JPH0670903A - Mri装置 - Google Patents

Mri装置

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JPH0670903A
JPH0670903A JP4248919A JP24891992A JPH0670903A JP H0670903 A JPH0670903 A JP H0670903A JP 4248919 A JP4248919 A JP 4248919A JP 24891992 A JP24891992 A JP 24891992A JP H0670903 A JPH0670903 A JP H0670903A
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JP
Japan
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circuit
high frequency
bias
frequency amplifier
voltage
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JP4248919A
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English (en)
Inventor
Yasumasa Saito
安正 斎藤
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】MRI装置の高周波増幅器において、増幅器の
温度変動によって高周波パルスの入出力特性が変動す
る。温度変動が発生しても、入出力特性の変化しない高
周波増幅器を提供する。 【構成】高周波増幅器60に温度センサ7と温度補償電
圧発生回路1を付加し、これで発生した電圧をバイアス
発生回路6,減衰量制御回路2に印加する。また、高周
波パルス印加のバイアスON信号をパルス積分回路4で
積分して、利得補償パルスを発生し、減衰量制御回路2
に加える。 【効果】本発明によれば、増幅器の温度上昇によって入
出力特性が変化しても、これを補償するようにバイアス
電圧,減衰量制御電圧が印加されるため、常に一定の入
出力特性となり、所望の高周波パルスの増幅が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
装置(以下、MRI装置と記す)における高周波パルス
送信手段に関し、特に高周波増幅器の温度上昇による特
性劣化を防止する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MRI装置では、被検体の特定原子核に
共鳴する高周波パルスを照射して励起し、共鳴した原子
核より放出される高周波信号(これをNMR信号とい
う)を検出して、これをもとに画像の再構成を行う。上
記高周波パルスは、図2に示すように高周波発振器58
からの高周波信号22をSINC波形21の振幅で合成
器59によって振幅変調して高周波パルス20を生成す
る。これを高周波増幅器60で増幅し、高周波コイル6
1aに印加する。画像再構成のためには、図3に示すよ
うに一連の高周波パルスを所望の回数繰り返して、NM
R信号を収集する。この高周波パルス20の包絡線振幅
は、被検体50のスライス面のプロファイル特性を決定
するため、高周波増幅器60は、入力される高周波パル
スを忠実に増幅しなければならない。たとえば、高周波
コイル61aに印加される高周波パルスが高周波増幅器
60の出力歪によって波形に変化が発生すると必要な選
択部位以外が励起され、不必要な信号が発生し、画像上
にアーチファクトが現われる。
【0003】従って、MRI装置の高周波増幅器として
は、歪発生の少ない直線性の優れた増幅器が使用され
る。一般に増幅器は、その動作クラスによって種類分け
され、A級,B級,C級…などがあり、A級が直線性の
最も優れた増幅器である。しかしながら、A級増幅器
は、電力効率が悪く、また、NMR信号受信中も動作さ
せることになるため、NMR信号への影響が出て、画像
にノイズが発生するという問題がある。
【0004】従って、比較的リニア動作が可能で、電力
効率も良いAB級動作の増幅器が使用される。これは、
増幅器に若干のバイアス電流を流し、増幅器の直線性を
向上させるものである。また、NMR信号受信時はこの
バイアス電流を遮断し、増幅器をoffし、NMR信号
への影響を抑えることができる。これによって、選択プ
