JP2024054738A - 高周波増幅装置、及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品を追加すること無く、バランを共通化すること。【解決手段】高周波増幅装置は、高周波信号を増幅させる高周波増幅装置であって、バランと、増幅回路と、整合回路と、を備える。前記バランは、入力された不平衡信号を平衡信号に変換する。前記増幅回路は、前記バランから出力される前記平衡信号を増幅させる。前記整合回路は、前記バランと前記増幅回路との間に設けられインピーダンスを整合させる。そして、前記バランは、当該バランのポートに接続された補助巻き線を有する。【選択図】図６

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り ウェブサイトの掲載日 令和３年１０月１４日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｔｅａｍｓ．ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ／ｌ／ｃｈａｎｎｅｌ／１９％３ａａ０７２８５ａ４８０５９４ｄ０ｄ９４５１１ｂ８ｆｂｆｂ８ｃ９ｃ０％４０ｔｈｒｅａｄ．ｔａｃｖ２／％２５Ｅ３％２５８２％２５ＡＡ％２５Ｅ３％２５８３％２５Ｂ３％２５Ｅ３％２５８３％２５８７％２５Ｅ３％２５８３％２５９Ｅ％２５Ｅ３％２５８３％２５Ｂ３％２５Ｅ３％２５８３％２５８９％２５Ｅ９％２５８５％２５８Ｄ％２５Ｅ４％２５ＢＦ％２５Ａ１？ｇｒｏｕｐＩｄ＝０ｄｂ９ａ４ｃ３－７８ａ１－４２９０－ａ８２６－１ｆｃ７ｃ２ｄｂｃ３２ｃ＆ｔｅｎａｎｔＩｄ＝８ａ２ｄ０ｅ４０－６１０６－４１ａ９－ａ０２９－７５７ｆ６ｄ４１５ａ５ｄ

本明細書及び図面に開示の実施形態は、高周波増幅装置、及び磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、磁気共鳴イメージング装置は、高周波を増幅させる高周波増幅装置を有する。高周波増幅装置は、平衡伝送と不平衡伝送とを変換し、インピーダンスを変換するバランと、増幅回路に応じたインピーダンスに整合する整合回路とを有する。

バランのサイズは、磁気共鳴イメージング装置の静磁場の強度（例えば、１．５テスラ、３．０テスラ等）に応じて異なるのが一般的である。一方、製造効率化の観点から、磁気共鳴イメージング装置の静磁場の強度に関わらず、バランのサイズを統一する試みがある。バランのサイズを統一する際には、高周波増幅装置にコイルやインダクタンスをバランに追加することでインピーダンスを調整する。

しかしながら、コイルやインダクタンスを付加すると部品点数が増加し、部品コストが増加してしまう。

特表２０１５－５０９７８３号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、部品を追加すること無く、バランを共通化することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る高周波増幅装置は、高周波信号を増幅させる高周波増幅装置であって、バランと、増幅回路と、整合回路と、を備える。前記バランは、入力された不平衡信号を平衡信号に変換する。前記増幅回路は、前記バランから出力される前記平衡信号を増幅させる。前記整合回路は、前記バランと前記増幅回路との間に設けられインピーダンスを整合させる。そして、前記バランは、当該バランのポートに接続された補助巻き線を有する。

図１は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る高周波増幅装置の回路構成の一例を示す図である。 図３は、静磁場の強度ごとのプレーナバランの一例を示す図である。 図４は、コイルまたはコンデンサが追加されたプレーナバランの一例を示す図である。 図５は、本実施形態に係るプレーナバランの一例を示す斜視図である。 図６は、本実施形態に係る第１層バランの一例を示す正面図である。 図７は、変形例１に係る高周波増幅装置の回路構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に関する高周波増幅装置、及び磁気共鳴イメージング装置について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置１００の一例を示す図である。図１に示すように、ＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路１０９と、送信回路１１３と、送信コイル１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、撮像制御回路１２１と、システム制御回路１２３と、メモリ１２５と、入力インターフェース１２７と、ディスプレイ１２９と、処理回路１３１と、を備える。ＭＲＩ装置１００は、磁気共鳴イメージング装置の一例である。

