JPH03128042A - Ｍｒｉ装置用ｒｆコイルのインピーダンス調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、核磁気共鳴現象を利用して被検体の断層画像
を撮像する核磁気共鳴イメージング装置に用いるＲＦコ
イルのインピーダンス調整装置の改良に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 磁気共鳴イメージング装置（以下ｒＭＲＩ装置」という
）は、被検体を静磁場中に置き、勾配磁場をかけた状態
でＲＦパルスを印加して断層面（スライス面）の核スピ
ンを選択的に励起し、そこから生じるＮＭＲ信号を信号
検出コイル（ＲＦコイル）で受信し、処理することによ
り、スライス面のｌｕ、６度情報を画像化する装置であ
る。

上記ＭＲＩ装置において、ＲＦコイルのインピーダンス
整合（チューニング）は画像のＳ／Ｎを決める重要な要
素である。ところが、ＲＦコイルのチューニング状態は
被検体（例えば人）の形状によって変わり、チューニン
グ状態からずれると、ＲＦコイルに誘起したＮＭＲ信号
を受信機へ供給する際の損失が大きくなる。そのために
、画像のＳ／Ｎが劣化する。そこで、一般に被検体が変
るごとにチューニングを行っている。

基本的なインピーダンス整合回路を第４図に示す。

インピーダンス整合回路１２には少なくとも１個の可変
容量コンデンサまたは可変容量ダイオード（バリキャッ
プ）等からなる可変容量素子２１〜２３が含まれており
、これを調整することによりインピーダンス整合をとる
。

インピーダンス整合の調整方法は、原理的には、インピ
ーダンス整合回路のインピーダンスが前置増幅器の入力
インピーダンス（通常５０Ω、純抵抗）になるよう可変
容量素子を調整することである。しかし、インピーダン
スの測定には、例えばベクトルインピーダンスメータの
ような高価な測定器が必要であり、しかも、測定に時間
がかかるため、実用的でない。

そのため、従来より、実際の被検体からの信号を前置増
幅器の出力端で観測しながら、信号が最大になるように
可変容量素子を調整する手段が採用されている。しかし
ながら、上記信号の前置増幅器出力は微弱であり雑音が
混入しやすいので、調整に用いるには精度が不十分であ
り、しかも信号波形が複雑で信号観測に時間を要すると
いう欠点があった。

そこで、本出願人は、ＭＲＩ装置用のＲＦコイルのイン
ピーダンスを短時間に精度よく調整する装置を先願した
（特願平１−１８９５８５号）。

上記先願に係るＭＲＩ装置用ＲＦコイルのインピーダン
ス調整装置は、ＮＭＲ信号を検出するＲＦコイルに組み
込まれたインピーダンス整合回路を前置増幅器から切り
離す手段と、インピーダンス整合回路に対してＮＭＲ共
鳴周波数に等しい周波数の高周波信号を印加するテスト
信号印加手段と、インピーダンス整合回路からの反射信
号のレベルを測定するレベル測定手段と、レベル測定手
段からの出力信号をピークホールドするピークホールド
手段と、レベル測定手段からの出力信号およびピークホ
ールド手段からの出力信号の差分をとる差分手段と、イ
ンピーダンス整合回路の回路定数を変化させながら、差
分手段からの出力がしきい値を超えた時点を検出すると
、インピーダンス整合回路の回路定数を当該時点のもの
に固定する制御手段とを有するものである。

上記の装置は、インピーダンス整合をとるのに、インピ
ーダンス整合回路にＮＭＲ共鳴周波数と等しい高周波信
号を印加した状態で、インピーダンス整合回路の可変容
量素子の容量を変化させ、信号検出コイルを直接検波し
た信号（以下「スルー信号」という）とピークボールド
回路を通した信号（以下「ピークホールド信号」という
）との差分がしきい値を超えた時点を検出し、その時点
で、インピーダンス整合回路の回路定数を固定するもの
である。これにより、被検体やＲＦコイルが入れ代わっ
た場合でも自動的、かつ迅速に反射成分の最小レベルを
探し出すことができ、ＲＦコイルのチューニングを行う
ことができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記のインピーダンス調整装置では、次のよ
うな問題がある。

