JP7199852B2 - 高周波電源及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、高周波電源及び磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置におけるＲＦアンプ（高周波電源）において、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が増幅回路（増幅器）に用いられる場合がある。このような場合、典型的には、増幅回路はＡＢ級で使用されるため、定格出力電力付近で、電力効率が良くなるように回路が調整される。

しかしながら、出力信号の大きさが、定格出力を大きく下回る場合、高周波電源の電力効率が低下する場合があった。

特開２０１７－１５８８８３号公報

本発明が解決しようとする課題は、電力効率を改善することである。

実施形態に係る高周波電源は、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号を増幅し高周波コイルに供給する高周波電源であって、増幅器と、制御部とを備える。増幅器は、入力信号を増幅して増幅信号を出力する。制御部は、増幅器が入力信号の増幅に用いる電源電圧を、入力信号の大きさに応じて変化させる。

図１は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の一例を示した図である。 図２は、比較例に係る高周波電源の一例を示した図である。 図３は、実施形態に係る背景について説明した図である。 図４は、実施形態に係る背景について説明した図である。 図５は、実施形態に係る高周波電源の一例を示した図である。 図６は、実施形態に係る高周波電源の行う処理の一例について示した図である。 図７は、実施形態に係る高周波電源の行う処理の一例を示したフローチャートである。

（実施形態）
図１を用いて、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の全体構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００のブロック図である。

図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０２と、傾斜磁場電源１０３と、寝台１０４と、寝台制御回路１０５と、送信コイル１０６と、送信回路１０７と、受信コイル１０８と、受信回路１０９と、シーケンス制御回路１１０と、計算機システム１２０と、高周波電源１とを備える。なお、磁気共鳴イメージング装置１００に被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。

静磁場磁石１０１は、中空の円筒形状に形成された磁石であり、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１は、例えば、永久磁石、超伝導磁石等である。

傾斜磁場コイル１０２は、中空の円筒形状に形成されたコイルであり、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成されており、これら３つのコイルは、傾斜磁場電源１０３から個別に電流を受けて、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。なお、Ｚ軸方向は、静磁場と同方向とする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸及びＹ軸に垂直な方向とする。

なお、傾斜磁場コイル１０２によって発生する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Ｇｓ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、及びリードアウト用傾斜磁場Ｇｒを形成する。スライス選択用傾斜磁場Ｇｓ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Ｇｅは、空間的位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇｒ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１０３は、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する。

寝台１０４は、被検体Ｐが載置される天板１０４ａを備え、寝台制御回路１０５による制御のもと、天板１０４ａを、被検体Ｐが載置された状態で撮像口内へ挿入する。通常、寝台１０４は、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように設置される。寝台制御回路１０５は、計算機システム１２０による制御のもと、寝台１０４を駆動して天板１０４ａを長手方向及び上下方向へ移動する。

送信コイル１０６は、傾斜磁場コイル１０２の内側に配置され、送信回路１０７からＲＦ（Radio Frequency）パルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信回路１０７は、対象とする原子核の種類及び磁場の強度で決まるラーモア周波数に対応するＲＦパルスを送信コイル１０６に供給する。

受信コイル１０８は、傾斜磁場コイル１０２の内側に配置され、高周波磁場の影響によって被検体Ｐから発せられるＭＲ信号を受信する。受信コイル１０８は、ＭＲ信号を受信すると、受信したＭＲ信号を受信回路１０９へ出力する。例えば、受信コイル１０８は、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。

受信回路１０９は、受信コイル１０８から出力されるＭＲ信号に基づいてＭＲデータを生成する。具体的には、受信回路１０９は、受信コイル１０８から出力されるＭＲ信号に対して、前置増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅、フィルタリング等の各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ/デジタル変換する。これにより、受信回路１０９は、デジタル化された複素数データであるＭＲデータを生成する。受信回路１０９が生成したＭＲデータは、生データとも呼ばれる。

