(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022175845
(43)【公開日】2022-11-25
(54)【発明の名称】高周波増幅装置および磁気共鳴イメージング装置
(51)【国際特許分類】
A61B 5/055 20060101AFI20221117BHJP
G01N 24/00 20060101ALI20221117BHJP
G01R 33/36 20060101ALI20221117BHJP
【ＦＩ】
A61B5/055 351
G01N24/00 580B
G01R33/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021082584
(22)【出願日】2021-05-14
(71)【出願人】
【識別番号】594164542
【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】川口 進
【テーマコード（参考）】
4C096
【Ｆターム（参考）】
4C096AB34
4C096AD10
4C096AD23
4C096CC32
4C096CC40
(57)【要約】
【課題】高周波増幅回路のリニアリティを維持する機能をさらに高めること。
【解決手段】実施形態に係る高周波増幅装置は、高周波増幅回路と、負荷インピーダンス演算部と、第１の制御部とを備える。高周波増幅回路は、入力された高周波信号を増幅させる電力増幅素子を有する。負荷インピーダンス演算部は、高周波増幅回路の出力側の電圧定在波比および位相に関する情報に基づいて、負荷インピーダンスを算出する。
【選択図】図２
【解決手段】実施形態に係る高周波増幅装置は、高周波増幅回路と、負荷インピーダンス演算部と、第１の制御部とを備える。高周波増幅回路は、入力された高周波信号を増幅させる電力増幅素子を有する。負荷インピーダンス演算部は、高周波増幅回路の出力側の電圧定在波比および位相に関する情報に基づいて、負荷インピーダンスを算出する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力された高周波信号を増幅させる電力増幅素子を有する高周波増幅回路と、
前記高周波増幅回路の出力側の電圧定在波比および位相に関する情報に基づいて、負荷インピーダンスを算出する負荷インピーダンス演算部と、
前記負荷インピーダンス演算部によって算出された前記負荷インピーダンスに応じて、前記電力増幅素子に印加されるバイアス電圧を制御する第１の制御部と、
を備える高周波増幅装置。
前記高周波増幅回路の出力側の電圧定在波比および位相に関する情報に基づいて、負荷インピーダンスを算出する負荷インピーダンス演算部と、
前記負荷インピーダンス演算部によって算出された前記負荷インピーダンスに応じて、前記電力増幅素子に印加されるバイアス電圧を制御する第１の制御部と、
を備える高周波増幅装置。
【請求項2】
前記第１の制御部による制御の下、出力するバイアス電圧の大きさを変更する電圧可変回路と、
前記電力増幅素子の温度を計測する温度センサと、
前記温度センサにより計測された温度と、前記電圧可変回路から出力された電圧とに基づいて、温度補償されたバイアス電圧を前記電力増幅素子に印加する温度補償回路と、をさらに備える、
請求項１に記載の高周波増幅装置。
前記電力増幅素子の温度を計測する温度センサと、
前記温度センサにより計測された温度と、前記電圧可変回路から出力された電圧とに基づいて、温度補償されたバイアス電圧を前記電力増幅素子に印加する温度補償回路と、をさらに備える、
請求項１に記載の高周波増幅装置。
【請求項3】
前記温度センサと前記温度補償回路との通信を接続または遮断するスイッチ、をさらに備える、
請求項２に記載の高周波増幅装置。
請求項２に記載の高周波増幅装置。
【請求項4】
前記負荷インピーダンス演算部によって算出された前記負荷インピーダンスに応じて、前記高周波増幅回路に入力される前記高周波信号の振幅および位相を制御する第２の制御部、をさらに備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波増幅装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波増幅装置。
【請求項5】
前記負荷インピーダンス演算部によって算出された前記負荷インピーダンスに応じて、前記電力増幅素子に印加するドレイン電圧を制御する第３の制御部、をさらに備える、
請求項４に記載の高周波増幅装置。
請求項４に記載の高周波増幅装置。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１項に記載の高周波増幅装置と、
前記高周波増幅装置から出力された出力信号に基づいて、高周波磁場を発生させるＲＦコイルと、
を備える磁気共鳴イメージング装置。
前記高周波増幅装置から出力された出力信号に基づいて、高周波磁場を発生させるＲＦコイルと、