ロファイルが良好でアーチファクトの無いNMR画像の
再構成が可能となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、MR
I装置では、直線性を良くするため高周波増幅器内部の
能動素子(たとえばMOSFET)にわずかのバイアス
をかけるAB級動作の増幅器が使われる。図4は、能動
素子(以下、FETを例にとって示す)の入力電圧対出
力電流の関係を表した図である。これまで述べたバイア
スとは、図4に示す電圧VB のことで、FETの動作点
をにバイアス電圧を印加することにより移動し、直線性
を良くすることができる。さらにパルス動作のMRI装
置の高周波増幅器では、高周波パルス印加時のみ、この
バイアス電圧を印加し、NMR信号受信時の影響を防い
でいる。図5に高周波パルスとバイアス電圧11の関係
を示す。バイアス電圧VB11 は、常に一定で高周波パ
ルス印加時のみ、印加されている。
【0006】しかしながら、能動素子であるFETは、
その動作によって内部の温度上昇が起こる。これによっ
て、FETの入力電圧対出力電流は図6のように変化
し、これは、一定電圧のバイアスを印加している場合、
動作点が移動してしまうことになる。また、温度上昇に
よって利得も低下し、同一振幅の入力でも高周波コイル
に印加される高周波パルスの振幅が変化してしまい、選
択スライスのプロファイルや励起の程度に変化が発生す
るという問題がある。図7に高周波パルスの振幅の変化
の様子を示す。また、1つのパルスの中でも、FETの
温度上昇,電源電圧の低下などにより、利得が低下し、
図8に示すように高周波パルスの振幅が変化し、前記し
たように問題が発生する。図8の高周波パルスは、包絡
線振幅の減少の仕方を理解しやすいように、通常のSI
NC波形の替わりに台形波形のパルスで表している。
【0007】本発明は、上記問題点は解決すること、即
ち、MRI装置の高周波送信用の増幅回路の温度変化が
もたらす動作特性の変化を補償して、選択スライスのプ
ロファイル及び励起が所望通りに行えるようにすること
を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、高周波発振器の出力信号を変調器によって
振幅変調した後、この振幅変調された信号を高周波増幅
回路によって増幅し、この増幅された信号を高周波パル
ス送信用コイルへ印加するMRI装置において、前記高
周波増幅回路は、高周波増幅器と、この高周波増幅器の
近傍に設置した温度センサと、この温度センサによって
計測した前記高周波増幅器の温度変化に対応する信号に
より前記温度変化がもたらす前記高周波増幅器の動作特
性の変動を補償する補償回路を具備させたことを特徴と
している。そして、前記補償回路は、バイアス補正回路
又は/及び減衰量補正回路から成り、前記バイアス補正
回路は、前記温度センサと、この温度センサの出力信号
により温度変化がもたらす前記高周波増幅器の動作点の
変化を補償するバイアスを発生するバイアス発生回路を
有し、また減衰量補正回路は、前記温度センサの出力信
号により温度変化がもたらす前記高周波増幅器の利得変
動を補償する電圧を発生する電圧制御回路を有するもの
としたことを特徴としている。
【0009】
【作用】高周波増幅器の近傍に設置された温度センサ
は、高周波増幅器の温度を計測し計測値に対応する信号
を補償回路へ逐次出力する。その計測値に変化が生ずる
と、補償回路はその温度変化に対応して、前記高周波増
幅器の動作特性の変動、例えば動作点や利得の変動を補
償する信号を出力する。そして動作点の変動に対して
は、これを所定値に保つようなバイアスをバイアス発生
回路により発生して高周波増幅器へ印加するようにし、
また利得の変動に対しては、利得変動補正用電圧を電圧
制御回路によって発生して高周波増幅器の入力へ供給す
ると良い。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図12は本発明に係る核磁気共鳴イメ
ージング装置の全体構成図を示すブロック図である。こ
の核磁気共鳴イメージング装置は、核磁気共鳴(NM
R)現象を利用して被検体50の断層画像を得るもの
で、静磁場発生磁石51と、中央処理装置(以下、CP
Uという)52と、シーケンサ53と送信系54と、勾
配磁場発生系55と、受信系56と、信号処理系57と
からなる。上記静磁場発生磁石51は、被検体50の周
りにその体軸と直交する方向に強く均一な静磁場を発生