また、受信回路１０９は、生成したＭＲデータをシーケンス制御回路１１０へ送信する。なお、受信回路１０９は、静磁場磁石１０１や傾斜磁場コイル１０２等を備える架台装置側に備えられていてもよい。

ここで、第１の実施形態において、受信コイル１０８の各コイルエレメントから出力されるＭＲ信号は、適宜分配合成されることで、チャネル等と呼ばれる単位で受信回路１０９に出力される。このため、ＭＲデータは、受信回路１０９以降の後段の処理においてチャネル毎に取り扱われる。

コイルエレメントの総数とチャネルの総数との関係は、同一の場合もあれば、コイルエレメントの総数に対してチャネルの総数が少ない場合、あるいは反対に、コイルエレメントの総数に対してチャネルの総数が多い場合もある。なお、分配合成のタイミングは、上述したタイミングに限られるものではない。ＭＲ信号若しくはＭＲデータは、後述する画像生成機能１２２による処理の前までに、チャネル単位に分配合成されればよい。

シーケンス制御回路１１０は、計算機システム１２０から送信される撮像シーケンスの情報に基づいて、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７及び受信回路１０９を駆動することによって、被検体Ｐの撮像を行う。

撮像シーケンスとは、磁気共鳴イメージング装置１００による検査に含まれる複数のプロトコルそれぞれに対応するパルスシーケンスを指す。撮像シーケンスの情報には、傾斜磁場電源１０３が傾斜磁場コイル１０２に供給する電源の強さや電源を供給するタイミング、送信回路１０７が送信コイル１０６に送信するＲＦパルスの強さやＲＦパルスを印加するタイミング、受信回路１０９がＭＲ信号を検出するタイミング等が定義される。

なお、シーケンス制御回路１１０は、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７及び受信回路１０９、シムコイル電源等を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路１０９からＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを計算機システム１２０へ転送する。なお、シーケンス制御回路１１０は、制御部の一例である。

計算機システム１２０は、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御や、データ収集、画像生成等を行う。計算機システム１２０は、処理回路１５０、メモリ１２３、入力装置１２４、ディスプレイ１２５を備える。また、処理回路１５０は、インタフェース機能１２１、画像生成機能１２２、制御機能１２６を有する。

インタフェース機能１２１、画像生成機能１２２、制御機能１２６にて行われる各処理機能は、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１２３へ記憶されている。処理回路１５０はプログラムをメモリ１２３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プロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１５０は、図１の処理回路１５０内に示された各機能を有することになる。なお、図１においては単一の処理回路１５０にて、インタフェース機能１２１、画像生成機能１２２、制御機能１２６にて行われる処理機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１５０を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。

換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いは、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。プロセッサはメモリ１２３に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、メモリ１２３にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０５、送信回路１０７、受信回路１０９、後述する高周波電源１（例えば、図５の制御回路１ｚ、増幅器１ｄ、算出回路１ａ、調整回路１ｂ、スイッチング電源１ｃ）等も同様に、上記のプロセッサなどの電子回路により構成される。

処理回路１５０は、インタフェース機能１２１により、撮像シーケンスの情報をシーケンス制御回路１１０へ送信し、シーケンス制御回路１１０からＭＲデータを受信する。また、処理回路１５０は、インタフェース機能１２１を通じて、ＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータをメモリ１２３に格納する。

処理回路１５０は、画像生成機能１２２により、インタフェース機能１２１を通じて受信したＭＲデータや、メモリ１２３に保管されたデータを用いて、画像の生成を行う。なお、処理回路１５０は、画像生成機能１２２によって得られた画像を、必要に応じてディスプレイ１２５やメモリ１２３に送信する。

処理回路１５０は、制御機能１２６により、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御を行う。例えば、処理回路１５０は、制御機能１２６により、入力装置１２４を介して操作者から入力される撮像条件に基づいて撮像シーケンスの情報を生成し、生成した撮像シーケンスの情報をシーケンス制御回路１１０に送信することによって撮像を制御する。