を備える磁気共鳴イメージング装置。
【請求項7】
請求項３に記載の高周波増幅装置と、
前記高周波増幅装置から出力された出力信号に基づいて、高周波磁場を発生させる送信コイルと、
前記高周波磁場の影響によって被検体から発せられる磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、を備え、
前記高周波増幅装置は、
前記送信コイルおよび前記受信コイルにより前記被検体をプリスキャンする場合に、前記スイッチを開状態とし、前記送信コイルおよび前記受信コイルにより前記被検体を本スキャンする場合に、前記スイッチを閉状態とする第４の制御部、をさらに備える、
磁気共鳴イメージング装置。
前記高周波増幅装置から出力された出力信号に基づいて、高周波磁場を発生させる送信コイルと、
前記高周波磁場の影響によって被検体から発せられる磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、を備え、
前記高周波増幅装置は、
前記送信コイルおよび前記受信コイルにより前記被検体をプリスキャンする場合に、前記スイッチを開状態とし、前記送信コイルおよび前記受信コイルにより前記被検体を本スキャンする場合に、前記スイッチを閉状態とする第４の制御部、をさらに備える、
磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書及び図面に開示の実施形態は、高周波増幅装置および磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置においては、高周波を増幅する高周波増幅装置が用いられている。高周波増幅装置においては、負荷インピーダンスが規定の値から変動することによって生じるインピーダンス不整合が、リニアリティの低下の要因となり得る。このため、このような高周波増幅装置においては、リニアリティの低下を低減するための技術が用いられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－３７１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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、高周波増幅回路のリニアリティを維持する機能をさらに高めることである。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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る高周波増幅装置は、高周波増幅回路と、負荷インピーダンス演算部と、第１の制御部とを備える。高周波増幅回路は、入力された高周波信号を増幅させる電力増幅素子を有する。負荷インピーダンス演算部は、高周波増幅回路の出力側の電圧定在波比および位相に関する情報に基づいて、負荷インピーダンスを算出する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照しながら、高周波増幅装置および磁気共鳴イメージング装置の実施形態について詳細に説明する。
【0008】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係るＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴イメージング）装置１００の構成の一例を示すブロック図である。ＭＲＩ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とを備える。なお、ＭＲＩ装置１００に被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。
図１は、本実施形態に係るＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴イメージング）装置１００の構成の一例を示すブロック図である。ＭＲＩ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とを備える。なお、ＭＲＩ装置１００に被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。
【0009】
静磁場磁石１０１は、中空の円筒形状（円筒の軸に直交する断面が楕円状となるものを含む）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。
【0010】
傾斜磁場コイル１０２は、中空の円筒形状（円筒の軸に直交する断面が楕円状となるものを含む）に形成されたコイルであり、傾斜磁場を発生する。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から個別に電流の供給を受けて、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する。
