JP2010525855A - Ｍｒｉに関するデジタルフィードバックを備えるｒｆ送信機 - Google Patents

Abstract

１つ若しくは複数のアンテナデバイス、コイル、コイル要素、若しくはコイルアレイの形のＲＦ送信機、又はこれらを有するＲＦ送信機１４に供給するＲＦ送信信号を生成する方法及びＲＦ送信システムが開示される。更に、特に核磁気共鳴ＮＭＲを励起させるＲＦ励起システムとして磁気共鳴イメージングＭＲＩシステムにおいて使用される、複数の斯かるＲＦ送信機を供給するマルチチャネルＲＦ送信システムが開示される。要求ＲＦ送信信号は、デジタル領域においてＲＦ送信信号と比較され、複素前置補償器１１、適合ユニット１７及びルックアップテーブルユニット１８を用いて両者の間の差分又は誤差に関してデジタル的に修正される。

Description

本発明は、１つ若しくは複数のアンテナデバイス、コイル、コイル要素若しくはコイルアレイの形のＲＦ送信機、又はこれらを有するＲＦ送信機に供給するＲＦ送信信号を生成する方法、及びＲＦ送信システムに関する。更に、本発明は、特に核磁気共鳴（ＮＭＲ）を励起させる磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムにおけるＲＦ励起システムとして使用される、複数の斯かるＲＦ送信機に供給するマルチチャネルＲＦ送信システムに関する。本発明は更に、斯かる単一又はマルチチャネルＲＦ送信又は励起システムを有するＭＲＩシステムに関する。

国際公開第２００５／０８３４５８号は、「method of effecting nuclear magnetic resonance experiments using Cartesian feedback」及び複数の送信コイルを備える特定の構成を開示する。各送信コイルは、その電流の振幅及び位相を必要値にセットするため、それ自身の独立した送信機及び電流検出器を持つ。コイル間の結合の悪影響は、コイルにおける電流を測定し、これらの値の間の差を決定するため、測定された電流の振幅及び位相の値と入力信号についての送信機の既知の値とを比較し、コイルにおける電流の振幅及び位相が高い精度で必要値に等しいよう、入力される送信信号の振幅及び位相をリセットするためにこの差を使用することにより、克服される又は少なくとも改善される。

上記の方法及び構成の不都合点は、フィードバックループの不安定性が特定の状況及び負荷状態下で発生する可能性がある点、及び制御される送信コイルの数が増えると回路に関する費用が急速に増加される点にあることが分かった。更に、ノイズ及び要素耐性が原因で、斯かるフィードバックループを用いると、送信信号の所望の振幅及び位相の制限された精度だけが得られることができる。

より詳細には、ＲＦ送信システムに含まれるＲＦ電力増幅器の利得が、時間依存であること、並びに増幅器の要素の熱的加熱が原因で及び増幅器電源変動が原因で、送信されたＲＦパルスの間変化する可能性があることが分かった。これらの変動によって、一般にパルスオーバーシュート及びパルス降下として知られるＲＦパルス出力の変化がもたらされる。ここでも他の熱及び電源状態が原因で、電力増幅器の利得が、ＲＦパルス毎に変化する可能性もある。ＲＦ電力増幅器の必要な時間応答が得られることができないので、これらの効果は、生成されたＲＦ場が、所望のＲＦ場からずれることをもたらす場合がある。その結果、一般にＲＦ送信信号のレベル安定性が、対処されるべき第１の問題と考えられる。

更に、ほとんどのＲＦ電力増幅器は、特により高い出力レベルに関してかなりの非線形応答を持つ。その結果、ＲＦ送信信号の線形性が、対処されるべき第２の問題である。

対処されるべき第３の問題は、特に長い低消費電力及び短い高電力ＲＦパルスのミックスされたシーケンスを生成する場合における、特定の増幅器の出力信号のダイナミックレンジである。これは、通常、必要なＲＦパルスに適応するため、電源状態が変化されなければならないという結果をもたらす。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの場合、これらの問題は、ＭＲ信号性能の劣化を生じさせる場合があるので、その結果、貧弱な画像及びスペクトル品質が観察される。特にＲＦ送信レベルが不安定であれば、ゴーストが発生することがあり、ＲＦ送信の非線形性により、空間分解能損失が観察される。

これらの全ての問題は、複数のＲＦコイル若しくはコイルアレイの形の複数のＲＦ送信機、若しくはこれらのコイルを有する複数のＲＦ送信機を作動させるマルチチャネルＲＦの場合、又は、例えばＭＲＩシステムにおいて使用されるような他のマルチチャネルＲＦ励起システムの場合、強化される又は悪化される。ＲＦ送信チャネル間の通常の近い整列及び関連ＲＦ送信機の実際の負荷に関する独立性が原因で、個別の送信チャネルとそれらの要素との間の相互結合効果が発生する。その結果、ＲＦ送信チャネルにおける信号の位相及び振幅は、互いに従属しており、順に電力が、個別のＲＦ送信チャネル又は要素間で交換される。これにより、ＲＦ送信チャネルの１つ又は複数の出力での（即ちＲＦ送信機の入力での）ＲＦ信号の振幅及び／又は位相は、関連ＲＦ送信チャネルの入力で印加される信号の必要な振幅及び／又は位相からかなりずれるか、振幅及び／又は位相に関して変化することができる。その結果、ＭＲＩシステムの検査空間に生成されるＲＦ場は、所望のＲＦ場からずれることができる。