メモリ１２３は、処理回路１５０がインタフェース機能１２１を通じて受信したＭＲデータや、画像生成機能１２２により生成された画像データ等を記憶する。例えば、メモリ１２３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。

入力装置１２４は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力装置１２４は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスである。

ディスプレイ１２５は、処理回路１５０における制御機能１２６による制御のもと、画像データ等の各種の情報を表示する。ディスプレイ１２５は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。

高周波電源１は、計算機システム１２０、シーケンス制御回路１１０及び送信回路１０７等に接続され、計算機システム１２０から受信した命令や、シーケンス制御回路１１０から受信したシーケンスに関する情報に基づいて、ＲＦパルスを生成し、生成したＲＦパルスを送信回路１０７に送信する回路である。高周波電源１の詳細については、図５及び図６を用いて後述する。

続いて、実施形態に係る背景について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、比較例に係る高周波電源の一例を示した図である。

比較例に係る高周波電源１０（ＲＦアンプ）は、交流電源の供給を受けて増幅器１０ｄの入力端子１０ｇに、ドレイン電圧Ｖｄｄを供給する定電圧型のスイッチング電源１０ｃと、ドレイン電圧Ｖｄｄが供給された状態で、入力端子１０ｆから入力されたＲＦ信号を増幅し出力端子１０ｈに出力する増幅器１０ｄを備える。増幅器１０ｄは、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたプッシュプル型の増幅器を用いて構成され、典型的には、ＡＢ級で使用される。高周波電源１０の入力端子１０ｅは、シーケンス制御回路１１０の出力端子１１０ａと接続され、高周波電源１０は、入力端子１０ｅを通じて、シーケンス制御回路１１０から、増幅器１０ｄで信号増幅が行われる前の入力信号を取得する。また、高周波電源１０の出力端子１０ｉは、送信コイル１０６の入力端子１０６ａと接続され、高周波電源１０は、出力端子１０ｉを通じて、増幅器１０ｄで信号増幅が行われた後の増幅信号を送信コイル１０６に出力する。

しかしながら、比較例においては、例えば増幅器１０ｄにおいて増幅にＦＥＴが使用される場合、ＦＥＴの出力インピーダンスは、出力端子１０ｈに出力する電力により変化する。また、増幅器１０ｄは、通常ＡＢ級での増幅が行われるため、定格出力付近で電力効率が良くなるように回路全体が設計される。このため、増幅器１０ｄの入力端子１０ｆに入力される入力信号の大きさによらず、一定のドレイン電圧Ｖｄｄが、例えば増幅器１０ｄのプッシュプル型の増幅回路に供給されていた。このため、電力効率という観点で考えると、出力が定格出力を大きく下回る場合、供給されるドレイン電圧Ｖｄｄが過剰であるために、電力効率が低下する。例えばＣＥＳＴ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ）や、ＣＡＳＬ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ａｒｔｅｒｉａｌ Ｓｐｉｎ Ｌａｂｅｌｉｎｇ）等のパルスシーケンスでは、比較的印加時間の長いＲＦパルスが印加されるため、ＲＦアンプへの負荷が比較的高く、従って電力効率が高いことが望ましい。また、電力効率を改善することは、高周波電源１０自体の発熱抑制にもつながることから、この点でも、電力効率を改善することが望ましい。

図３は、実施形態に係る背景について説明した図であり、グラフ２は、高周波電源１０の出力端子１０ｉに出力される電力ＲＦＯＵＴと、増幅器１０ｄの入力端子１０ｇに供給されるドレイン電圧Ｖｄｄとの関係を示している。グラフ２からもわかるように、単位ドレイン電圧ＶｄｄあたりのＲＦＯＵＴ（ＲＦＯＵＴ／Ｖｄｄ）の値は、出力される電力ＲＦＯＵＴが大きい場合には比較的大きくなるが、ＲＦＯＵＴが小さくなるときには小さくなる。従って、電力効率は、出力電力ＲＦＯＵＴの低下とともに低下する。