【0011】
傾斜磁場電源１０３は、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する。例えば、傾斜磁場電源１０３は、傾斜磁場コイル１０２を形成する３つのコイルのそれぞれに、個別に電流を供給する。
【0012】
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傾斜磁場コイル１０２のボア（撮像口）内へ挿入する。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を長手方向および上下方向へ移動するプロセッサである。
【0013】
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、高周波）信号の供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信コイル１０６は、ＲＦコイルの一例である。送信コイル１０６は、例えば被検体Ｐの全身を囲むホールボディ（Whole body）型のコイルである。
【0014】
送信回路１０７は、高周波増幅回路を備え、シーケンス制御回路１１０から入力されたＲＦ信号を増幅し、送信コイル１０６に出力する。送信回路１０７は、本実施形態における高周波増幅装置の一例である。なお、送信回路１０７の構成の詳細については後述する。
【0015】
本実施形態において、シーケンス制御回路１１０から送信回路１０７に入力される増幅前のＲＦ信号を、ＲＦ入力信号という。また、ＲＦ入力信号が増幅された信号を、増幅信号という。
【0016】
本実施形態においては、ＲＦ入力信号に対する増幅信号の増幅率が規定の範囲内であり、かつ、増幅信号の位相が規定の範囲内であることを、リニアリティ（Linearity：線形性）が高い状態という。また、増幅信号の増幅率または位相が規定の範囲内でない状態となることを、リニアリティが悪い状態、若しくは悪化した状態という。
【0017】
規定の増幅率および規定の位相は、例えばシーケンス制御回路１１０によって定められる。また、送信回路１０７で位相の変更をしないことを前提とする場合は、規定の位相は、送信回路１０７に入力されたＲＦ入力信号の位相と同様である。
【0018】
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から発せられる磁気共鳴信号（以下、ＭＲ信号と称する）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。
【0019】
なお、図１では、受信コイル１０８が送信コイル１０６と別個に設けられる構成としたが、これは一例であり、当該構成に限定されるものではない。例えば、受信コイル１０８が送信コイル１０６と兼用される構成を採用しても良い。
【0020】
受信回路１０９は、受信コイル１０８から出力されるアナログのＭＲ信号をアナログ・デジタル変換して、ＭＲデータを生成する。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、アナログ・デジタル変換に関しては、受信コイル１０８内で行っても構わない。また、受信回路１０９はアナログ・デジタル変換以外にも任意の信号処理を行うことが可能である。
【0021】
シーケンス制御回路１１０は、計算機システム１２０から送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７および受信回路１０９を制御することによって、被検体Ｐの撮像を実行する。ＭＲＩ装置１００による被検体Ｐの撮像処理を、スキャンともいう。シーケンス制御回路１１０は、例えば、送信回路１０７におけるＲＦ入力信号の増幅率や位相を規定する。また、シーケンス制御回路１１０は、受信回路１０９からＭＲデータを受信する。シーケンス制御回路１１０は、受信したＭＲデータを計算機システム１２０へ転送する。
【0022】
例えば、シーケンス制御回路１１０は、プロセッサにより実現されるものとしても良いし、ソフトウェアとハードウェアとの混合によって実現されても良い。シーケンス制御回路１１０は、シーケンス情報に基づいて、送信回路１０７にＲＦ入力信号を入力する。シーケンス制御回路１１０は、シーケンス制御部ともいう。
【0023】
ここで、シーケンス情報は、撮像を行うための手順を定義した情報であり、送信回路１０７の制御に関する情報を含む。また、シーケンス情報は、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、受信回路１０９がＭＲ信号を検出するタイミングなどを含む。
【0024】