これは、特に高磁場強度を持つそれらのＭＲＩシステムにおいて問題をもたらす。そこでは、必要なＲＦ送信又は励起信号の波長が検査対象物の寸法に届き、これは、検査対象物内の誘電共鳴若しくは波伝播効果、又は不均一なＲＦ励起場を生じさせる。ＭＲＩ検査の間、これらの不必要な効果の影響を補償するため、例えば、パラレル送信イメージング又はＲＦパルスのパラレル送信、及びトランスミットＳＥＮＳＥ（例えばKatscherらによる「Trannsmit SENSE」、Magnetic Resonances in Medicine （2003） 49、144-150参照）又はＲＦシミング（Ibrahimらによる「Effect of RF coil excitation on field inhomogeneity AT ultra high fields: a field optimized TEM resonator」、Magnetic Resonance Imaging （2001） Dec 19（10）、1339-47参照）といった既知の方法に基づき、各ＲＦ送信チャネルのＲＦ送信信号の特に振幅及び位相が、互いから独立に選択及び制御されなければならない。

結果的に、斯かるＲＦ送信システムの送信コイル要素でのＲＦ送信信号が、パラレル送信イメージングの上記方法により計算される関連要求信号と出来るだけ正確に相関することが基本的要件である。

本発明の基礎をなす１つの目的は、少なくとも１つのＲＦ送信チャネルの出力で生成されるＲＦ送信信号が、ＲＦ送信システムの各チャネルに供給される、又はＲＦ送信システムにより生成される要求信号に少なくとも実質的に及び高い精度で、相関する、又は一致する、又は整合する、又は対応するよう、１つ又は複数のアンテナデバイス、コイル、又はコイルアレイの形の１つ又は複数のＲＦ送信機、又はこれらを有する１つ又は複数のＲＦ送信機に供給するＲＦ送信信号を生成する方法及び単一又はマルチチャネルＲＦ送信システムを提供することにある。

上記の相関又は一致又は対応は、特に要求信号に対するＲＦ送信信号の振幅、位相、レベル安定性、線形性及びダイナミックレンジの少なくとも１つに関連付けられる。

上記の相関又は一致又は対応の程度は、特に例えば上述の国際公開第２００５／０８３４５８号に開示される従来技術と比較して改善されるものである。

上記目的は、請求項１に記載の方法及び請求項３に記載のＲＦ送信システムにより解決される。

本発明による方法及びＲＦ送信システムの１つ利点は、デジタル領域における実現により、有害な又は変化する負荷状態の下であっても、例えばＭＲＩシステムにおいて、検査対象物が、ＲＦ励起場にさらされる検査空間内で移動される場合であっても、フィードバックループの不安定性が、比較的簡単で信頼性が高い態様で回避されることができる点にある。特に、例えば呼吸運動といった患者の運動により生じる負荷状態の変化も考慮される。

所望のＲＦ要求に従ってＲＦ増幅器の入力信号を変化させるためにリアルタイムフィードバックループが使用される場合、又は電流源が使用される場合、安全マージンは著しく減らされることができる。従って、スキャンの間、所望の波形からの偏差が、ＳＡＲ限界又は任意の安全でない状態の違反を検出するために監視される。適切な安全マージンの選択は、堅牢な検出と、関連するより大きな「ＳＡＲマージン」又はより小さな「ＳＡＲマージン」との間のトレードオフである。これは、患者の動きに対してより高い感受性／感度(sensitive)を生じさせる。本発明によれば、患者の動きを考慮するリアルタイムフィードバックループが可能にされる。その結果、ＳＡＲ安全マージンを狭くすることができる上、患者の動きが原因によるスキャンの不用意な終了が回避される。

更に、特にＲＦ送信チャネルが多数の場合、本発明によるＲＦ送信システムは、アナログ領域における実現の場合と比較して回路に関する費用がより少なくて済む。

同じことが、上記の相関又は対応に関するＲＦ送信システムの要素のノイズ及び耐性の影響に当てはまる。この影響は、アナログ領域における実現と比べてかなり減少又は除去される。

最終的に、ＭＲＩシステムにおける応用の場合には、本発明による方法及びＲＦ送信システムは、例えばＲＦシミング又はトランスミットＳＥＮＳＥ方法といった、検査空間における所望の（均一な）ＲＦ励起場を得るために複数のＲＦ送信チャネルのそれぞれに対するＲＦ送信又は励起信号の振幅及び位相を計算するための既知の方法と有利に結合されることができる。