図４は、実施形態に係る背景について説明した図である。グラフ３は、比較例における高周波電源１０における、高周波電源１０の出力端子１０ｉに出力される電力ＲＦＯＵＴと、電力効率との関係を示している。グラフ３からもわかるように、比較例においては、電力ＲＦＯＵＴが小さくなる領域において、電力効率が低下する。一方、例えばグラフ４で示されるように、電力ＲＦＯＵＴが小さくなっても、電力効率が低下しないような構成をとる場合、定格電力から離れた領域においても電力効率が低下しない。

図５を用いて、実施形態に係る高周波電源１及び磁気共鳴イメージング装置１００の構成について説明する。図５は、実施形態に係る高周波電源の一例を示した図である。

図５に示されるように、実施形態に係る高周波電源１は、増幅器１ｄと、制御回路１ｚとを有する。前述した通り、高周波電源１は、計算機システム１２０、シーケンス制御回路１１０及び送信回路１０７等に接続され、計算機システム１２０から受信した命令や、シーケンス制御回路１１０から受信したシーケンスに関する情報に基づいて、ＲＦパルスを生成し、生成したＲＦパルスを、送信回路１０７を介して送信コイル１０６に送信する。例えば、高周波電源１の入力端子１ｅと、シーケンス制御回路１１０の出力端子１１０ａと接続され、高周波電源１は、シーケンス制御回路１１０から、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号を取得する。また、高周波電願１の出力端子１ｉは、送信回路１０７を介して送信コイル１０６の入力端子１０６ａと接続され、高周波電源１は、送信コイル１０６に、送信回路１０７を介して、増幅器１ｄにより増幅された入力信号である増幅信号を、送信コイル１０６に出力する。いわゆるＲＦアンプは、高周波電源１の一例である。

増幅器１ｄは、ＦＥＴ等のトランジスタに代表される増幅素子を用いた増幅機構を含む電子回路、例えばＦＥＴのプッシュプル型増幅回路を含んだ電子回路により構成され、所定の電圧が印加された状態で、入力信号を増幅して増幅信号を出力する。

具体的には、増幅器１ｄは、制御回路１ｚから制御を受けながら、所定の電圧が増幅器１ｄの入力端子１ｇに印加された状態で、入力端子１ｆに入力された入力信号を増幅して、得られた信号である増幅信号を出力端子１ｈに出力する。例えば、増幅器１ｄがプッシュプル型増幅回路を含んだ電子回路により構成される場合、制御回路１ｚは、入力端子１ｇに、ドレイン電圧Ｖｄｄを印加する。ここで、かかるドレイン電圧Ｖｄｄは、パルスシーケンスの実行中に、動的に変化する。すなわち、制御回路１ｚから入力端子１ｇにドレイン電圧Ｖｄｄが動的に変化させられながら印加された状態で、増幅器１ｄは、入力端子１ｆに入力された入力信号を増幅して、増幅信号を出力端子１ｈに出力する。

なお、増幅器１ｄのゲイン、すなわち入力信号の大きさに対する増幅信号の大きさの比は、制御回路１ｚが印加する電圧の値によらず、おおむね一定となる。すなわち、ドレイン電圧Ｖｄｄが、入力信号の大きさに対して必要なドレイン電圧を上回っている場合、増幅器１ｄは、入力端子１ｆに入力された入力信号を、一定の増幅率で増幅して増幅信号を出力端子１ｈに出力する。

ここで、制御回路１ｚが、入力端子１ｇに印加されるドレイン電圧Ｖｄｄの制御を行わない場合であって入力信号が小さい場合、ドレイン電圧Ｖｄｄが、入力信号の大きさに対して必要なドレイン電圧に比べて過大になる。従って、電力効率の低下につながる。かかる背景に鑑みて、制御回路１ｚは、増幅器１ｄが入力信号の増幅に用いる電源電圧を、入力信号の大きさに応じて、パルスシーケンスの実行中に動的に変化させる。例えば、制御回路１ｚは、入力端子１ｇに印加するドレイン電圧Ｖｄｄが、入力端子１ｆに入力される入力信号の大きさに対して必要なドレイン電圧と比べて過大にならないように、増幅器１ｄが入力信号の増幅に用いるドレイン電圧Ｖｄｄを、入力端子１ｆに入力される入力信号の大きさに応じて変化させる。このように、制御回路１ｚが、電源電圧を、入力信号の大きさに応じて、パルスシーケンスの実行中に動的に変化させることで、消費電力の低減を実現することができる。