静磁場磁石１０１は、中空の略円筒形状に形成された磁石である。静磁場磁石１０１は、内部の空間に略一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、円筒形の冷却容器の内面側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、傾斜磁場電源１０５から個別に電流供給を受けて、互いに直交するＸ、Ｙ、及びＺの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。傾斜磁場コイル１０３によって発生されるＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場および周波数エンコード用傾斜磁場を形成する。スライス選択用傾斜磁場は、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴信号（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号と呼ぶ）の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。

傾斜磁場電源１０５は、撮像制御回路１２１の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。

寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。

寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路である。寝台制御回路１０９は、入力インターフェース１２７を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動することで、天板１０７１を長手方向および上下方向、場合によっては左右方向へ移動させる。

送信回路１１３は、撮像制御回路１２１の制御により、ラーモア周波数で変調された高周波パルスを送信コイル１１５に供給する。例えば、送信回路１１３は、発振部や位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アンプなどを有する。発振部は、静磁場中における対象原子核に固有の共鳴周波数のＲＦパルスを発生する。位相選択部は、発振部によって発生したＲＦパルスの位相を選択する。周波数変換部は、位相選択部から出力されたＲＦパルスの周波数を変換する。振幅変調部は、周波数変換部から出力されたＲＦパルスの振幅を例えばｓｉｎｃ関数に従って変調する。ＲＦアンプは、振幅変調部から出力されたＲＦパルスを増幅して送信コイル１１５に供給する。また、送信回路１１３は、１以上の高周波増幅装置２００を備える。高周波増幅装置２００は、例えばＲＦアンプである。

送信コイル１１５は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。送信コイル１１５は、送信回路１１３からの出力に応じて、高周波磁場に相当するＲＦパルスを発生する。

受信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。受信コイル１１７は、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信されたＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメント（以下、複数のコイルと呼ぶ）を有するコイルアレイである。以下、説明を具体的にするために、受信コイル１１７は、複数のコイルを有するコイルアレイとして説明する。

なお、図１において送信コイル１１５と受信コイル１１７とは別個のＲＦコイルとして記載されているが、送信コイル１１５と受信コイル１１７とは、一体化された送受信コイルとして実施されてもよい。送受信コイルは、被検体Ｐの撮像部位に対応し、例えば、頭部コイルのような局所的な送受信ＲＦコイルである。

受信回路１１９は、撮像制御回路１２１の制御により、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタルのＭＲ信号（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。具体的には、受信回路１１９は、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に対して、検波、フィルタリングなどの信号処理を施した後、当該信号処理が施されたデータに対してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ））変換（以下、Ａ／Ｄ変換と呼ぶ）して、ＭＲデータを生成する。受信回路１１９は、生成されたＭＲデータを、撮像制御回路１２１に出力する。例えば、ＭＲデータは、複数のコイル各々において生成され、複数のコイル各々を識別するタグとともに、撮像制御回路１２１に出力される。

撮像制御回路１２１は、処理回路１３１から出力された撮像プロトコルに従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３及び受信回路１１９等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。撮像プロトコルは、検査の種類に応じたパルスシーケンスを有する。撮像プロトコルには、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１３により送信コイル１１５に供給される高周波パルスの大きさや時間幅、送信回路１１３により送信コイル１１５に高周波パルスが供給されるタイミング、受信コイル１１７によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義されている。撮像制御回路１２１は、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３及び受信回路１１９等を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路１１９からＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを処理回路１３１へ転送する。

なお、撮像制御回路１２１は、被検体Ｐの撮像に用いられる受信コイル１１７の感度の分布を示す画像の生成に関するＭＲデータを、任意の撮像手法により収集してもよい。コイルの感度を示す画像は、複素数のデータで表現される。受信コイル１１７の感度の分布を示す画像の生成に関するＭＲデータの収集は、例えば、被検体Ｐに対するスキャンに先立って、ロケータスキャンなどを含むプリスキャンにおいて撮像制御回路１２１により実行される。撮像制御回路１２１は、例えばプロセッサにより実現される。