■上記スルー信号とピークホールド信号との差分が一定
のしきい値を超えた時点を検出してピークあるいはバリ
ーとみなすので、しきい値がＯでない限り、真のピーク
点と、検出したピーク点には、ずれが生じる。そこで、
しきい値を０にすることも考えられるが、しきい値を０
にするとノイズを拾ってもピークと判断してしまうので
、実際にしきい値をＯにすることはできない。

■ピークホールド信号はスルー信号に対してオフセット
を持っている。すなわち、ピークホールド信号は、スル
ー信号に追従して変化していくため、ピークホールド信
号は、常にスルー信号よりも一定のオフセット値だけ下
回る。したがって、仮に、しきい値を０にしたとしても
、オフセット値の分だけピーク検出位置がずれてしまう
。もちろん、オフセット値を０に設定すること（完全に
Ｏに設定できないが、Ｏに極力近い値にすることは可能
である）も考えられるが、やはりノイズによる誤動作が
発生してしまう。

これらの様子を示したのが第５図のグラフである。横軸
は周波数、縦軸は反射波の振幅を表わし、ａは時間とと
もに徐々に減少するスルー信号、ｂはこれに追従するピ
ークホールド信号を表わす。

スルー信号ａとピークホールド信号すとには一定のオフ
セットＶｏが存在している。Ｖｌはしきい値を表わし、
スルー信号ａとピークホールド信号すとの差がＶｔを超
えたときにピーク周波数ｆｌを検出する。

すなわち、ピーク周波数ｆｌを検出した時点では、ピー
ク周波数ｆｌと、スルー信号ａの実際のピーク周波数ｆ
ｏとの間に、しきい値Ｖｔおよびオフセットｖｏの分に
対応する差Δｆが存在するのである。このため、インピ
ーダンスの整合精度がよくないという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、信
号検出コイルのインピーダンス整合をとるに際して、整
合の精度を向上させることができる、改良されたインピ
ーダンス調整装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明のインピーダンス調
整装置は、ＮＭＲ信号を検出するＲＦコイルに組み込ま
れたインピーダンス整合回路に対してＮＭＲ共鳴周波数
に等しい周波数の高周波信号を印加する信号印加手段と
、インピーダンス整合回路からの反射信号のレベルを測
定するレベル測定手段と、レベル測定手段からの出力信
号をピークホールドするピークホールド手段と、レベル
測定手段からの出力信号およびピークホールド手段から
の出力信号の差分をとる差分手段と、インピーダンス整
合回路の回路定数を変化させながら、差分手段からの出
力がしきい値を超えた時点を検出すると、インピーダン
ス整合回路の回路定数を当該時点のものから、所定値だ
けずらせて固定する制御手段とを有する。

上記「所定値」とは、しきい値、およびピークホールド
信号のオフセットにより生じるずれの分だけピーク位置
をずらせて固定するべく、決定される値である。

く作用〉 上記の構成のインピーダンス調整装置によれば、制御手
段の作用が、前述した先願発明の制御手段の作用と比較
して、インピーダンス整合回路の回路定数を当該時点の
ものから、所定値だけずらして固定する点で異なってい
る。したがって、しきい値が設定してあっても、また、
ピークホールド信号にオフセットが存在していても、こ
れらによる誤差分を吸収する形で、ピーク位置の決定が
できる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第２図は、磁気共鳴撮像装置の全体構成を示す概略図で
ある。磁気共鳴撮像装置は、 ・勾配磁場コイル１６　ａ　−ｃ　、および静磁場発生
装置Ｍからなる磁場発生系、 ・ＲＦパルスの送信およびＲＦ信号の受信のため、静磁
場発生装置Ｍ内において被験者を取り囲んで配置される
ＲＦコイル１１、およびＲＦコイル１１のインピーダン
ス整合回路１２、切替スイッチ２、ＲＦコイルにより受
信したＮＭＲ信号を前置増幅する前置増幅器１３、ＲＦ
送受信機１４からなる信号処理系、 ・勾配磁場コイル１６に励磁電源を供給する勾配磁場電
源１７　ａ　−ｃ　。