従属項は、本発明の有利な実施形態を開示する。

請求項２に記載の方法は、評価及び補償される、検出ＲＦ送信信号と要求ＲＦ信号との間の好ましい種類の差分又は誤差を開示する。

請求項４及び５に記載のＲＦ送信システムを用いると、要求ＲＦ信号の必要な訂正に関する非常に高速な評価が、リアルタイムかつ高精度に実行されることができる。

請求項６に記載のＲＦ送信システムを用いると、信号処理及び訂正は、低いベース周波数帯において実行されることができる。

本発明の第１の実施形態による、ＲＦ送信システムの全体の機能的ブロックを示す図である。 図１に記載のＲＦ送信システムの大きさ安定器の詳細な機能的ブロックを示す図である。 図１に記載のＲＦ送信システムの複素・極コンバータの詳細な機能的ブロックを示す図である。 本発明の第２の実施形態による、ＲＦ送信システムの機能的ブロックを示す図である。 本発明の第３の実施形態による、ＲＦ送信システムの機能ブロック図を示す図である。

添付の請求項により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の特徴が、任意の組合せにおいて結合されることができることを理解されたい。

本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、図面を参照して与えられる本発明の好適な、かつ例示的な実施形態についての以下の説明から明らかになるだろう。

一般に、本発明によれば、ＲＦ送信システムの出力で生成される、又はＲＦアンテナ（ＲＦ送信機）で検出されるＲＦ送信信号が、デジタル領域へと変換され、ＲＦ送信システムに対して供給される又はＲＦ送信システムにより生成される元のリクエストされたデジタル要求信号とデジタル領域で比較される。デジタルエラー信号が、ＲＦ送信システムの出力で（即ちＲＦアンテナの入力で）ＲＦ送信出力要求信号を得るため、デジタル又はアナログ入力信号を修正するのに使用される。その結果、デジタル領域におけるリアルタイムフィードバックループが実現される。

更に性能を増加させるため、較正されたプレ補償が更に使用されることができる。

以下において説明される、本発明によるＲＦ送信システムの実施形態は、特にＭＲＩシステムの検査ゾーンに含まれるＲＦコイルの形のＲＦ送信機を用いてＲＦ励起場を生成するために、磁気共鳴撮像システムにおけるＲＦ励起システムとしての使用のため提供される。通常、斯かるＲＦ励起システムは、それぞれ以下に説明される形式の複数のＲＦ送信システム（マルチチャネルＲＦ励起システム）を有する。

本発明の第１の実施形態によれば、ＲＦ送信システムは、ＲＦ信号をＲＦ送信機に供給するＲＦ電力増幅器と、ＲＦ電力増幅器に入力信号を提供する起動回路と、起動回路を制御する制御回路とを一般に有する。この制御回路は、ＲＦ電力増幅器（又はＲＦ送信機）の出力信号をサンプリングして、所定の要求信号と測定された出力信号とをデジタル的に比較し、ＲＦ電力増幅器に対する入力又は要求信号をデジタル的に修正する。

この第１の実施形態の好ましい変形例によれば、制御回路はフィードフォワード機能を持つ。これは、選択されたＭＲＩ取得シーケンスに基づき起動回路をプリセットする。

第１の実施形態により、特に改善された送信レベルの安定性及び線形性が実現されることができる。更に、ＲＦ電力レベルのより広い変形例が、ＲＦ電力増幅器の増幅レベルに対する高度な設定により実現されることができる。制御回路により、ＲＦ送信レベルの変動の典型的な時間より短い、又はＭＲＩ取得シーケンスにおけるＲＦパルスの反復率より少ない時間間隔（通常はサンプリングに関して０．８μｓ、修正に関して５０μｓ）内に、出力信号のサンプリング及び入力信号の訂正が得られることができる。ＲＦ増幅器の設定の訂正でさえ、ＲＦパルス内で実行されることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態による、斯かるＲＦ送信システムの全体の機能ブロック図を示す。このシステムは、ストレッチエンジン１００、大きさ機能ユニット１０１、第１の加算器ユニット１０２、第２の加算器ユニット１０３、乗算器１０４、直接デジタルシンセサイザ２００、減衰器３００、ＲＦ電力増幅器４００、アナログ領域ＡＤとデジタル領域ＤＤとの間のアナログデジタル変換器５００、デジタル受信機６００、複素・極コンバータ７００、大きさ安定器８００、位相安定器９００及び電力監視ユニット１０００を有する。ＲＦ電力増幅器４００は、ＲＦコイル又はアンテナに供給する出力信号ＲＦ（ｔ）を生成し、順電力(forward power)のためのイネーブル入力ＰＡ及び出力ＦＰを有する。

ストレッチエンジン１００は、コンピュータで実行されるソフトウェアとリアルタイム制御のＭＲハードウェアとの間のインターフェースとして機能する。ソフトウェアは、時間（ストレッチ）の次の期間に対する必要なハードウェア制御設定を決定する。一方、ストレッチエンジン１００は現在のストレッチに関するハードウェアを制御する。従って各ストレッチにおいて、ストレッチエンジン１００は、ソフトウェアによりプレロードされる設定を用いてハードウェアを時間制御する。