「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

システム制御回路１２３は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ等を有し、システム制御機能によりＭＲＩ装置１００を制御する。具体的には、システム制御回路１２３は、メモリに記憶されたシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従ってＭＲＩ装置１００の各回路を制御する。

例えば、システム制御回路１２３は、入力インターフェース１２７を介して操作者から入力された撮像条件に基づいて、撮像プロトコルをメモリ１２５から読み出す。システム制御回路１２３は、撮像プロトコルを撮像制御回路１２１に送信し、被検体Ｐに対する撮像を制御する。システム制御回路１２３は、例えばプロセッサにより実現される。なお、システム制御回路１２３は、処理回路１３１に組み込まれてもよい。このとき、システム制御機能は処理回路１３１により実行され、処理回路１３１は、システム制御回路１２３の代替として機能する。システム制御回路１２３を実現するプロセッサは、上述と同様な内容なため、説明は省略する。

メモリ１２５は、システム制御回路１２３において実行されるシステム制御機能に関する各種プログラム、各種撮像プロトコル、撮像プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。また、メモリ１２５は、処理回路１３１により実現される各種機能を、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶する。

なお、メモリ１２５は、不図示の通信インターフェースを介して受信された各種データを記憶してもよい。例えば、メモリ１２５は、放射線情報システム（ＲＩＳ：Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）等の医療機関内の情報処理システムから受信した被検体Ｐの検査オーダに関する情報（撮像対象部位、検査目的等）を記憶する。

メモリ１２５は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、光ディスク等により実現される。また、メモリ１２５は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭドライブやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）ドライブ、フラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等で実現されてもよい。

入力インターフェース１２７は、操作者からの各種指示（例えば、電源投入指示）や情報入力を受け付ける。入力インターフェース１２７は、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インターフェース１２７は、処理回路１３１に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路１３１へと出力する。なお、本明細書において入力インターフェース１２７は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、ＭＲＩ装置１００とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェース１２７の例に含まれる。

入力インターフェース１２７は、ディスプレイ１２９に表示されたプリスキャン画像に対して、ユーザの指示によりＦＯＶを入力する。具体的には、入力インターフェース１２７は、ディスプレイ１２９に表示されたロケータ画像において、ユーザによる範囲の設定指示によりＦＯＶを入力する。また、入力インターフェース１２７は、検査オーダに基づくユーザの指示により、スキャンに関する各種撮像パラメータを入力する。

ディスプレイ１２９は、処理回路１３１またはシステム制御回路１２３による制御のもとで、各種のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）や、処理回路１３１によって生成されたＭＲ画像等を表示する。また、ディスプレイ１２９は、スキャンに関する撮像パラメータ撮像、および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイ１２９は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスにより実現される。

処理回路１３１は、例えば、上述のプロセッサなどにより実現される。処理回路１３１は、各種機能などを備える。各種機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ１２５に記憶されている。例えば、処理回路１３１は、プログラムをメモリ１２５から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１３１は、各種機能を有することとなる。

上記説明では、「プロセッサ」が各機能に対応するプログラムをメモリ１２５から読み出して実行する例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。プロセッサが例えばＣＰＵである場合、プロセッサはメモリ１２５に保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサがＡＳＩＣである場合、メモリ１２５にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。また、単一の記憶回路が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路１３１は個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

次に、高周波増幅装置２００について説明する。図２は、第１の実施形態に係る高周波増幅装置２００の回路構成の一例を示す図である。高周波増幅装置２００は、高周波信号を増幅させる回路である。高周波増幅装置２００は、例えば、送信回路１１３に搭載される。

高周波増幅装置２００は、第１プレーナバラン２１０ａと、第１ＬＣ整合回路２２０ａと、増幅回路２３０と、第２ＬＣ整合回路２２０ｂと、第２プレーナバラン２１０ｂとを備える。第１プレーナバラン２１０ａと、第２プレーナバラン２１０ｂとを区別しない場合には、プレーナバラン２１０と呼称する。第１ＬＣ整合回路２２０ａと、第２ＬＣ整合回路２２０ｂと、を区別しない場合には、ＬＣ整合回路２２０と呼称する。