シーケンス制御回路１１０は、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７および受信回路１０９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。
【0025】
計算機システム１２０は、ＭＲＩ装置１００の全体制御や、データ収集、画像再構成などを行う。計算機システム１２０は、ネットワークインタフェース１２１、記憶回路１２２、処理回路１２３、入力インタフェース１２４、およびディスプレイ１２５を有する。
【0026】
ネットワークインタフェース１２１は、シーケンス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、ネットワークインタフェース１２１によって受信されたＭＲデータは、記憶回路１２２に格納される。
【0027】
記憶回路１２２は、各種のプログラムを記憶する。記憶回路１２２は、例えば、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、光ディスク等により実現される。なお、記憶回路１２２は、ハードウェアによる非一過性の記憶媒体としても用いられる。
【0028】
入力インタフェース１２４は、医師や診療放射線技師等の操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力インタフェース１２４は、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等によって実現される。入力インタフェース１２４は、処理回路１２３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に変換して処理回路１２３へと出力する。なお、本実施形態において入力インタフェース１２４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、この電気信号を処理回路１２３へ出力する電気信号の処理回路も、入力インタフェース１２４の例に含まれる。
【0029】
ディスプレイ１２５は、処理回路１２３による制御の下、各種ＧＵＩ（Graphical User Interface）や、ＭＲ（Magnetic Resonance）画像等を表示する。ディスプレイ１２５は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Organic Electro－Luminescence：ＯＥＬ）ディスプレイ等である。
【0030】
処理回路１２３は、ＭＲＩ装置１００の全体制御を行う。具体的には、処理回路１２３は、入力インタフェース１２４を介して操作者から入力される撮像条件に基づいてシーケンス情報を生成し、生成したシーケンス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。
【0031】
また、処理回路１２３は、撮像の結果としてシーケンス制御回路１１０から送られるＭＲデータを、上述した傾斜磁場により付与された位相エンコード量や周波数エンコード量に従って配列させる。配列されたＭＲデータはｋ空間データと称され、当該ｋ空間データに例えばフーリエ変換などの再構成処理を行ってＭＲ画像を生成する。処理回路１２３は、生成されたＭＲ画像をディスプレイ１２５に表示させる制御を行う。処理回路１２３は、プロセッサにより実現される。
【0032】
処理回路１２３は、記憶回路１２２から読み出した各種のプログラムを実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。なお、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１２３を構成しても良い。
【0033】
次に、本実施形態に係る送信回路１０７の詳細を説明する。
【0034】
図２は、本実施形態に係る送信回路１０７の構成の一例を示すブロック図である。図に示すように、送信回路１０７は、入力端子２１０と、参照信号生成回路２１１と、ゲイン調整回路２１２と、位相調整回路２１３と、高周波増幅回路２５０と、カプラ２１５と、電圧・電流検出回路２１６と、出力端子２１７と、位相演算回路２１８と、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Rate、電圧定在波比）演算回路２１９と、負荷インピーダンス演算回路２２０と、制御回路２２１とを備える。
【0035】
入力端子２１０は、シーケンス制御回路１１０の出力端子と接続する。送信回路１０７は、入力端子２１０を介して、例えばシーケンス制御回路１１０からＲＦ入力信号を取得する。
【0036】