制御回路１ｚは、各種電子回路やプロセッサ等により構成され、増幅器１ｄが入力信号の増幅に用いる電源電圧を、入力信号の大きさに応じて変化させるための回路である。制御回路１ｚは、算出回路１ａ、調整回路１ｂ、スイッチング電源１ｃを有する。ここで、「プロセッサ」という文言は、前述のように、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いは、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。算出回路１ａ、調整回路１ｂ等は、各種電子部品で構成されてもよいし、このようなプロセッサ等により構成されてもよい。

なお、制御回路１ｚまたは算出回路１ａ、調整回路１ｂ等は、図示しないメモリに保存されたプログラムを読み出し実行することで、その機能を実現してもよい。また、メモリにプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。また、単一の処理回路がこれらの回路の機能を実現してもよいし、複数の独立したプロセッサを組み合わせてこれらの回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することによりこれらの回路の機能を実現するものとしても構わない。

なお、制御回路１ｚは、制御部（電源制御部）の一例である。

算出回路１ａは、これらの電子回路またはプロセッサにより構成されて、シーケンス制御回路１１０から様々な情報を取得し、取得した情報に基づいて、送信コイル１０６に出力される信号の出力強度が、パルスシーケンスを実行するために必要な出力強度以上の強度となるように、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧を算出する。

ここで、算出回路１ａがシーケンス制御回路１１０から取得する情報は、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報を含む情報であり、例えば、各時刻における印加すべき高周波磁場の波高値の情報を含む情報である。加えて、任意的要素として、算出回路１ａがシーケンス制御回路１１０から取得する情報は、パルス幅等の情報を含んでもよい。加えて、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０から、実行するパルスシーケンスのシーケンス名や、実行されるパルスシーケンスがプリスキャンとして実行されるものか出力対象の画像を得るためのイメージングスキャンとして実行されるものであるかの別に係る情報等を、加えて取得してもよい。

算出回路１ａは、このようにシーケンス制御回路１１０から取得した情報に基づいて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の大きさを算出する。

増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧を算出回路１ａが算出する第１の方法として、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０から取得した、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報をもとに、高周波磁場の波高値と、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧（供給電圧）との関係式に基づいて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の大きさを算出する。すなわち、制御回路１ｚは、高周波磁場の波高値に基づいて、電源電圧を変化させる。例えば、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０から取得した、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報をもとに、入力される高周波磁場の波高値ｈ（振幅または電圧）を算出する。なお、以下では、入力される高周波磁場の波高値ｈとして、増幅器１ｄで増幅前の高周波磁場の波高値を用いる場合について説明する。続いて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧Ｖの値は、入力される高周波磁場の波高値ｈの二乗に概ね比例することから、定格出力の場合に入力される高周波磁場の波高値をｈ_０として、定格出力の場合に増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧をＶ_０とすると、算出回路１ａは、例えば、Ｖ＝Ｖ_０×（h/h₀）²の関係式により、高周波磁場の波高値ｈに基づいて、電源電圧Ｖの値を算出する。