させるもので、上記被検体50の周りのある広がりをも
った空間に永久磁石方式又は常伝導方式あるいは超伝導
方式の磁場発生手段が配置されている。上記シーケンサ
53は、CPU52の制御で動作し、被検体50の断層
画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系54及び
勾配磁場発生系55並びに受信系56に送るものであ
る。上記送信系54は、高周波発信器58と変調器59
と高周波増幅器60と送信側の高周波コイル61aとか
らなり、上記高周波発信器58から出力された高周波信
号をシーケンサ53の命令で出力された振幅の値で変調
器59により振幅変調し、この振幅変調された高周波パ
ルスを高周波増幅器60で増幅した後に被検体50に近
接して配置された高周波送信コイル61aに供給するこ
とにより、電磁波が上記被検体50に照射されるように
なっている。
【0011】上記勾配磁場発生系55は、X,Y,Zの
3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル62とそれぞれのコ
イルを駆動する傾斜磁場電源63とからなり、上記シー
ケンサ53からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜
磁場電源63を駆動することにより、X,Y,Zの3軸
方向の傾斜磁場Gx,Gy,Gzを被検体50に印加す
るようになっている。この傾斜磁場の加え方により、被
検体50に対するスライス面を設定することができる。
上記受信系56は、受信側の高周波コイル61bと増幅器
64と直交位相検波器65とAD変換器66とからな
り、上記送信系の高周波コイル61aから照射された電
磁波による被検体50の応答の電磁波(NMR信号)の被検
体50に近接して配置された高周波受信コイル61bで
検出され、増幅器61及び直交位相検波器65を介して
AD変換器66に入力してディジタル量に変換され、更
にシーケンサ63からの命令によるタイミングで直交位
相検波器65によりサンプリングされた2系統の収集デ
ータとされ、その信号が信号処理系57に送られるよう
になっている。この信号処理系57は、CPU52と、
磁気ディスク67及び磁気テープ68等の記録装置と、
CRT等のディスプレイ69とからなり上記CPU52
でフーリエ変換,補正係数計算,画像再構成等の処理を
行い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適
当な演算を行って得られた分布を画像化してディスプレ
イ69に表示するようになっている。
【0012】尚、図12において、送信側及び受信側の
高周波コイル61a,61bと傾斜磁場コイル62は、
被検体50の周りの空間に配置された静磁場発生磁石5
1の磁場空間内に配置されている。
【0013】図1は高周波増幅器60に関わる温度補償
用バイアス,利得制御回路の構成図である。バイアスO
N制御回路5は、高周波パルス印加時のみ、バイアスを
ONさせる信号12を発生する。バイアス発生回路6
は、このバイアスON信号12に基づき、高周波増幅器
60の増幅部に入出力特性の直線性が良い状態となるバ
イアス電圧VB11 を発生する。温度上昇を検知する温
度センサ7は、高周波増幅器60の近傍に設置され、温
度補償電圧発生回路1によって温度変化に対応する電圧
が発生する。ここで使用される温度センサ7は、サーミ
スタ,ダイオード,感熱素子など、温度によってその特
性が変化するものであれば何でも良い。温度補償電圧発
生回路1で発生した電圧は、バイアス発生回路6に加え
られる。たとえば、図9に示すようにFETの特性が、
温度T1 から温度T2 のように変化したとすると、バイ
アス電圧が、VB1からVB2に変化して、FETの動作点
が移動しないようにバイアス電圧を制御する。これによ
り常に同一の特性で増幅器が動作することが可能とな
る。
【0014】電圧制御減衰回路3は、図10に示すよう
に減衰量制御回路2から発生する制御電圧によって減衰
量が変化する回路である。図10で温度変化のない時
は、制御電圧VN が印加され、減衰量は一定値ATT1とな
っている。温度が変化し、利得がΔGだけ減少したとす
ると、温度補償電圧発生回路1からの電圧によって減衰
量制御回路2は、減衰量をΔGだけ減少するように電圧
制御減衰回路3に印加する電圧をVT に変更する。従っ
て、温度変動で利得が変化しても、増幅器全体の利得は
常に一定にすることができる。