・ＲＦ送受信機１４や勾配磁場電源１７　ａ　−ｃを所
定のタイミングで駆動するコントローラ１８、並びに ・ＮＭＲ信号を処理し、ＮＭＲ断層画像を作成して表示
器１５に表示させるコンピュータ１９、画像情報を蓄え
るメモリ２０、および画像を表示する表示器１５ から構成される。

上記ＲＦ送受信機１４は、ＲＦコイル１１に対して、映
像化したいスライス面に対応する周波数のＲＦ倍信号供
給するとともに、励起された核スピンからのＮＭＲ信号
を前置増幅器１３を通して検出するものである。

第１図はＲＦコイル１１のチューニング装置の回路図で
ある。図において、ＲＦコイル１１の出力端はインピー
ダンス整合回路１２に接続され、インピーダンス整合回
路１２の出力端は、方向性結合器４に接続される。方向
性結合器４には高周波出力信号を安定して出力する発振
器５が接続されるとともに、インピーダンス整合回路１
２の出力信号を処理するコントローラ６が接続されてい
る。コントローラ６の制御出力Ｖ（直流電圧）は、イン
ピーダンス整合回路１２の可変容量素子の容量を変化さ
せるのに使用される。

コントローラ６は、方向性結合器４の出力を検波回路６
１で検波し、反転回路６２で反転する。

反転回路６２で反転しているので、スルー信号の最大点
は検波出力、すなわちインピーダンス整合回路１２の反
射成分の最小値を表すことになる。

反転信号出力は、差動増幅回路６４に直接取り込む経路
と、ピークホールド回路６３を通して差動増幅回路６４
に取り込む経路とに分かれ、差動増幅回路６４において
それらの信号の差が増幅される。そして、差動増幅回路
６４で増幅された信号と、しきい値発生回路６６で予め
設定しておいたしきい値とを、比較回路６５で比較し、
その結果を電圧制御回路６７に送る構成になっている。

ＲＦコイル１１のチューニングを行う時には、発振器５
を駆動する。すると、発振器５の高周波出力信号は、方
向性結合器４を通ってインピーダンス整合回路１２に人
力され、インピーダンス整合回路１２の反射成分が方向
性結合器４を通ってコントローラ６に入力される。コン
トローラ６により、反射成分の最小値を求める方法を第
３図を用いて説明する。

電圧制御回路６７の制御出力■をＯｖから一定電圧まで
徐々に上げていくとインピーダンス整合回路１２の共振
周波数は変化する。共振周波数が変化すると、スルー信
号ａは漸増し、ピークホールド信号すも僅かのずれ（オ
フセットＶｏ）を経て漸増していく。スルー信号ａが最
大に達し、その後漸減すると、スルー信号ａの最大点付
近でピークホールド信号すと逆転し、以後ピークホール
ド信号すとスルー信号ａとのレベル差は漸増する。

この差がしきい値Ｖ１を超えた時点を比較回路６５で検
出する。

この時点をもって、比較回路６５から電圧制御回路６７
に制御電圧Ｖの掃引をストップさせる信号を出し、電圧
制御回路６７の制御電圧Ｖの変化を停止させる。さらに
、電圧制御回路６７は、停止された制御電圧Ｖ１を、オ
フセットＶ　ｏ　ｓ　シきい値Ｖ１によりずれた分だけ
戻し、ｖ（、に設定する。これにより、インピーダンス
整合回路１２の可変容量素子の容量は固定される。