第１プレーナバラン２１０ａは、不平衡信号を平衡信号に変換するバランである。第１プレーナバラン２１０ａは、バラン及び第１バランの一例である。不平衡伝送は、シングルエンド伝送とも呼ばれ、１本の伝送路により信号を伝送する方式である。平衡伝送は、差動信号等の２本の伝送路により信号を伝送する方式である。さらに詳しくは、第１プレーナバラン２１０ａは、高周波増幅装置２００の入力ポートから不平衡伝送により不平衡信号が入力される。第１プレーナバラン２１０ａは、入力された不平衡信号を平衡信号に変換する。さらに、第１プレーナバラン２１０ａは、入力側と出力側とでインピーダンスを変換する。第１プレーナバラン２１０ａは、不平衡信号側と平衡信号側とでインピーダンスを変換する。そして、第１プレーナバラン２１０ａは、平衡信号を第１ＬＣ整合回路２２０ａに出力する。

第１ＬＣ整合回路２２０ａは、第１プレーナバラン２１０ａと増幅回路２３０との間に設けられ、インピーダンスを整合させる。第１ＬＣ整合回路２２０ａは、整合回路及び第１整合回路の一例である。すなわち、第１ＬＣ整合回路２２０ａは、増幅回路２３０に適したインピーダンスになるように整合させる。例えば、第１ＬＣ整合回路２２０ａは、コイルやコンデンサによりインピーダンスを整合させる。

増幅回路２３０は、第１ＬＣ整合回路２２０ａから出力される平衡信号を増幅させる回路である。例えば、増幅回路２３０は、プッシュプル増幅回路である。例えば、増幅回路２３０は、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により形成される。

第２ＬＣ整合回路２２０ｂは、増幅回路２３０と第２プレーナバラン２１０ｂとの間に設けられ、インピーダンスを整合させる。第２ＬＣ整合回路２２０ｂは、第２整合回路の一例である。すなわち、第２ＬＣ整合回路２２０ｂは、高周波増幅装置２００の出力先にしたインピーダンスになるように整合させる。例えば、第２ＬＣ整合回路２２０ｂは、コイルやリアクタンスによりインピーダンスを整合させる。

第２プレーナバラン２１０ｂは、平衡伝送による平衡信号を不平衡伝送による不平衡信号に変換するバランである。第２プレーナバラン２１０ｂは、第２バランの一例である。さらに詳しくは、第２プレーナバラン２１０ｂは、第２ＬＣ整合回路２２０ｂから出力された平衡信号を不平衡信号に変換する。さらに、第２プレーナバラン２１０ｂは、入力側と出力側とでインピーダンスを変換する。第２プレーナバラン２１０ｂは、平衡信号側と不平衡信号側とでインピーダンスを変換する。そして、第２プレーナバラン２１０ｂは、不平衡信号を高周波増幅装置２００の出力先に出力する。

一般的にＭＲＩ装置は、機種に応じて、静磁場の強度が異なっている。例えば、静磁場の強度には、１．５テスラと、３．０テスラとが有る。従来、プレーナバランは、静磁場の強度に応じた大きさに形成されていた。図３は、静磁場の強度ごとのプレーナバランの一例を示す図である。図３の（ａ）は、１．５テスラ用のプレーナバランの一例を示す図である。図３の（ｂ）は、３．０テスラ用のプレーナバランの一例を示す図である。

プレーナバランは、周波数が低くなるに従い、大きくなる。すなわち、図３に示すように、１．５テスラ用のプレーナバランは、３．０テスラ用のプレーナバランにより大きく形成される。静磁場の強度にかかわらず共通化する場合、プレーナバランは、１．５テスラ用を用いる必要がある。これは、信号の波長と結合とに合わせるためである。

また、プレーナバランは、静磁場の強度が強くなり、周波数が高くなるとインピーダンスが高くなる。すなわち、プレーナバランは、インピーダンス変換率が小さくなる。３．０テスラのＭＲＩ装置で１．５テスラ用のプレーナバランを用いる場合、ＬＣ整合回路は、増幅回路に応じたインピーダンスに応じた定数になるように設計される。しかしながら、ＬＣ整合回路のインピーダンス変換率には限度がある。

