の振幅特性を有する理想のＲＦアンプと同じ振幅Ｃ＝Ｃｘ’の出力アナログ信号ＳＡｏが出力されるので、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償することができる。ただし、補正用データ算出手段２６が、振幅Ａ（又は位相）の値ごとに異なる補正用データを算出すると、必要な補正用データの数が膨大になり、補正用データを記憶するために大容量のメモリが必要となり、コストが掛かる。そこで、本実施形態では、より少ない数の補正用データで振幅Ａ（又は位相）を補正することができるように、補正用データ算出手段２６は、以下のようにして補正用データを算出している。

図６は、図４に示すＲＦアンプ２１の特性を複数の領域に分割した図である。

図６に示すように、補正用データ算出手段２６は、非線形を示す振幅Ｂの範囲（Ｂ0＜Ｂ）を、複数の領域に分割する。図６では、振幅Ｂ＝ｂ0〜ｂnを基準にして、ｎ個の領域[１]〜[ｎ]に分割されている（線形を示す振幅の範囲（０＜ｂ＜ｂ0）は、分割されず、一つの領域[０]で示されている）。各領域[１]〜[ｎ]の幅Ｗ１〜Ｗｎは、同じ値でもよく、異なる値でもよい。幅Ｗ１〜Ｗｎは、ＲＦアンプ２１の特性に応じて決められる値である。

本実施形態では、各領域[０]〜[ｎ]ごとに、補正用データＫ０〜Ｋｎを割り当てる。図６（ａ）には、２つの補正前の振幅ＡｘおよびＡｙが示されている。補正前の振幅Ａｘは振幅Ｂｘに対応しており、振幅Ｂｘは領域[n-1]に属している。したがって、振幅信号ＡがＡ＝Ａｘの場合、振幅信号Ａは補正用データＫn-1で補正される。また、補正前の振幅Ａｙは振幅Ｂｙに対応しており、振幅Ｂｙも領域[n-1]に属している。したがって、振幅信号ＡがＡ＝Ａｙの場合も、振幅信号Ａは補正用データＫn-1で補正される。したがって、振幅信号Ａが表す振幅の値ごとに異なる補正用データを準備する必要がなく、必要な補正用データの数を少なくすることができる。領域[０]では、線形性が成り立つので、補正用データＫ０＝１である。

尚、ＲＦアンプ２１の振幅Ｂの範囲を分割する領域[０]〜[ｎ]の数が少なければ少ないほど、補正用データの数も少なくすることができるが、補正用データの数が少なすぎると、振幅Ｂの値によっては、ＲＦアンプ２１の非線形性を十分に補償することができない場合がある。一方で、ＲＦアンプ２１の振幅Ｂの範囲を分割する領域[０]〜[ｎ]の数が多すぎると、大容量のメモリが必要となる。したがって、ＲＦアンプ２１の非線形性を十分に補償するという観点と、メモリの容量をできるだけ小さくするという観点とのトレードオフを考慮して、ＲＦアンプ２１の振幅Ｂの範囲を分割する領域[０]〜[ｎ]の数を決定すればよい。

上記のようにして、補正用データ算出手段２６が、各領域[０]〜[ｎ]ごとに、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償するための補正用データＫ０〜Ｋｎを決定する。

補正用データＫ０〜Ｋｎは、振幅用ＬＵＴ２３３（図２参照）に記憶される。

図７は、振幅用ＬＵＴ２３３を概略的に示す図である。

振幅用ＬＵＴ２３３には振幅補正用データＫ0〜Ｋｎが記憶されている。したがって、振幅用ＬＵＴ２３３の振幅補正用データを用いて、振幅信号Ａを補正することにより、ＲＦアンプ２１の非線形性を補償することができる。

尚、上記の説明では、振幅補正用データＫ0〜Ｋｎについて説明されているが、位相補正用データＪ0〜Ｊｎについても、同様に説明できる。位相補正用データＪ0〜Ｊｎは、位相用ＬＵＴ２３４に記憶される。