これらの設定は、大きさ、位相及び搬送周波数といったＲＦパルスＲＦ（ｔ）（ＲＦアンテナに供給されることになる出力パルス又はＲＦ送信信号）に関してリクエスト又は要求される設定である。これらの設定は通常、所望のスペクトル反応でのＲＦパルスＲＦ（ｔ）の生成を可能にするため、数マイクロ秒おきにセットされる。ダイレクトデジタルシンセサイザ２００は、３つのリアルタイム制御可能な入力、即ち、ＲＦパルスＲＦ（ｔ）の大きさに関する第１の入力、ＲＦパルスＲＦ（ｔ）の位相に関する第２の入力及びＲＦパルスＲＦ（ｔ）の搬送周波数に関する第３の入力を有する。

ストレッチエンジン１００は、リクエスト又は要求された振幅波形ＡＭ（ｔ）、リクエスト又は要求された位相波形ＰＭ（ｔ）及びリクエスト又は要求された搬送周波数波形ＦＭ（ｔ）のサンプルを数マイクロ秒おきに出力する。振幅サンプルＡＭ（ｔ）は、大きさ機能ユニット１０１により大きさサンプルＤＭ（ｔ）及び位相オフセット値Ｐｏへと変換される。位相オフセット値Ｐｏは、ネガティブ振幅サンプルに対しては１８０°であり、他に対しては０°である。

第１の加算器ユニット１０２は、ストレッチエンジン１００により生成されるリクエスト又は要求された位相波形サンプルＰＭ（ｔ）及び位相安定器９００により生成される位相エラー信号Ｐｅの合計である出力信号を生成する。

第２の加算器ユニット１０３は、第１の加算器ユニット１０２の出力信号に位相オフセット値Ｐｏを加え、ダイレクトデジタルシンセサイザ２００の第１の入力に対して、合計出力信号（要求又はリクエストされた位相信号ｄｅｍ＿ｐｈａｓｅ（ｔ））を生成する。

リクエスト又は要求された大きさサンプル信号ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）（又はＤＭ（ｔ））は、乗算器１０４の第１の入力に対して、及び大きさ安定器８００に対して印加される。この安定器は、リクエストされた大きさの利得に関するその出力信号ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）を用いて乗算器１０４の第２の入力を制御する。これにより、ダイレクトデジタルシンセサイザ２００の第２の入力（大きさ入力）に印加されるリクエスト又は要求された大きさレベルの制御が可能にされる。

リクエスト又は要求された搬送周波数サンプル信号ＦＭ（ｔ）が、ダイレクトデジタルシンセサイザ２００の第３の入力に印加されると共に、デジタル受信機６００に印加される。

ダイレクトデジタルシンセサイザ２００のＲＦ出力信号は、ストレッチエンジン１００を用いて所望のＲＦ送信信号ＲＦ（ｔ）の粗いレベル設定のために使用される減衰器３００の入力に印加される。

減衰器３００の出力信号は、ＲＦアンテナに供給されるＲＦ送信信号ＲＦ（ｔ）を生成するＲＦ電力増幅器４００に供給される。ＲＦ電力増幅器４００は、ストレッチエンジン１００により生成されるイネーブル信号ＰＡによりイネーブルにされる。ＲＦ電力増幅器４００の出力での順電力ＦＰが、アナログデジタル変換器５００に供給される。この出力は、複素ベースバンド信号Ｉ及びＱを生成するデジタル受信機６００に接続される。複素ベースバンド信号Ｉ及びＱは、複素・極コンバータ７００に供給される。このコンバータは、大きさ安定器８００及び電力監視ユニット１０００に供給される受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）と、位相安定器９００に供給される受信位相信号ＰＭ（ｔ）とを生成する。

大きさ安定器８００、位相安定器９００及び電力監視ユニット１０００は、Ｃ／Ｓインターフェースを介して、ストレッチエンジン１００により制御される。

精細なレベル設定は、大きさ安定器８００を制御することにより実行されることもできる。

図２は、図１に記載の回路装置のこの大きさ安定器８００の詳細な機能ブロック図を示す。この安定器は、パルス開始検出機能ユニット８０１、遅延機能ユニット８０２、遅延クロックユニット８０３、第１のラッチユニット８０４、第２のラッチユニット８０５、減算器ユニット８０６、逆関数ユニット８０７、乗算器８０８、加算器ユニット８０９及び要求利得機能ユニット８１０を有する。

大きさ安定器８００は、４つのインターフェース、即ち、要求大きさサンプル入力ＤＭ（ｔ）、受信大きさサンプル入力ＲＭ（ｔ）、要求利得出力信号ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）及びストレッチエンジンインターフェースＣ／Ｓに対する各１つのインターフェースを持つ。

大きさ安定器８００は、遅延機能ユニット８０２を用いて生成される遅延要求大きさ信号ＤＤＭ（ｔ）と受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）とを比較するために提供される。減算器ユニット８０６を用いて生成されるこれらの２つの信号ＤＤＭ（ｔ）、ＲＭ（ｔ）間の差ＥＭ（ｔ）は、遅延された要求大きさ信号の逆数ｌ／ＤＤＭ（ｔ）に比例する係数で乗算器８０８を用いて増倍され、以前に使用された要求利得値ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）に、加算器ユニット８０９を用いて加算される。