そして、３．０テスラのＭＲＩ装置で１．５テスラ用のプレーナバランを用いる場合、プレーナバランのインピーダンス変換率が小さくなっているため、ＬＣ整合回路は、インピーダンスを整合させることができなくなってしまう。

そこで、プレーナバランにコイルやコンデンサが追加される方法が考えられる。プレーナバランは、コイルやコンデンサが追加されることでインピーダンスが低下する。すなわち、プレーナバランは、コイルやコンデンサが追加されることでインピーダンス変換率を大きくすることができる。図４は、コイルまたはコンデンサが追加されたプレーナバランの一例を示す図である。図４の（ａ）は、コンデンサが追加されたプレーナバランの一例を示す図である。図４の（ｂ）は、コイルが追加されたプレーナバランの一例を示す図である。図４の（ａ）又は（ｂ）に示すように、プレーナバランは、コイルやコンデンサが追加されることでインピーダンスが低下し、インピーダンス変換率を大きくすることができる。したがって、ＬＣ整合回路は、インピーダンスを整合させることが可能になる。

しかしながら、プレーナバランにコイルやコンデンサを追加すると部品点数が増えてしまう。また、増幅回路の出力側は、高耐圧な部品が必要となるため部品コストが増加してしまう。

図５は、本実施形態に係るプレーナバラン２１０の一例を示す斜視図である。図６は、本実施形態に係る第１層バラン２１１の一例を示す正面図である。

プレーナバラン２１０は、複数の層を有する層構造の基板に形成される。また、プレーナバラン２１０は、複数層においてプリント配線により形成される。図５に示すように、プレーナバラン２１０は、基板の第１層に形成される第１層バラン２１１と基板の第２層に形成される第２層バラン２１２とを有する。

第１層バラン２１１は、ＬＣ整合回路２２０を介して、増幅回路２３０に接続される。すなわち、第１プレーナバラン２１０ａの第１層バラン２１１は、第１ＬＣ整合回路２２０ａを介して、増幅回路２３０に接続される。また、第２プレーナバラン２１０ｂの第１層バラン２１１は、第２ＬＣ整合回路２２０ｂを介して、増幅回路２３０に接続される。

第２層バラン２１２は、高周波増幅装置２００の入力ポート又は出力ポートに接続される。すなわち、第１プレーナバラン２１０ａの第２層バラン２１２は、高周波増幅装置２００の入力ポートに接続される。第２プレーナバラン２１０ｂの第２層バラン２１２は、高周波増幅装置２００の出力ポートに接続される。なお、図５に示すプレーナバラン２１０は、第１層バラン２１１と第２層バラン２１２との２層構造を有しているが、３層以上の層を有していてもよい。

第１層バラン２１１は、主要部２１３と、補助部２１４とを有する。主要部２１３は、主要巻き線部２１３１と、第１接続部２１３２とを備える。すなわち、主要巻き線部２１３１は、プリント配線によりコイル状に形成された巻き線である。図５及び図６に示す主要巻き線部２１３１は、巻き線により矩形に形成される。しかしながら、主要巻き線部２１３１は、矩形に限らず、円形又は多角形に形成されていてもよい。第１接続部２１３２は、主要巻き線部２１３１の両端に形成され、ＬＣ整合回路２２０に接続される。

補助部２１４は、プリント配線により形成された巻き線である。言い換えると、補助部２１４は、インダクタンスである。そのため、補助部２１４は、プレーナバラン２１０のインピーダンスを低下させる。したがって、補助部２１４は、プレーナバラン２１０のインピーダンス変換率を大きくすることができる。さらに詳しくは、補助部２１４は、連結部２１４１と、補助巻き線部２１４２とを備える。補助巻き線部２１４２は、プリント配線によりコイル状に形成された巻き線である。連結部２１４１は、補助巻き線部２１４２の両端に形成され、主要部２１３の第１接続部２１３２に接続される。すなわち、プレーナバラン２１０は、プレーナバラン２１０のポートに接続された補助巻き線部２１４２を有する。そして、補助巻き線部２１４２は、主要巻き線部２１３１と並列に接続される。