図８は、位相用ＬＵＴ２３４を概略的に示す図である。

位相用ＬＵＴ２３４には位相補正用データＪ0〜Ｊｎが記憶されている。尚、位相用ＬＵＴ２３４に規定されている領域[０]〜[ｎ]は、振幅用ＬＵＴ２３３に規定されている領域[０]〜[ｎ]をそのまま使用できる場合もあれば、位相用の領域[０]〜[ｎ]を新たに設定しなければならない場合もある。領域[０]〜[ｎ]を、振幅用ＬＵＴ２３３および位相用ＬＵＴ２３４に共通に使用することができるかどうかは、ＲＦアンプ２１の非線形特性などによって決まることである。したがって、振幅補正用データおよび位相補正用データを設定する場合は、ＲＦアンプ２１の非線形性特性などに基づいて領域[０]〜[ｎ]を決めればよい。本実施形態では、領域[０]〜[ｎ]は、振幅用ＬＵＴ２３３および位相用ＬＵＴ２３４に共通に使用されている。

上記のようにして、振幅補正用データＫ１〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ１〜Ｊｎを算出した後、ホスト２８が、振幅補正用データＫ１〜Ｋｎを振幅用ＬＵＴ２３３に書き込み、位相補正用データＪ１〜Ｊｎを位相用ＬＵＴ２３４に書き込む。振幅補正用データＫ１〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ１〜Ｊｎの書込みが終了したら、減衰装置２９（図５参照）を取り外す。このようにして、補正用データを算出することができる。

尚、振幅補正用データＫ１〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ１〜Ｊｎは、ホスト２８に保存しておき、オペレータ２が被検体３をスキャンするスキャン実行命令を入力したときにホスト２８から振幅用ＬＵＴ２３３および位相用ＬＵＴ２３４にダウンロードされるようにしてもよい。また、ＭＲＩ装置の電源をＯＮした際の立上げ時、再起動時、スキャン命令の実行前（オートプリスキャン時など）に、ダウンロードされるようにしてもよい。

また、ＲＦアンプ２１を制御装置２０に組み込む前に、ＲＦアンプ２１の非線形特性のデータを収集することにより振幅補正用データＫ１〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ１〜Ｊｎを算出しておき、振幅補正用データＫ１〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ１〜ＪｎをＲＦアンプ２１に記憶させてもよい。この場合、オペレータ２が被検体３をスキャンするスキャン実行命令を入力したときに、振幅補正用データＫ１〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ１〜Ｊｎを、ＲＦアンプ２１からホスト２８に一旦ダウンロードし、次に、ホスト２８から振幅用ＬＵＴ２３３および位相用ＬＵＴ２３４にダウンロードされるようにすることができる。また、ＭＲＩ装置の電源をＯＮした際の立上げ時、再起動時、スキャン命令の実行前（オートプリスキャン時など）に、ダウンロードしてもよい。

次に、デジタル補正回路２３０の構造および動作について、図２を参照しながら説明する。

デジタル補正回路２３０は、補正用データ決定手段２３１および補正信号生成手段２４０を有している。

補正用データ決定手段２３１は、振幅補正用データＫ0〜Ｋｎと位相補正用データＪ0〜Ｊｎとを記憶するルックアップテーブル２３２を有している。ルックアップテーブル２３２は、振幅用ＬＵＴ２３３と、位相用ＬＵＴ２３４とを有している。振幅用ＬＵＴ２３３は、振幅信号Ａに含まれる振幅のデータを補正するための振幅補正用データＫ0〜Ｋｎを記憶する（図７参照）。また、位相用ＬＵＴ２３４は、位相信号Ｐに含まれる位相のデータを補正するための位相補正用データＪ0〜Ｊnを記憶する（図８参照）。補正用データＫ１〜Ｋｎおよび補正用データＪ１〜Ｊnは、図３〜図８を参照しながら説明したやり方で決定されている。