参照信号生成回路２１１は、入力端子２１０から入力されたＲＦ入力信号から、参照信号を生成する。参照信号生成回路２１１は、生成した参照信号を制御回路２２１に送出する。参照信号は、ＲＦ入力信号の振幅および位相を制御回路２２１に伝達するための信号である。参照信号は、例えば、ＲＦ入力信号と同じ信号でも良いし、参照信号生成回路２１１によってＲＦ入力信号に変換処理が施された信号でも良い。変換処理の内容は、特に限定するものではない。なお、シーケンス制御回路１１０からはＲＦ入力信号の振幅および位相を示すデジタルデータであるＲＦ情報のみが入力されても良い。この場合、参照信号生成回路２１１がＲＦ情報に基づいて、ＲＦ入力信号を生成しても良い。
【0037】
ゲイン調整回路２１２は、制御回路２２１の制御の下、ＲＦ入力信号を減衰または増幅する。本実施形態においては、高周波増幅回路２５０でＲＦ入力信号を増幅させる前に、ゲイン調整回路２１２でＲＦ入力信号の振幅の大きさを調整することにより、送信回路１０７に入力されるＲＦ入力信号と出力される増幅信号との関係を高精度に制御している。
【0038】
本実施形態においては、ゲインは、電圧の入出力関係のことを指す。より具体的には、ゲインは、入力電圧と出力電圧の比である。ゲイン調整回路２１２は、ＲＦ入力信号を減衰または増幅することにより、送信回路１０７に入力されるＲＦ入力信号と出力される増幅信号の電圧の関係を調整する。
【0039】
位相調整回路２１３は、制御回路２２１の制御の下、ＲＦ入力信号の位相を調整する。より具体的には、位相調整回路２１３は、ＲＦ入力信号の電圧波形の位相を調整する。
【0040】
なお、図２ではゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３とを別個の回路として記載したが、当該構成は一例である。例えば、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３との機能を有する１つの調整回路が送信回路１０７内に設けられても良い。
【0041】
高周波増幅回路２５０は、ＲＦ入力信号を増幅して増幅信号を出力する。本実施形態においては、高周波増幅回路２５０は、ゲイン調整回路２１２および位相調整回路２１３によって振幅および位相が調整されたＲＦ入力信号を増幅する。なお、高周波増幅回路２５０は、ＲＦアンプともいう。高周波増幅回路２５０が出力した増幅信号は、出力端子２１７を介して送信コイル１０６に供給される。出力端子２１７から出力された増幅信号は、送信回路１０７の出力信号ともいう。高周波増幅回路２５０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の電力増幅素子を備える。高周波増幅回路２５０の構成の詳細については後述する。
【0042】
カプラ２１５と電圧・電流検出回路２１６とは、高周波増幅回路２５０と出力端子２１７との間に設けられる。なお、カプラ２１５と電圧・電流検出回路２１６の設置順は、図２に示す例に限定されるものではない。例えば、図２に示す例とは逆に、電圧・電流検出回路２１６がカプラ２１５よりも高周波増幅回路２５０に近くなるように設置されても良い。
【0043】
カプラ２１５は、高周波増幅回路２５０から出力された増幅信号を出力端子２１７側に出力するとともに、増幅信号の進行波電力(Forward Power：Pf)を、ＶＳＷＲ演算回路２１９に出力する。また、カプラ２１５は、出力端子２１７側からの反射波電力（Reflected Power：Pr）を、ＶＳＷＲ演算回路２１９に出力する。カプラ２１５は、方向性結合器ともいう。
【0044】
電圧・電流検出回路２１６は、高周波増幅回路２５０から出力された増幅信号の電圧と電流を検出する。電圧・電流検出回路２１６は、検出した電圧と電流を位相演算回路２１８に送出する。
【0045】
出力端子２１７は、高周波増幅回路２５０から出力された増幅信号を送信コイル１０６に出力する。
【0046】
位相演算回路２１８は、電圧・電流検出回路２１６によって検出された電圧と電流の位相差を算出する。位相演算回路２１８は、算出した電圧と電流の位相差を、負荷インピーダンス演算回路２２０に送出する。
【0047】
ＶＳＷＲ演算回路２１９は、カプラ２１５から取得した進行波電力と反射波電力から、ＶＳＷＲを算出する。ＶＳＷＲ演算回路２１９は、算出したＶＳＷＲを負荷インピーダンス演算回路２２０に送出する。
【0048】
負荷インピーダンス演算回路２２０は、高周波増幅回路２５０の出力側のＶＳＷＲおよび位相に関する情報に基づいて、負荷インピーダンスを算出する。より詳細には、負荷インピーダンス演算回路２２０は、ＶＳＷＲ演算回路２１９によって算出されたＶＳＷＲと、位相演算回路２１８によって算出された位相差とから、負荷インピーダンスを算出する。負荷インピーダンスの演算式は、公知の数式を採用することができる。負荷インピーダンス演算回路２２０は、負荷インピーダンス演算部の一例である。
【0049】
本実施形態における負荷インピーダンスの変化は、高周波増幅回路２５０から負荷側を見た場合における高周波電圧と電流の位相差により観測される。本実施形態の高周波増幅回路における負荷は、送信コイル１０６である。また、負荷インピーダンスは、式（１）により表される。
【0050】