また、補助巻き線部２１４２は、第１プレーナバラン２１０ａと第２プレーナバラン２１０ｂとのの少なくとも一方において、コイル状に形成された主要巻き線部２１３１の内側に、プリント配線によりコイル状に形成される。すなわち、補助巻き線部２１４２は、プレーナバラン２１０の複数層のうち、増幅回路２３０と接続される層にコイル状に形成される。図５に示す補助巻き線部２１４２は、矩形に形成されている。しかしながら、補助巻き線部２１４２は、矩形に限らず、円形又は多角形に形成されていてもよい。

また、補助巻き線部２１４２において、巻き線の長さと、巻き線の幅とに応じてインダクタンスは決定される。従って、補助巻き線部２１４２は、求められるインダクタンスに応じて、巻き線の長さと巻き線の幅とが決定される。

また、図５及び図６に示す補助巻き線部２１４２は、主要巻き線部２１３１と同様に矩形に形成されている。しかしながら、補助巻き線部２１４２と、主要巻き線部２１３１とは異なる形状であってもよい。例えば、補助巻き線部２１４２は、円形であり、主要巻き線部２１３１は、矩形であってもよい。

第２層バラン２１２は、第２層巻き線部２１２１と、第２層接続部２１２２とを備える。第２層巻き線部２１２１は、プリント配線により形成された巻き線である。第２層接続部２１２２は、第２層巻き線部２１２１を形成する巻き線の一方の端に設けられ、プリント配線により形成される。第２層接続部２１２２は、高周波増幅装置２００の入力ポート又は出力ポートに接続される。

このように、高周波増幅装置２００は、第１プレーナバラン２１０ａと第２プレーナバラン２１０ｂとの両方が補助巻き線部２１４２を有する。

このような構造において、第１プレーナバラン２１０ａは、第２層巻き線部２１２１から第２層接続部２１２２に電流が流れた場合に、図５に示す矢印方向に磁界が発生する。図５に示す矢印方向に磁界が発生した場合に、主要巻き線部２１３１は、電磁誘導により電流が流れる。すなわち、主要巻き線部２１３１は、第２層巻き線部２１２１に流れた電流よりも位相が１８０度ずれた電流が流れる。これにより、第１プレーナバラン２１０ａは、入力された不平衡伝送における不平衡信号を平衡伝送における平衡信号に変換する。

一方、第２プレーナバラン２１０ｂは、第１接続部２１３２から主要巻き線部２１３１に電流が流れた場合に、図５に示す矢印方向に磁界が発生する。図５に示す矢印方向に磁界が発生した場合に、第２層巻き線部２１２１は、電磁誘導により電流が流れる。すなわち、第２層巻き線部２１２１は、主要巻き線部２１３１に流れた電流よりも位相が１８０度ずれた電流が流れる。これにより、第２プレーナバラン２１０ｂは、平衡伝送における平衡信号を不平衡伝送における不平衡信号に変換する。

更に、プリント配線により形成された巻き線である補助巻き線部２１４２は、インダクタンスとして機能する。そのため、補助巻き線部２１４２は、第１接続部２１３２の両端の間に配置されたインダクタンスのように見え、主要巻き線部２１３１のインピーダンスを下げることができる。したがって、補助部２１４は、プレーナバラン２１０のインピーダンス変換率を大きくすることができる。

以上のように、第１の実施形態に係る高周波増幅装置２００は、第１プレーナバラン２１０ａと、第１ＬＣ整合回路２２０ａと、増幅回路２３０と、第２ＬＣ整合回路２２０ｂと、第２プレーナバラン２１０ｂとを備える。第１プレーナバラン２１０ａと、第２プレーナバラン２１０ｂとの少なくとも一方は、プリント配線により形成された補助巻き線を有する補助巻き線部２１４２を備える。補助巻き線部２１４２は、インダクタンスであるかのように見え、補助巻き線部２１４２を有するプレーナバラン２１０のインピーダンスを下げることができる。したがって、プレーナバラン２１０は、図４に示すコイルやコンデンサが追加されなくても、インピーダンス変換率を大きくすることができる。そして、ＬＣ整合回路２２０は、インピーダンスを整合させることが可能になる。