図３は、図１に記載の回路装置の複素・極コンバータ７００の詳細な機能ブロック図を示す。それは、デジタル受信機６００から複素ベースバンド信号Ｉ及びＱを受信し、第１の出力で信号Ｓ＝ｍａｘ（Ｉ，Ｑ）、第２の出力で位相信号０°又は９０を生成する第１の関数ユニット７０１を有する。更に、逆関数ユニット７０２、第１の乗算器７０３、第２の関数ａｔａｎ（ｘ）ユニット７０４、加算器ユニット７０５、第３の関数１／ｃｏｓ（ｘ）ユニット７０６及び第２の乗算器７０７は、受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）及び受信位相信号ＰＭ（ｔ）を生成するために提供される。

図１〜３に示されるＲＦ送信システムの処理が、以下より詳細に説明される。

電力増幅器４００の出力信号ＲＦ（ｔ）は、
ＲＦ（ｔ）＝ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＊Ｇｔｘ（ｔ）＊ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
により与えられ、ここで、
ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）は、時間の関数としてのＲＦ信号の要求された大きさであり、
ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）は、時間の関数としてのリクエストされた大きさの利得であり、
Ｇｔｘ（ｔ）は、時間の関数としての送信部（即ち電力増幅器４００の出力に対する乗算器１０４の出力）の利得であり、
ωは、ＲＦの信号の搬送周波数であり、
φは、ＲＦ信号のオフセット位相である。

標準のコスト効率の良いＲＦ電力増幅器は、パルス及び時間にわたる利得変動だけでなく例えばパルスオーバーシュート及びパルス降下といったパルス内の利得変動を持つ傾向がある。これらは、送信部利得Ｇｔｘ（ｔ）の時間依存性に関する主な理由である。リクエストされた大きさの利得を人が更新することができるレートより、送信部利得変動が比較的遅いと仮定する場合、これらの送信部利得変動の影響が著しく減らされることができる。２つの積が一定であるよう、即ち、
ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＊Ｇｔｘ（ｔ）＝定数
が成立するよう、要求大きさ利得ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）を変化させることにより、送信利得変動は減らされることができる。

これは、これらの２つの信号の変動に関して、
ｄＧｔｘ（ｔ）＝−［ｄｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）／ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）］＊Ｇｔｘ
という所望の関係をもたらす。

電力増幅器４００の出力信号は、電力増幅器４００の順電力ＦＰ監視出力信号を受信することにより測定される。例えば送信コイル又はアンテナにおいて位置決めされるＲＦ場センサコイルのＲＦ信号といった、送信連鎖における更に別のＲＦ信号を測定することも可能である。

このＲＦ「監視」信号は、アナログデジタル変換器５００によりデジタル化され、デジタル受信機６００により複素ベースバンド信号Ｉ及びＱへと変換される。ベースバンド信号は、複素・極コンバータ７００により大きさＲＭ（ｔ）及び位相信号ＰＭ（ｔ）へと変換される。受信大きさＲＭ（ｔ）及びＲＦ出力信号ＲＦ（ｔ）の間の関係は、
ＲＭ（ｔ）＝Ｇｒｘ（ｔ）＊ＲＦ（ｔ）＝ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＊Ｇｔｘ（ｔ）＊Ｇｒｘ（ｔ）
により与えられる。ここで、
Ｇｒｘ（ｔ）は、時間の関数としての、生成されたＲＦ信号ＲＦ（ｔ）に対する、受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）の利得である。

ここでは、受信順電力のアナログ部の利得変動が、送信部の変動と比較して微細なものであると想定されるが、これは不合理ではない。これは、一定の受信機利得Ｇｒｘが想定されることができることを意味する。送信利得Ｇｔｘ（ｔ）の変動に起因する受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）における変動の感度は、
ｄＲＭ（ｔ）／ｄＧｔｘ（ｔ）＝ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＊Ｇｒｘ
により与えられる。

受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）と時間同期するよう、遅延機能ユニット８０２は、要求大きさ信号ＤＭ（ｔ）を遅延させる。この遅延は、要求大きさ信号ＤＭ（ｔ）に対する、受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）の伝播遅延に等しい。遅延は、マイクロ秒のオーダーとすることができる。

遅延クロックユニット８０３は、要求利得制御信号を更新するのに必要な時間をこの遅延に加えた時間とおよそ等しい時間期間を持つクロック信号を生成する。遅延された要求信号ＤＤＭ（ｔ）がプログラム可能な閾値以下の信号レベルを持つとき、遅延クロックユニット８０３は非活動的である。

遅延クロックユニット８０３の各クロックパルス上で、遅延された要求大きさ信号ＤＤＭ（ｔ）及び受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）の現在値が、それぞれ、第１及び第２のラッチユニット８０４、８０５にラッチされる。

ラッチされた受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）は、減算器ユニット８０６によりラッチされた遅延要求大きさ信号ＤＤＭ（ｔ）から減算される。一旦安定すると、この差分信号ＥＭ（ｔ）はほぼ０となるだろう。送信利得の変動が原因によるラッチされた受信大きさ信号ＲＭ（ｔ）における任意の変動が、逆符号で差分信号ＥＭ（ｔ）において存在する。従って、送信利得Ｇｔｘ（ｔ）の変動が原因による差分信号ＥＭ（ｔ）における変動の感度は、
ｄＥＭ（ｔ）／ｄＧｔｘ（ｔ）＝−ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＊Ｇｒｘ
により与えられる。