補正用データ決定手段２３１は、ルックアップテーブル２３２から、振幅補正用データと、位相補正用データとを選択する。ただし、振幅補正用データおよび位相補正用データを決定するためには、図６を参照しながら説明したように、補正前の振幅Ａ（例えば、Ａ＝Ａｘ、Ａｙ）に対応する振幅Ｂ（例えばＢ＝Ｂｘ、Ｂｙ）が、どの領域[０]〜[ｎ]に属しているかを認識する必要がある。そこで、補正用データ決定手段２３１は、対応する振幅Ｂ（例えばＢ＝Ｂｘ、Ｂｙ）がどの領域[０]〜[ｎ]に属しているかを認識することができるように、しきい値保持部２３５と、振幅信号変換部２３６と、補正用データ選択部２３９とを有している。

しきい値保持部２３５は、領域[０]〜[ｎ]を区別するためのしきい値（振幅ｂ0〜ｂｎ）を記憶する。

振幅信号変換部２３６は、振幅信号Ａを振幅信号Ｂに変換する。振幅信号Ｂは、補正前の振幅Ａに対応する振幅Ｂ（図４（ａ）参照）のデータを含む信号である。補正前の振幅Ａに対応する振幅Ｂは、アナログ回路２５の振幅特性(図４（ａ）参照)によって決定されるので、アナログ回路２５の振幅特性が分かれば、振幅信号Ｂを算出することができる。アナログ回路２５の振幅特性は、減衰量指定信号Ｇ（図２参照）によって決定されるので、振幅信号Ａに、減衰量指定信号Ｇを乗算することにより、振幅信号Ａを振幅信号Ｂに変換することができる。例えば、振幅信号Ａに含まれる振幅のデータがＡ＝Ａｘであれば、振幅信号Ｂに含まれる振幅のデータはＢ＝Ｂｘとなる。ただし、減衰量指定信号Ｇはデシベルで表されているので、デシベル表記の減衰量を、そのまま振幅信号Ａに乗算しても、正しい振幅の値は得られない。そこで、振幅信号変換部２３６は、減衰量指定信号Ｇをデシベルから絶対値に変換するためのデシベル−絶対値変換部２３７を有している。減衰量指定信号Ｇは、デシベル−絶対値変換部２３７で絶対値に変換され、乗算器２３８で乗算される。このようにして、振幅信号Ａが振幅信号Ｂに変換される。以下では、振幅信号Ｂに含まれる振幅のデータはＢ＝Ｂｘであるとして説明を続ける。

補正用データ選択部２３９は、しきい値保持記憶部２３５に記憶されたしきい値（振幅ｂ0〜ｂｎ）と、振幅信号変換部２３６が出力した振幅Ｂの値とを比較し、その比較結果に基づいて、振幅用ＬＵＴ２３３の中から、振幅信号Ａを補正するための振幅補正用データを選択する。振幅Ｂｘは領域[n-1]に属しているので、振幅補正用データＫn-1を選択する（図７参照）。

更に、補正用データ選択部２３９は、位相用ＬＵＴ２３４の中から、位相信号Ｐを補正するための位相補正用データを選択する。以下では、位相補正用データＪn-1（図８参照）が選択されたとして説明を続ける。

また、デジタル補正回路２３０は、補正信号生成手段２４０を有している。補正信号生成手段２４０は、振幅信号Ａを補正するために、遅延手段２４１と乗算器２４２とを有している。遅延手段２４１は、補正用データ選択部２３９が振幅用ＬＵＴ２３３の中から振幅補正用データＫn-1を選択するのに必要な時間τａだけ、振幅信号Ａを遅延させる。時間τａだけ遅延した振幅信号Ａは、乗算器２４２に出力される。乗算器２４２は、時間τａだけ遅延した振幅信号Ａに対して、振幅補正用データＫn-1を乗算し、補正後の振幅Ａｘ’（図４（ａ）参照）のデータを含む補正振幅信号Ａ’を出力する。上記のように、遅延手段２３１は、振幅用ＬＵＴ２３３の中から振幅補正用データを選択するのに必要な時間τａだけ、振幅信号Ａを遅延させているので、振幅補正用データＫn-1は、振幅信号Ａに正しいタイミングで乗算される。