また、算出回路１ａが増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を算出する第２の方法として、算出回路１ａは、増幅器１ｄの入力端子１ｆに入力される入力信号の大きさ（波高値）と電源電圧（ドレイン電圧Ｖｄｄ）との関係とを示すテーブルを取得することにより、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の大きさを算出する。すなわち、制御回路１ｚは、増幅器１ｄの入力端子１ｆに入力される入力信号の大きさと電源電圧との関係とを示すテーブルを取得することにより、入力信号の大きさに応じて電源電圧を変化させる。図６は、実施形態に係る高周波電源の行う処理の一例について示した図であり、図６に、かかるテーブルの一例が示されている。図６のテーブルは、増幅器１ｄの入力端子１ｆに入力される、増幅前の高周波磁場の波高値ｈと、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべきドレイン電圧Ｖｄｄとの値とを表すテーブルであり、増幅器１ｄに入力される入力信号の大きさと、増幅器１ｄに印加される電源電圧との関係を示すテーブルの一例である。例えば、波高値が「０．８ｈ_０」の場合、供給されるべき電源電圧の値は「０．６５Ｖ_０」となり、波高値が「０．９ｈ_０」の場合、供給されるべき電源電圧の値は「０．８Ｖ_０」となり、波高値が「１．０ｈ_０」の場合、供給されるべき電源電圧の値は「１．０Ｖ_０」となる。

ここで、かかるテーブルは、例えば図示しないメモリ又は計算機システム１２０の有するメモリ１２３に記憶されて保存されている。算出回路１ａは、当該図示しないメモリまたは計算機システム１２０の有するメモリ１２３に記憶されているテーブルを取得し、取得したテーブルと、シーケンス制御回路１１０から取得した情報に基づいて算出された高周波磁場の波高値の値とに基づいて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を算出する。例えば、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０から取得した情報に基づいて算出された高周波磁場の波高値が「０．９ｈ_０」である場合、供給されるべき電源電圧の値を、「０．８Ｖ_０」として、算出する。また、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０から取得した情報に基づいて算出された高周波磁場の波高値が「０．９５ｈ_０」である場合、波高値が「０．９ｈ_０」であるテーブルと、波高値が「１．０ｈ_０」であるテーブルとの間で線形補間を行うことにより、供給されるべき電源電圧の値を、「（（０．９５ｈ_０－０．９０ｈ_０）×１．０Ｖ_０＋（１．０ｈ_０－０．９５ｈ_０）×０．８Ｖ_０）／（１．０ｈ_０－０．９ｈ_０）＝０．９Ｖ_０ 」として取得する。

また、算出回路１ａが増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を算出する第３の方法として、算出回路１ａは、被検体に高周波磁場を印加して得られたデータに基づいて決定された条件に基づいて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の大きさを算出する。このことにより、制御回路１ｚは、入力信号の大きさに加え、更に被検体に高周波磁場を印加して得られたデータに基づいて決定された条件に基づいて、増幅器１ｄに印加される電源電圧を変化させる。すなわち、実行するパルスシーケンスにおいて印加すべき高周波磁場の出力の大きさは、被検体ごとに若干の違いが出るため、シーケンス制御回路１１０は、あらかじめ撮像を行う被検体に対して予備的な撮像を行い、行った予備的な撮像の結果に更に基づいて、算出回路１ａが、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を算出する。すなわち、シーケンス制御回路１１０は、予備的な撮像を行い、被検体に高周波磁場を印加して、印加すべき電源電圧を決定するためのデータを収集する。算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０が収集したデータに基づいて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の大きさを算出する。一例として、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０が収集したデータに基づいて、被検体の体厚を算出し、算出した被検体の体厚に基づいて、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の大きさを算出する。例えば、算出回路１ａは、算出した被検体の体厚が大きい場合、ＲＦパルスの出力が大きい方が望ましいから、算出した被検体の体厚が小さい場合と比較して、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値として、大きな値を設定する。別の例として、算出回路１ａは、高周波磁場の波高値ｈに基づいて算出した、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧に対して、被検体に対して行った予備的な撮像の結果に基づいて補正を行って、補正後の値を、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧とする。

また、算出回路１ａは、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を算出するにあたって、実行するパルスシーケンスの種類などを加味してもよい。例えば、シーケンス制御回路１１０が実行するパルスシーケンスがＣＥＳＴ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）やＣＡＳＬ（Ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ Ａｒｔｅｒｉａｌ Ｓｐｉｎ Ｌａｂｅｌｉｎｇ）である場合には、比較的印加時間の長いＲＦパルスが印加されるので、高周波電源１に対する負荷は大きくなる。従って、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０が実行するパルスシーケンスがＣＥＳＴやＣＡＳＬである場合には、シーケンス制御回路１１０が実行するパルスシーケンスがその他のパルスシーケンスである場合と比較して、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を大きい値に算出する。

続いて、調整回路１ｂ及びスイッチング電源１ｃについて説明する。

調整回路１ｂは、算出回路１ａと同様に、各種電子回路またはプロセッサにより構成されて、算出回路１ａからの情報を取得して、スイッチング電源１ｃの電圧値を調整する。具体的には、調整回路１ｂは、算出回路１ａから、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき電源電圧の値を取得して、スイッチング電源１ｃが、増幅器１ｄの入力端子１ｇに当該電源電圧を供給するために、スイッチング電源１ｃに入力される電圧値を調整する。

スイッチング電源１ｃは、交流信号を入力として安定した直流信号を出力する電源装置である。一例として、スイッチング電源１ｃは、入力された交流信号を整流する整流ブリッジと、平滑化のための一次側のコンデンサと、スイッチングを繰り返すことにより高周波の交流を発生されるスイッチング素子と、スイッチング素子で発生した交流を二次側に伝達するための高周波トランスと、二次側の整流ダイオード及び平滑化コンデンサとで構成され、入力された交流信号に対して、所望の直流電圧を供給する。具体的には、スイッチング電源１ｃは、調整回路１ｂから取得した、スイッチング電源１ｃに入力される電圧値の交流を入力として、算出回路１ａが算出した、増幅器１ｄの入力端子１ｇに供給されるべき値の電源電圧を、入力端子１ｇに供給する。

以上述べた処理の流れが、図７に示されている。図７は、実施形態に係る高周波電源の行う処理の一例を示したフローチャートである。

まず、算出回路１ａは、シーケンス制御回路１１０から、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号に係る情報を受信し取得する（ステップＳ１００）。算出回路１ａは、ステップＳ１００においてシーケンス制御回路１１０から取得した入力信号に係る情報に基づいて、ＲＦパルスの波高レベルを算出する（ステップＳ１１０）。ここで、算出回路１ａがシーケンス制御回路１１０から取得した入力信号に係る情報は、シーケンス制御回路１１０からアナログデータまたはデジタルデータとして入力される。続いて、算出回路１ａは、算出したＲＦパルスの波高レベルに基づいて、前述した電源電圧の算出方法を用いることにより、増幅器１ｄの入力端子１ｇへの供給電圧（電源電圧）を算出する（ステップＳ１２０）。調整回路１ｂは、ステップＳ１２０において算出回路１ａが算出した電源電圧の値に基づいて、スイッチング電源１ｃの制御を行う。スイッチング電源１ｃは、調整回路１ｂの制御に基づいて、増幅器１ｄの入力端子に電源電圧を供給する（ステップＳ１３０）。このようにして、制御回路１ｚは、増幅器１ｄが入力端子１ｆに入力される入力信号の増幅に用いる電源電圧を、入力信号の大きさに応じて、例えば高周波磁場の波高値ｈに基づいて、変化させる。

一方、増幅器１ｄは、シーケンス制御回路１１０から、入力端子１ｅを通じて、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号の信号入力を受け付ける（ステップＳ１４０）。かかる入力信号は、シーケンス制御回路１１０から、アナログデータまたはデジタルデータとして入力される。

増幅器１ｄは、入力端子１ｆにステップＳ１３０で定められた電源電圧が印加された状態で、入力端子１ｅに入力された入力信号を増幅して増幅信号を出力する（ステップＳ１５０）。高周波電源１は、送信回路１０７を介して、送信コイル（高周波コイル）１０６に対して、ステップＳ１５０で増幅された信号を出力し、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号を増幅しＲＦコイルに供給する（ステップＳ１６０）。