式ｄＧｔｘ（ｔ）＝−［ｄｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）／ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）］＊Ｇｔｘと組み合わせると、
ｄＥＭ（ｔ）＝−ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊ｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＊Ｇｒｘ＊ｄＧｔｘ（ｔ）＝ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊Ｇｒｘ＊Ｇｔｘ＊ｄｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）
が導かれる。

従って、送信変動を補償するため、要求利得信号は、
ｄｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）＝ｄＥＭ（ｔ）／［ｄｅｍ＿ｍａｇ（ｔ）＊Ｇｔｘ（ｔ）＊Ｇｒｘ］
により変化されなければならない。

逆関数ユニット８０７は、要求大きさ信号と送信及び受信経路の利得との積を計算する。逆関数ユニット８０７は、例えばプログラム可能なルックアップテーブルを用いて実現されることができる。

逆関数ユニット８０７の得られた結果は、乗算器８０８により差分信号ＥＭ（ｔ）で増倍される。所望の要求利得変動ｄｄｅｍ＿ｇａｉｎ（ｔ）である乗算器８０８の出力は、加算器ユニット８０９により要求利得信号ｄｅｍ＿ｇａｉｎの現在値に加算される。結果は、要求利得に関する次の値であり、要求利得機能８１０の要求利得レジスタに格納される。

それが非活動的状態にあり、非ゼロのサンプルが検出されるとき、パルス開始検出機能ユニット８０１は、生成された要求大きさサンプルを検査し、開始信号を生成する。固定された又はプログラム可能な連続数の０要求大きさサンプルが検出されるとき、それは非活動状態に戻る。

パルス開始検出機能ユニット８０１により生成される開始信号は、遅延クロックユニット８０３及び要求利得機能ユニット８１０に印加される。これは、遅延クロックユニット８０３を開始させ、要求利得機能ユニット８１０の要求利得信号をプログラム可能な開始値に初期化する。これは、生成されたＲＦパルスがオーバーシュートより望ましいアンダーシュートで常に始まることを保証するのに使用されることができる。

上記の制御機能は、例えばデジタル信号プロセッサを使用することだけでなく他の態様でも実現されることができる点に留意されたい。

図４は、１チャネルＲＦ送信システムの形で、本発明の第２の実施形態によるＲＦ送信システムの機能ブロック図を示す。マルチチャネルＲＦ送信システムは、複数の斯かるチャネルにより実現されることができる。

ＲＦ送信システムは、デジタル領域において要求ＲＦ信号を生成するＲＦ波形発生器１０を有する。この要求ＲＦ信号は、複素利得前置補償器１１及び適合ユニット１７に供給される。複素利得前置補償器１１の出力は、入力信号をアナログ領域に変換するデジタルアナログ変換器１２の入力に接続される。アナログ出力信号は、ＲＦ電力増幅器１３を介してＲＦ送信機１４に供給される。これは、例えばＲＦコイルを有する。

ＲＦ送信信号は、例えばＲＦ送信機１４に及び／又は電力増幅器１３の出力に配置される小さなコイルの形のセンサを用いて検出される。これらのセンサ信号（論理和ゲート１５を持つセンサ信号の組合せにより概略的に示される）の１つは、アナログデジタル変換器１６に供給され、続いて複素利得前置補償器１１を制御する適合ユニット１７に、デジタル領域で供給される。適合ユニット１７に接続されるルックアップテーブルユニット１８が、同様に提供される。

このＲＦ送信システムにより、特に送信チャネルにおけるＲＦ要素の非線形性及びそれらの送信チャネルの２つ又はこれ以上の間での相互結合効果が、要求ＲＦ波形の閉ループデジタルプレ補償を用いて、デジタル領域において、能動的に及び自動的に補償されることができる。その結果、得られた複素アナログＲＦ送信信号が、ＲＦ波形発生器１０により生成される要求ＲＦ波形信号に対して良好な相関を持つ。

一般に、これはデジタルフィードバック経路を提供することにより実現される。そこでは、適合ユニット１７が、ＲＦ波形発生器１０により生成される要求ＲＦ信号及び実際に検出されるフィードバックＲＦ送信信号から、結果として生じる差分又は誤差を計算する。この差分又は誤差は、実際の波形と要求波形との間の誤差又は差分を最小化するため、（例えばＲＦシミング又はトランスミットＳＥＮＳＥ方法を用いて計算される）要求ＲＦ信号をプレ補償する（プレ強調する）ために使用される。また、例えば呼吸といった患者の運動により生じる要求波形からの実際の波形のずれが、自動的に考慮される。こうして、この運動を安全マージンに含ませる必要性はなく、狭い安全マージンが使用されることができる。一方、スキャンの不用意な割込みは回避される。これらの狭い安全マージンは、患者の運動が考慮されるので、ＳＡＲの過大評価が減らされることを反映する。