補正信号生成手段２４０は、更に、位相信号Ｐを補正するために、遅延手段２４３と加算器２４４とを有している。遅延手段２４１は、補正用データ選択部２３９が位相用ＬＵＴ２３４の中から位相補正用データＪn-1を選択するのに必要な時間τｐだけ、位相信号Ｐを遅延させる。時間τｐだけ遅延した位相信号Ｐは、加算器２４４に出力される。加算器２４４は、時間τｐだけ遅延した位相信号Ｐに対して、位相補正用データＪn-1を加算し、補正後の位相Ｐｘ’のデータを含む補正位相信号Ｐ’を出力する。上記のように、遅延手段２４３は、位相補正用データＪn-1を選択するのに必要な時間τｐだけ、位相信号Ｐを遅延させているので、位相補正用データＪn-1は、位相信号Ｐに正しいタイミングで加算される。

上記のようにして、デジタル補正回路２３０は、振幅信号Ａおよび位相信号Ｐを補正し、補正後の振幅Ａｘ’（図４（ａ）参照）のデータを含む補正振幅信号Ａ’と、補正後の位相Ｐｘ’（図示せず）のデータを含む位相振幅信号Ｐ’をデジタル信号生成回路３３０に出力する。

デジタル信号生成回路３３０の周波数発生器３３１は、補正位相信号Ｐ’と周波数信号Ｆとを受け取る。補正位相信号Ｐ’は補正後の位相Ｐｘ’のデータを含むデジタル信号であり、周波数信号Ｆは周波数のデータを含むデジタル信号である。周波数発生器３３１は、補正位相信号Ｐ’および周波数信号Ｆから、補正後の位相Ｐｘ’のデータと周波数Ｆのデータとを含むデジタル信号ＰＦ(Ｐ’，Ｆ)を生成する（ただし、Ｐ’＝Ｐｘ’）。このデジタル信号ＰＦ(Ｐ’，Ｆ)は、乗算器３３２に入力される。乗算器３３２は、周波数発生器３３１からのデジタル信号ＰＦ(Ｐ’，Ｆ)の他に、補正振幅信号Ａ’を受け取る。補正振幅信号Ａ’は、補正後の振幅Ａｘ’のデータを含むデジタル信号である。乗算器３３２は、デジタル信号ＰＦ(Ｐ’，Ｆ)に、補正振幅信号Ａ’を乗算し、補正後の振幅Ａ’（＝Ａｘ’）、補正後の位相Ｐ’（＝Ｐｘ’）、および周波数Ｆのデータを含むデジタル信号ＳＤ(Ａ’，Ｐ’，Ｆ)を生成する。デジタル信号ＳＤ(Ａ’，Ｐ’，Ｆ)は、ＤＡＣ２４でアナログ信号ＳＡに変換される。このアナログ信号ＳＡは、補正後の振幅Ａ’（＝Ａｘ’）、補正後の位相Ｐ’（＝Ｐｘ’）、および周波数Ｆのアナログ信号である。このアナログ信号ＳＡは、アナログ回路２５で、フィルタリングやゲイン調整などのアナログ信号処理が実行され、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉとして、ＲＦアンプ２１に供給される。ＲＦアンプ２１は、入力アナログ信号ＳＡｉを増幅し、増幅したアナログ信号ＳＡｉを、出力アナログ信号ＳＡoとして、ＲＦコイル１３に出力する。したがって、ＲＦコイル１３を駆動することができる。

上記のように、本実施形態では、ＲＦアンプ２１の入力アナログ信号ＳＡｉと出力アナログ信号ＳＡｏとに基づいて、振幅補正用データＫ0〜Ｋｎおよび位相補正用データＪ0〜Ｊｎを算出している。したがって、ＲＦアンプ２１の非線形特性に個体差があっても、個々のＲＦアンプごとに最適な補償をすることができる。