以上のように、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、シーケンス制御回路１１０と、増幅器１ｄと、制御回路１ｚ（電源制御部）とを備える。シーケンス制御回路１１０は、高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号を増幅器１ｄに出力する。増幅器１ｄは、シーケンス制御回路１１０から入力された入力信号を増幅した増幅信号を高周波コイル（送信コイル１０６）に供給する。制御回路１ｚは、増幅器１ｄが入力信号の増幅に用いる電源電圧Ｖｄｄを、入力信号の大きさに応じて変化させる。

このように、実施形態に係る高周波電源１や磁気共鳴イメージング装置１００においては、定格出力から離れた領域において消費電力が抑制されることにより、消費電力の低減や、発熱を抑制することができる。

実施形態は上述の例に限られない。

例えば、算出回路１ａが、高周波磁場の波高値ｈとして、増幅前の高周波磁場の波高値を用いる場合について説明したが、実施形態はこれに限られず、算出回路１ａは、高周波磁場の波高値ｈとして、増幅後の高周波磁場の波高値を用いてもよい。

また、増幅器１ｄの構成について、ＦＥＴのプッシュプル型増幅回路を用いて増幅器１ｄが構成される場合について説明したが、増幅器１ｄの構成は、上述の例に限られない。増幅器１ｄは、例えば単一のＦＥＴによる増幅を行う回路等、プッシュプル型増幅回路以外の電子回路を用いて行われてもよく、また、ＦＥＴ以外の増幅素子を用いた電子回路を用いて構成されてもよい。

また、電源として、スイッチング電源１ｃを用いる場合について説明したが、実施形態はこれに限られない。実施形態においては、スイッチング電源１ｃ以外の種類の電源を用いてもよい。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、電力効率を改善することができる。

本発明の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。

１ 高周波電源
１ａ 算出回路
１ｂ 調整回路
１ｃ スイッチング電源
１ｄ 増幅器
１ｚ 制御回路
１１０ シーケンス制御回路

Claims (7)

1. 高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号を増幅し高周波コイルに供給する高周波電源であって、
   前記入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器と、
   前記増幅器が前記入力信号の増幅に用いる電源電圧を、パルスシーケンスの実行中に前記入力信号の大きさに応じて動的に変化させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、入力される前記高周波磁場の波高値と、定格出力の場合に入力される前記高周波磁場の波高値とに基づいて前記電源電圧を変化させる、高周波電源。
2. 前記制御部は、更に被検体に高周波磁場を印加して得られたデータに基づいて決定された条件に基づいて、前記電源電圧を変化させる、請求項１に記載の高周波電源。
3. 前記制御部は、前記入力信号の大きさと前記電源電圧との関係とを示すテーブルを取得することにより、前記入力信号の大きさに応じて前記電源電圧を変化させる、請求項１に記載の高周波電源。
4. 前記入力信号は、シーケンス制御部からアナログデータまたはデジタルデータとして入力される、請求項１に記載の高周波電源。
5. 前記制御部は、更に前記定格出力の場合に入力端子に供給されるべき前記電源電圧
   に基づいて前記電源電圧を変化させる、請求項１に記載の高周波電源。
6. 高周波磁場の印加タイミングと波形の情報とを含む入力信号を増幅器に出力するシーケンス制御部と、
   前記シーケンス制御部から入力された前記入力信号を増幅した増幅信号を高周波コイルに供給する増幅器と、
   前記増幅器が前記入力信号の増幅に用いる電源電圧を、パルスシーケンスの実行中に前記入力信号の大きさに応じて動的に変化させる電源制御部と
   を備え、
   前記電源制御部は、入力される前記高周波磁場の波高値と、定格出力の場合に入力される前記高周波磁場の波高値とに基づいて前記電源電圧を変化させる、磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記電源制御部は、被検体に高周波磁場を印加して得られたデータに基づいて決定された条件に基づいて、前記電源電圧を変化される、請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
   

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