より詳細には、任意の望ましくない効果が上述したように補償される態様で、複素利得前置補償器１１は、ＲＦ波形発生器１０からの各入力ＲＦ要求信号の振幅及び位相（又は周波数）を調整する。要求ＲＦ信号の変化又は調整の量に関する情報は、ルックアップテーブルユニット１８に格納されるルックアップテーブルにより制御される。ここで、ルックアップテーブルは、適合ユニット１７により絶えず更新される。好ましくは、要求ＲＦ信号と検出ＲＦ送信又は出力信号との間の結果として生じる差分が最小化される態様で、ルックアップテーブルの値は更新される。

ルックアップテーブルを使用することが好ましい。なぜなら通常、適合ユニット１７は必要な訂正をリアルタイムで計算するほど十分高速に実現されることはできないからである。結果的に、ルックアップテーブルは、要求ＲＦ信号と訂正信号との間の減結合を提供する。ルックアップテーブルは、異なる送信チャネル間の送信チャネル又は結合の非線形性を考慮する振幅及び位相（又は周波数）変調を変形又は補間する情報を含む。

複素利得前置補償器１１の出力での修正される（即ち予歪される）デジタル信号は、直接変換技術を用いてデジタルアナログ変換器１２によりアナログ領域へと変換される。ＭＲＩシステムの場合には、デジタルアナログ変換器１２は、必要な磁場強度のラーモア周波数、例えば３Ｔのシステムに対しては１２８ＭＨｚを供給することができる必要がある。

予歪されるアナログ信号は、例えばＭＲアンテナ又はコイルであるＲＦ送信機１４に送信される前にＲＦ電力増幅器１３により増幅される。

直接変換技術を使用するアナログデジタル変換器１６が、ＲＦ増幅器１３の実際のＲＦ送信信号の小さな部分をデジタル化する。適合ユニット１７は、要求及び実際の信号の間の誤差を計算する。上記したように、電力増幅器１３の出力信号の小さな部分を使うことにより、又は例えばＲＦコイルの形の各ＲＦ送信機１４で結合電流又はＲＦ場センサを選択的に使用することにより、実際の信号は測定されることができる。

目的は、このデルタ／エラー信号を最小化することである。適合処理が、サンプリングされる遅延入力だけでなく、実際のＲＦ信号（出力信号）の遅延されたバージョンを使用する点に留意されたい。しかしながら、アナログデジタル変換器１６の適切に高い更新率を用いるとき、この遅延は、無視されることができ、任意の不安定性をもたらしてはならない。要求ＲＦ波形及びサンプリングされた出力信号が多分異なる時間分解能を持つので、入力信号は（線形に）補間されることになる。

図５は、再び１チャネルＲＦ送信システムの形で、本発明の第３の実施形態によるＲＦ送信システムの機能ブロック図を示す。ここでも、マルチチャネルＲＦ送信システムは、複数の斯かるチャネルにより実現されることができる。

図４に示されるのと同じ又は対応する要素は、同一参照番号を用いて表される。

ここでも、このＲＦ送信システムはデジタル領域において要求ＲＦ送信信号を生成するＲＦ波形発生器１０を有する。この信号は、複素利得前置補償器１１及び適合ユニット１７に対して供給される。複素利得前置補償器１１の出力は、入力信号をアナログ領域へと変換するデジタルアナログ変換器１２の入力に接続される。デジタルアナログ変換器１２の出力は、直角変調器１９の入力に接続される。この出力信号は、例えばＲＦコイルの形のＲＦ送信機１４にＲＦ電力増幅器１３を介して供給される。

ここでもＲＦ送信信号は、例えばＲＦ送信機１４に及び／又は電力増幅器１３の出力に配置される小さなコイルの形のセンサを用いて検出される。これらのセンサ信号（論理和ゲート１５を持つセンサ信号の組合せにより概略的に示される）の１つは、直交復調器２０に供給され、この出力は、アナログデジタル変換器１６の入力に接続される。直角変調器１９及び直交復調器２０は共に、局所発振器２１に接続される。

アナログデジタル変換器１６のデジタル出力信号は、デジタル領域で適合ユニット１７に供給される。ここでもこれは、前述したようにルックアップテーブルユニット１８を用いて複素利得前置補償器１１を制御する。

この第３の実施形態を用いると、第２の実施形態と同じ方法が、しかしながら、復調技術を用いて実行される。この場合、デジタルアナログ変換器１２は、（少なくとも所望のより高いラーモア周波数から離れた）ベースバンドに近いアナログ信号（調整された要求ＲＦ信号）を生成し、直角変調器１９は、ＲＦ送信信号の所望のより高い周波数に対してこの信号をミックスアップする。同じことが、デジタル化の間にも当てはまり、そこでは、直交復調器２０を用いて、検出ＲＦ送信信号が、アナログデジタル変換器１６が適切に処理することができるベースバンド又は周波数帯へのデジタル化の前にミックスダウンされる。

磁場強度（例えば７Ｔ）に関して、第２の実施形態及び図４に記載の直接変換技術がデジタルアナログ変換器１２に対する適切な要素の欠乏が原因で直接適用されることができない場合、このコンバータ１２は、ベースバンド（例えば１２８ＭＨｚ）と異なる信号を供給することができ、その後、直角変調器１９は、所望のラーモア周波数に対してこの信号の周波数をミックスアップする。