尚、本実施形態では、アナログ回路２５は線形性が成り立つと仮定して補正用データＫ0〜ＫｎおよびＪ0〜Ｊｎを決定している。しかし、アナログ回路２５が非線形性を示す場合は、アナログ２５の非線形性も考慮して補正用データＫ0〜ＫｎおよびＪ0〜Ｊｎを決定すればよい。

１ ＭＲＩ装置
１０ コイルアセンブリ
１１ 超伝導コイル
１２ 勾配コイル
１３ ＲＦコイル
２０ 制御装置
２１ ＲＦアンプ
２２ エキサイタ
２３ デジタル回路
２４ ＤＡＣ
２５ アナログ回路
２６ 補正用データ算出手段
２７ 受信器
２８ ホスト
３０ 入力装置
２３０ デジタル補正回路
２３１ 補正用データ決定手段
２３２ ルックアップテーブル
２３３ 振幅用ＬＵＴ
２３４ 位相用ＬＵＴ
２３５ しきい値記憶部
２３６ 振幅信号変換部
２３７ デシベル−絶対値変換部
２３８、２４２、３３２ 乗算器
２３９ 補正用データ選択部
２４０ 補正信号生成手段
２４１、２４３ 遅延手段
３３０ デジタル信号生成手段
３３１ 周波数発生器

Claims (14)