なお、この制御電圧の戻し分ΔＶは、ＲＦコイルごとに
予め実測して決めておき、ＲＦコイルの選択に対応し設
定するようにしてもよいし、また、どのＲＦコイルを使
うかに係わらず、一定の値に固定するようにしてもよい
。その場合固定値は、第３図の曲線の立ち上がりの傾き
が最も大きいＲＦコイルに対応した値でよい。この理由
は、曲線の立ち上がりの傾きが最も大きいＲＦコイルに
対応した値であれば、ΔＶは比較的小さくなり、制御電
圧の戻し分は小さめになる。したがって、曲線の立ち上
がりの傾きが小さなＲＦコイルに対しては、制御電圧の
戻し分は少なく、スルー信号ａの最大値は厳密には補償
されない。しかし、曲線の立ち上がりの傾きが小さな場
合、スルー信号ａの最大値と、Δ■だけ戻した制御電圧
に対応するスルー信号ａの値との差は小さいので、あま
り問題にならないからである。

このように、上記実施例では、スルー信号ａとピークホ
ールド信号すとを差動増幅回路に入力し、その差分出力
がしきい値を超えた時の制御電圧を読取り、その値にオ
フセット、しきい値の影響を受ける分を戻した値を設定
し、固定する。

したがって、ピークホールド回路６３、差動増幅回路６
４、電圧制御回路６７を付加しただけの簡単な回路で、
自動的に掃引するだけでインピーダンス整合回路１２の
マツチングを良好な精度で実現することができるのが特
徴である。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば第１図のコントローラ６として、マイクロコン
ピュータを用い、処理プログラムを設定して基準値との
大小比較や、ピーク値の探出を行うことも可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、ＲＦコイルに組み込ま
れたインピーダンス整合回路の回路定数を変化させなが
らレベル測定手段からの出力信号をピークホールドし、
レベル測定手段からの出力信号およびピークホールドさ
れた信号の差分がしきい値より増大した時点を捕らえ、
当該時点のものから、所定値だけずらせて固定すること
によりピーク位置を決定することとした。これにより、
しきい値が設定してあっても、また、ピークホールド信
号にオフセットが存在していても、これらによる誤差分
を吸収する形で、ピーク位置の決定ができ、インピーダ
ンス整合回路の回路定数のマツチング条件を判断するこ
とができる。したがって、反射成分のレベルの最小値を
正確に探し出すことができ、ＲＦコイルのチューニング
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインピーダンス調整装置の構成図、 第２図はＭＲＩ装置の全体構成図、 第３図はインピーダンス調整装置における信号波形を示
すグラフ、 第４図は従来のインピーダンス整合回路の回路図、 第５図はインピーダンス調整の原理を説明するグラフで
ある。 ６・・・コントローラ、１１・・・ＲＦコイル、１２・
・・インピーダンス整合回路、 ２１〜２３・−・可変容量素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＮＭＲ信号を検出するＲＦコイルに組み込まれたイ
   ンピーダンス整合回路に対してＮＭＲ共鳴周波数に等し
   い周波数の高周波信号を印加する信号印加手段と、 インピーダンス整合回路からの反射信号のレベルを測定
   するレベル測定手段と、 レベル測定手段からの出力信号をピークホールドするピ
   ークホールド手段と、 レベル測定手段からの出力信号およびピークホールド手
   段からの出力信号の差分をとる差分手段と、 インピーダンス整合回路の回路定数を変化させながら、
   差分手段からの出力がしきい値を超えた時点を検出する
   と、インピーダンス整合回路の回路定数を当該時点のも
   のから、所定値だけずらせて固定する制御手段とを有す
   ることを特徴とする、ＭＲＩ装置用ＲＦコイルのインピ
   ーダンス調整装置。