本発明は、単一又はマルチチャネルＲＦ送信機能を持つ任意のＭＲＩシステムに適用でき、特に高磁場強度に適用できる。例えば不均質な画像を生じさせる波の伝播効果（時々誘電共鳴と呼ばれる）の補償と組み合わせて、この問題を解決するのにトランスミットＳＥＮＳＥといった新規な方法を使用することが可能である。従って、それは、これらのマルチチャネルＲＦ送信システムのデザインにおける重要な要素である。更に、トランスミットＳＥＮＳＥといった新規な方法は、ＭＲＩシステムに対する新規な用途を可能にすることになる。にもかかわらず、複数のＴｘチャネルの使用に関する、本発明によるＲＦ信号の正確な及び独立した制御は、多くの利点を持つ。

本発明が図面及び明細書において図示及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられるべきであって限定するものではなく、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。上述の本発明の実施形態に対する変形例が、添付の請求項により規定される本発明の範囲から逸脱することなく可能である。

図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示された実施形態に対する変形が、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解され及び遂行されることができる。請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータープログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。請求項における参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (10)

1. ＲＦ送信システム用いてＲＦ送信機に供給するＲＦ送信信号を生成する方法において、
   −前記ＲＦ送信システムの出力で又は前記ＲＦ送信機で生成されるＲＦ送信信号を検出するステップと、
   −前記検出されるＲＦ送信信号をデジタル信号に変換するステップと、
   −前記ＲＦ送信システムに供給される又は前記ＲＦ送信システムにより生成される前記デジタル化された検出ＲＦ送信信号と要求ＲＦ信号との間の差分又は誤差を評価するステップと、
   −前記ＲＦ送信信号が前記要求信号に少なくとも実質的に等しい又は対応する又は相関するよう、前記差分又は誤差が少なくとも最小化又は除去される態様で、前記要求ＲＦ信号をデジタル的に調整するステップとを有する、方法。
2. 前記デジタル化された検出ＲＦ送信信号及び前記要求ＲＦ信号の間の前記差分又は誤差が、前記信号のレベル安定性、前記信号の線形性、前記信号のダイナミックレンジ、前記信号の振幅、前記信号の位相の少なくとも１つの形で評価される、請求項１に記載の方法。
3. 請求項１に記載のＲＦ送信信号を生成するＲＦ送信システムであって、
   前記ＲＦ送信システムの前記出力で又は前記ＲＦ送信機で生成されるＲＦ送信信号を検出するセンサと、前記検出ＲＦ送信信号をデジタル領域へと変換するデジタルアナログ変換器と、ＲＦ波形発生器により生成される要求ＲＦ信号及び前記検出ＲＦ送信信号から、結果として生じる差分又は誤差を前記デジタル領域において計算する適合ユニットと、前記差分又は誤差が少なくとも最小化又は除去されるよう、前記計算された差分又は誤差に基づき前記要求ＲＦ信号をデジタル的に調整する複素利得前置補償器とを有する、ＲＦ送信システム。
4. 前記適合ユニットにより計算される前記差分又は誤差に基づき、前記要求ＲＦ信号の調整量を制御するためのルックアップテーブルを格納するルックアップテーブルユニットが提供される、請求項３に記載のＲＦ送信システム。
5. 前記要求ＲＦ信号及び前記ＲＦ送信信号の間の前記計算された差分又は誤差が少なくとも最小化又は除去されるという態様で、前記ルックアップテーブルユニットに格納される前記ルックアップテーブルを更新する前記適合ユニットが提供される、請求項４に記載のＲＦ送信システム。
6. 前記ＲＦ送信信号の所望のより高い周波数へと前記調整された要求ＲＦ信号をミックスアップする直角変調器と、デジタル化の前に、前記デジタルアナログ変換器を用いて所望の低い周波数へと前記検出ＲＦ送信信号をミックスダウンする直交復調器とを有する、請求項３に記載のＲＦ送信システム。
7. 請求項１に記載のＲＦ送信信号を生成するＲＦ送信システムであって、
   ＲＦ送信機にＲＦ信号を供給するＲＦ電力増幅器と、前記ＲＦ電力増幅器に入力信号を提供する起動回路と、前記起動回路を制御する制御回路とを有し、前記制御回路が、前記ＲＦ電力増幅器の又は前記ＲＦ送信機の前記出力信号をサンプリングするため、前記測定された出力信号と要求信号とをデジタル的に比較するため、及び前記ＲＦ電力増幅器に対する前記入力信号をデジタル的に修正するために提供される、ＲＦ送信システム。
8. 前記制御回路が、選択されたＭＲ取得シーケンスに基づき前記起動回路をプリセットため、フィードフォワード機能と共に提供される、請求項７に記載のＲＦ送信システム。
9. 請求項３に記載の少なくとも１つのＲＦ送信システムを有する磁気共鳴撮像システム。
10. プログラム可能なマイクロコンピュータで実行されるとき、請求項１に記載の方法を実行するよう、又は前記方法に用いられるよう構成されるコンピュータープログラムコードを有するコンピュータープログラム。

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