1. 振幅のデータを含む振幅信号を受け取り、複数の振幅補正用データの中から、前記振幅信号を補正するための振幅補正用データを決定する補正用データ決定手段と、
   前記振幅信号を、前記補正用データ決定手段が決定した振幅補正用データを用いて補正し、補正後の振幅のデータを含む補正振幅信号を生成する補正信号生成手段と、
   前記補正振幅信号に基づいて、前記補正後の振幅のデータを含むデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段と、
   前記デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換手段と、
   前記アナログ信号をアナログ信号処理するアナログ回路と、
   前記アナログ回路によりアナログ信号処理された後のアナログ信号を受け取り、受け取ったアナログ信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器により増幅されたアナログ信号によって駆動するＲＦコイルと、
   前記増幅器に入力される入力アナログ信号と、前記増幅器から出力される出力アナログ信号とに基づいて、前記複数の振幅補正用データを算出する補正用データ算出手段と、
   を有する磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記補正用データ算出手段は、
   前記増幅器から出力される出力アナログ信号を減衰することにより得られる減衰後の出力アナログ信号を用いて、前記複数の振幅補正用データを算出する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記補正用データ決定手段は、
   前記複数の振幅補正用データを記憶する振幅補正用データ記憶部を有する、請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記アナログ回路は、
   前記アナログ回路で行うゲイン調整に関して減衰量を指定する減衰量指定信号を受け取り、前記減衰量指定信号に基づいてゲイン調整を行う、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記補正用データ決定手段は、
   複数のしきい値を記憶するしきい値記憶部と、
   前記減衰量指定信号に基づいて、前記振幅信号を、前記振幅補正用データを決定するための別の振幅信号に変換する振幅信号変換部と、
   前記別の振幅信号と、前記しきい値記憶部に記憶された前記複数のしきい値とを比較し、その比較結果に基づいて、前記複数の振幅補正用データの中から、前記振幅信号を補正するための振幅補正用データを選択する補正用データ選択部と、
   を有する請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記補正信号生成手段は、
   前記振幅信号を遅延させる振幅信号用遅延部と、
   前記振幅信号用遅延部から出力された前記振幅信号に、前記補正用データ選択部で選択された振幅補正用データを乗算する乗算部と、
   を有する、請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 位相のデータを含む位相信号を受け取り、複数の位相補正用データの中から、前記位相信号を補正するための位相補正用データを決定する補正用データ決定手段と、
   前記位相信号を、前記補正用データ決定手段が決定した位相補正用データを用いて補正し、補正後の位相のデータを含む補正位相信号を生成する補正信号生成手段と、
   前記補正位相信号に基づいて、前記補正後の位相のデータを含むデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段と、
   前記デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換手段と、
   前記アナログ信号をアナログ信号処理するアナログ回路と、
   前記アナログ回路によりアナログ信号処理された後のアナログ信号を受け取り、受け取ったアナログ信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器により増幅されたアナログ信号によって駆動するＲＦコイルと、
   前記増幅器に入力される入力アナログ信号と、前記増幅器から出力される出力アナログ信号とに基づいて、前記複数の位相補正用データを算出する補正用データ算出手段と、
   を有する磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記補正用データ算出手段は、
   前記増幅器から出力される出力アナログ信号を減衰することにより得られる減衰後の出力アナログ信号を用いて、前記複数の位相補正用データを算出する、請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記補正用データ決定手段は、
   前記複数の位相補正用データを記憶する位相補正用データ記憶部を有する、請求項７又は８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記アナログ回路は、
    前記アナログ回路で行うゲイン調整に関して減衰量を指定する減衰量指定信号を受け取り、前記減衰量指定信号に基づいてゲイン調整を行う、請求項７〜９のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記補正用データ決定手段は、
    複数のしきい値を記憶するしきい値記憶部と、
    前記減衰量指定信号に基づいて、前記振幅信号を、前記位相補正用データを決定するための別の振幅信号に変換する振幅信号変換部と、
    前記別の振幅信号と、前記しきい値記憶部に記憶された前記複数のしきい値とを比較し、その比較結果に基づいて、前記複数の位相補正用データの中から、前記位相信号を補正するための位相補正用データを選択する補正用データ選択部と、
    を有する請求項１０に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記補正信号生成手段は、
    前記位相信号を遅延させる位相信号用遅延部と、
    前記位相信号用遅延部から出力された前記位相信号に、前記補正用データ選択部で選択された位相補正用データを乗算する乗算部と、
    を有する、請求項１１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 振幅のデータを含む振幅信号を受け取り、複数の振幅補正用データの中から、前記振幅信号を補正するための振幅補正用データを決定する補正用データ決定ステップと、
    前記振幅信号を、前記補正用データ決定手段が決定した振幅補正用データを用いて補正し、補正後の振幅のデータを含む補正振幅信号を生成する補正信号生成ステップと、
    前記補正振幅信号に基づいて、前記補正後の振幅のデータを含むデジタル信号を生成するデジタル信号生成ステップと、
    前記デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換ステップと、
    前記アナログ信号をアナログ信号処理するアナログ処理ステップと、
    アナログ信号処理された後のアナログ信号を増幅器によって増幅する増幅ステップと、
    前記増幅器に入力される入力アナログ信号と、前記増幅器から出力される出力アナログ信号とに基づいて、前記複数の振幅補正用データを算出する補正用データ算出ステップと、
    を有する補正用データ算出方法。
14. 位相のデータを含む位相信号を受け取り、複数の位相補正用データの中から、前記位相信号を補正するための位相補正用データを決定する補正用データ決定ステップと、
    前記位相信号を、前記補正用データ決定手段が決定した位相補正用データを用いて補正し、補正後の位相のデータを含む補正位相信号を生成する補正信号生成ステップと、
    前記補正位相信号に基づいて、前記補正後の位相のデータを含むデジタル信号を生成するデジタル信号生成ステップと、
    前記デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換ステップと、
    前記アナログ信号をアナログ信号処理するアナログ処理ステップと、
    アナログ信号処理された後のアナログ信号を増幅器によって増幅する増幅ステップと、
    前記増幅器に入力される入力アナログ信号と、前記増幅器から出力される出力アナログ信号とに基づいて、前記複数の位相補正用データを算出する補正用データ算出ステップと、
    を有する補正用データ算出方法。

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