【0015】また、高周波増幅器60の利得は、1つの
パルスの中で図8に示したようにバイアスONの開始か
らバイアスoffの時間までにFETの温度上昇によっ
て利得が減少して振幅が変化してしまうため、バイアス
ON信号12をパルス積分回路4によって利得の減少分
を補償するような補償パルス13を発生させる。このパ
ルスを、減衰量制御回路2に加え、電圧制御減衰回路3
の減衰量をパルス毎に変化させ、1つの高周波パルスの
振幅の変動を抑えることができる。図1に示したパルス
積分回路4は、直線状のパルス積分を行う例を示した
が、曲線形状など、FETの利得の変化に応じて補償す
る回路であればいずれの回路でも良い。
【0016】又、ここでは高周波、増幅器60の温度変
化を検知する温度センサを使用して補償する例を示した
が、図11に示すように高周波増幅器60から出力され
る高周波パルス20の包絡線振幅と入力高周波パルスの
包絡線振幅をそれぞれ検波回路9,10で検波し、差分
増幅器8で入出力の波形の違いを増幅して、これをバイ
アス発生回路6、あるいは、減衰量制御回路2に入力し
て、入出力波形に差が発生しないようにする方法も考え
られる。
【0017】又、ここでは静磁場発生磁石は、永久磁石
方式の場合を例にとって説明したが、ここで述べた高周
波増幅器の温度補償回路は、常伝導,超伝導方式などの
どのようなMRI装置にも適用可能である。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、高周波増幅
器の温度に対する動作点や利得の変動に対し、温度セン
サを用いた温度補償電圧発生回路によって補償電圧を発
生し、これをバイアス回路や減衰量制御回路に加えるこ
とにより、これらの変動を抑制している。これによっ
て、高周波増幅器の入出力特性は常に一定となり、選択
スライスのプロファイルや励起が所望通りに得られると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度補償用バイアス電圧,減衰量制御
回路の構成図。
【図2】高周波増幅器の入出力信号の流れを示す図。
【図3】高周波パルス(包絡線振幅)の入力波形図。
【図4】MOSFETの入出力特性及びバイアス電圧の
説明図。
【図5】高周波パルスとバイアス電圧の関連図。
【図6】MOSFETの入出力特性の温度による変化を
表す図。
【図7】高周波パルス(出力)の振幅減衰を表す図。
【図8】高周波パルス(台形)、1波内の振幅減衰を表
す図。
【図9】入出力特性変化に追従するバイアス電圧を表す
図。
【図10】電圧制御減衰器の入出力特性図。
【図11】包絡線検波を用いた温度補償方法の構成図。
【図12】MRI装置の全体図。
【符号の説明】
1 温度補償電圧発生回路 2 減衰量制御回路 3 電圧制御湊減回路 4 パルス積分回路 5 バイアスON制御回路 6 バイアス電圧発生回路 7 温度センサ 8 差分幅幅器 9 包絡線検波回路 10 包絡線検波回路 11 バイアス電圧 12 バイアスON信号 13 補償パルス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高周波発振器の出力信号を変調器によって
    振幅変調した後、この振幅変調された信号を高周波増幅
    回路によって増幅し、この増幅された信号を高周波パル
    ス送信用コイルへ印加するMRI装置において、前記高
    周波増幅回路は、高周波増幅器と、この高周波増幅器の
    近傍に設置した温度センサと、この温度センサによって
    計測した前記高周波増幅器の温度変化に対応する信号に
    より前記温度変化がもたらす前記高周波増幅器の動作特
    性の変動を補償する補償回路を具備していることを特徴
    とするMRI装置。
  2. 【請求項2】前記補償回路は、バイアス補正回路又は/
    及び減衰量補正回路から成り、前記バイアス補正回路
    は、前記温度センサと、この温度センサの出力信号によ
    り温度変化がもたらす前記高周波増幅器の動作点の変化
    を補償するバイアスを発生するバイアス発生回路を有
    し、前記減衰量補正回路は、前記温度センサと、この温
    度センサの出力信号により温度変化がもたらす前記高周
    波増幅器の利得変動を補償する電圧を発生する電圧制御
    回路を有することを特徴とする請求項1に記載のMRI
    装置。
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