このように、高周波増幅装置２００は、図４に示すようにコイルやコンデンサなどの部品が、１．５テスラ用の大きさのプレーナバラン２１０に追加されなくても、ＬＣ整合回路２２０により増幅回路２３０に整合させることができる。すなわち、高周波増幅装置２００は、１．５テスラ用の大きさのプレーナバラン２１０に部品を追加しなくても、３．０テスラのＭＲＩ装置１００の送信回路１１３に用いることができる。したがって、高周波増幅装置２００は、部品を追加すること無く、バランを共通化することである。

また、１．５テスラ用の大きさのプレーナバラン２１０は、１．０テスラのＭＲＩ装置１００の送信回路１１３に用いることができる。したがって、高周波増幅装置２００は、コイルやコンデンサなどの部品が追加されることなく、１．５テスラのＭＲＩ装置１００と３．０テスラのＭＲＩ装置１００とで共通して使用することができる。

（変形例１）
図７は、変形例１に係る高周波増幅装置２００ａの回路構成の一例を示す図である。高周波増幅装置２００ａは、第１ＬＣ整合回路２２０ａに代えて第１可変ＬＣ整合回路２２１ａを有し、第２ＬＣ整合回路２２０ｂに代えて第２可変ＬＣ整合回路２２１ｂを有する。第１可変ＬＣ整合回路２２１ａは、第１設定部２２２ａを有する。また、第２可変ＬＣ整合回路２２１ｂは、第２設定部２２２ｂを有する。第１可変ＬＣ整合回路２２１ａと、第２可変ＬＣ整合回路２２１ｂとを区別しない場合には、可変ＬＣ整合回路２２１と呼称する。第１設定部２２２ａと、第２設定部２２２ｂとを区別しない場合には、設定部２２２と呼称する。

可変ＬＣ整合回路２２１は、インピーダンスを変更可能な素子を有する。例えば、可変ＬＣ整合回路２２１は、静電容量を変更可能な可変コンデンサや、コイルの半径を変えて断面積を変えることによりインダクタンスを変更可能なコイルを有する。可変ＬＣ整合回路２２１は、可変コンデンサや、インダクタンスを変更可能なコイルによりインピーダンスを変更する。

設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１のインピーダンスを設定する。さらに詳しくは、設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１に含まれるコイルやコンデンサの定数を設定する。例えば、設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１に含まれるコイルの半径を変更することでインダクタンスを変更する。例えば、設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１に含まれる可変コンデンサの静電容量を変更する。これにより、設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１のインピーダンスを設定する。

このように、設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１のインピーダンスを設定することで静磁場の強度が１．５テスラと３．０テスラとの何れにも対応させることができる。すなわち、ＭＲＩ装置１００の静磁場強度が可変の場合に、設定部２２２は、可変ＬＣ整合回路２２１を各静磁場強度に対応させることができる。

また、図７に示す高周波増幅装置２００ａは、第１可変ＬＣ整合回路２２１ａと、第２可変ＬＣ整合回路２２１ｂとを有していると説明した。しかしながら、第１可変ＬＣ整合回路２２１ａと、第２可変ＬＣ整合回路２２１ｂとの何れか一方は、第１ＬＣ整合回路２２０ａ、又は第２ＬＣ整合回路２２０ｂであってもよい。すなわち、高周波増幅装置２００ａは、第１設定部２２２ａを有する第１可変ＬＣ整合回路２２１ａ、又は第２設定部２２２ｂを有する第２可変ＬＣ整合回路２２１ｂを有していてもよい。

（変形例２）
図５及び図６に示す補助巻き線部２１４２は、主要巻き線部２１３１の内側に形成されている。しかしながら、補助巻き線部２１４２は、主要巻き線部２１３１の外側に形成されていてもよい。

（変形例３）
図５及び図６に示す補助巻き線部２１４２は、第１層バラン２１１に形成されている。しかしながら、補助巻き線部２１４２は、第１層バラン２１１と第２層バラン２１２との両方に形成されていてもよい。

（変形例４）
変形例４に係る高周波増幅装置２００は、第１プレーナバラン２１０ａと第２プレーナバラン２１０ｂとの両方が補助巻き線部２１４２を有すると説明した。しかしながら、補助巻き線部２１４２は、第１プレーナバラン２１０ａと第２プレーナバラン２１０ｂとの少なくとも一方に形成されていればよい。すなわち、高周波増幅装置２００は、第１プレーナバラン２１０ａと第２プレーナバラン２１０ｂとの少なくとも一方において、プレーナバラン２１０のポートに接続された補助巻き線部２１４２を有していればよい。

以上説明した少なくとも１つの実施形態等によれば、部品を追加すること無く、バランを共通化することができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ ＭＲＩ装置
１１３ 送信回路
１１５ 送信コイル
２００、２００ａ 高周波増幅装置
２１０ａ 第１プレーナバラン
２１０ｂ 第２プレーナバラン
２１０ プレーナバラン
２１１ 第１層バラン
２１２ 第２層バラン
２１２１ 第２層巻き線部
２１２２ 第２層接続部
２１３ 主要部
２１３１ 主要巻き線部
２１３２ 第１接続部
２１４ 補助部
２１４１ 連結部
２１４２ 補助巻き線部
２２０ｂ 第２ＬＣ整合回路
２２０ａ 第１ＬＣ整合回路
２２０ ＬＣ整合回路
２３０ 増幅回路
２２１ 可変ＬＣ整合回路
２２１ａ 第１可変ＬＣ整合回路
２２１ｂ 第２可変ＬＣ整合回路
２２２ 設定部
２２２ａ 第１設定部
２２２ｂ 第２設定部

Claims (8)

1. 高周波信号を増幅させる高周波増幅装置であって、
   入力された不平衡信号を平衡信号に変換するバランと、
   前記バランから出力される前記平衡信号を増幅させる増幅回路と、
   前記バランと前記増幅回路との間に設けられインピーダンスを整合させる整合回路と、
   を備え、
   前記バランは、当該バランのポートに接続された補助巻き線を有する、
   高周波増幅装置。
2. 前記バランは、第１バランであり、
   前記整合回路は、第１整合回路であり、
   前記増幅回路により増幅される前記平衡信号を不平衡信号に変換する第２バランと、
   前記増幅回路と前記第２バランとの間に設けられインピーダンスを整合させる第２整合回路と、
   を更に備え、
   前記補助巻き線は、前記第１バランと、前記第２バランとの少なくとも一方に配置される、
   請求項１に記載の高周波増幅装置。
3. 前記バランは、プリント配線によりコイル状に形成され、
   前記補助巻き線は、前記コイル状に形成された内側にプリント配線によりコイル状に形成される、
   請求項１に記載の高周波増幅装置。
4. 前記バランは、複数層においてプリント配線により形成される、
   請求項１に記載の高周波増幅装置。
5. 前記補助巻き線は、前記複数層のうち、前記増幅回路と接続される層にコイル状に形成される、
   請求項４に記載の高周波増幅装置。
6. 前記整合回路は、インピーダンスを設定する設定部を有する、
   請求項１に記載の高周波増幅装置。
7. 前記補助巻き線は、円形または多角形に形成される、
   請求項１から請求項６の何れか一項に記載の高周波増幅装置。
8. 高周波信号を増幅させる高周波増幅装置を有する磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記高周波増幅装置は、
   入力された不平衡信号を平衡信号に変換するバランと、
   前記バランから出力される前記平衡信号を増幅させる増幅回路と、
   前記バランと前記増幅回路との間に設けられインピーダンスを整合させる整合回路と、
   を備え、
   前記バランは、当該バランのポートに接続された補助巻き線を有する、
   磁気共鳴イメージング装置。

Images