【数1】
【0051】
例えば、本実施形態の高周波増幅回路２５０は、負荷インピーダンスが規定の値である場合に、入力側と出力側のインピーダンスが整合するように設計されているものとする。
【0052】
負荷インピーダンスの規定の値は、例えば５０Ω±ｊ０Ωとする。負荷インピーダンスが５０Ω±ｊ０Ωである状態を、インピーダンス整合（インピーダンスマッチング）の状態という。また、負荷インピーダンスが５０Ω±ｊ０Ω以外の値である状態では、高周波増幅回路２５０の入力側と出力側のインピーダンスが整合していないため、負荷不整合（インピーダンス不整合）の状態となる。なお、負荷インピーダンスの規定の値は、上述の値に限定されるものではない。
【0053】
負荷インピーダンスの変動によりインピーダンス不整合になると、高周波増幅回路２５０のリニアリティが低下する。負荷インピーダンスの変動は、例えば、被検体ＰがＭＲＩ装置１００の撮像口内に入ることで発生する。例えば、送信コイル１０６がホールボディ型のコイルである場合、送信コイル１０６の中心に被検体Ｐ等の誘電体が入ることにより、送信コイル１０６のインピーダンスが変化することで、高周波増幅回路２５０の負荷インピーダンスが変化する。
【0054】
負荷インピーダンスは、例えば、被検体Ｐの体重や身長等の大きさ、および体脂肪の量等により変化するため、負荷インピーダンスの変動量は個々の被検体Ｐにより異なる。このため、本実施形態の送信回路１０７においては、被検体Ｐのプリスキャンの際における高周波増幅回路２５０の出力側のＶＳＷＲおよび位相に関する情報に基づいて算出された負荷インピーダンスを、当該被検体Ｐの本スキャンにおけるリニアリティ維持のための処理に利用する。
【0055】
本実施形態において、本スキャンは、例えば診断用のＭＲ画像の撮像のために、被検体Ｐをスキャンすることをいう。また、プリスキャンは、位置決め用のＭＲ画像の撮像等のために、本スキャンの前に被検体Ｐをスキャンすることをいう。
【0056】
負荷インピーダンス演算回路２２０は、算出した負荷インピーダンスを制御回路２２１に送出する。
【0057】
制御回路２２１は、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、高周波増幅回路２５０、ゲイン調整回路２１２、および位相調整回路２１３を制御する。
【0058】
制御回路２２１による高周波増幅回路２５０、ゲイン調整回路２１２、および位相調整回路２１３の制御の手法は特に限定されるものではないが、例えば、制御回路２２１は、高周波増幅回路２５０、ゲイン調整回路２１２、および位相調整回路２１３の各々に制御信号を送信する。
【0059】
本実施形態の制御回路２２１は、記憶回路（不図示）からプログラムを読み出し、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。制御回路２２１は、バイアス（Ｂｉａｓ）電圧制御機能２２１ａ、ゲイン・位相制御機能２２１ｂ、ドレイン電圧制御機能２２１ｃ、およびスイッチ制御機能２２１ｄを備える。
【0060】
バイアス電圧制御機能２２１ａは、バイアス電圧制御部および第１の制御部の一例である。ゲイン・位相制御機能２２１ｂは、ゲイン・位相制御部および第２の制御部の一例である。ドレイン電圧制御機能２２１ｃは、ドレイン電圧制御部および第３の制御部の一例である。スイッチ制御機能２２１ｄは、スイッチ制御部および第４の制御部の一例である。また、制御回路２２１全体を、制御部と称しても良い。
【0061】
バイアス電圧制御機能２２１ａは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、高周波増幅回路２５０の電力増幅素子に印加されるバイアス電圧を制御する。バイアス電圧は、高周波増幅回路２５０の電力増幅素子の動作点を変動させる要素の１つである。
【0062】
動作点は、高周波増幅回路２５０がＲＦ入力信号を増幅する際の動作の基準となる点である。また、動作点は、電力増幅素子から出力される増幅信号の出力波形の振幅の中心となる。
【0063】
より詳細には、バイアス電圧制御機能２２１ａは、高周波増幅回路２５０の電力増幅素子の動作点を適切な位置にすることが可能なバイアス電圧の設定値を、負荷インピーダンスに応じて特定する。バイアス電圧制御機能２２１ａは、特定したバイアス電圧の設定値を示す制御信号を、高周波増幅回路２５０に送信する。また、動作点は後述のドレイン電圧によっても変動する。バイアス電圧およびドレイン電圧と動作点との関係については後述する。
【0064】
ゲイン・位相制御機能２２１ｂは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、送信回路１０７に入力されたＲＦ入力信号を規定の増幅率および規定の位相で増幅するように、高周波増幅回路２５０に入力されるＲＦ入力信号の振幅および位相を制御する。換言すれば、ゲイン・位相制御機能２２１ｂは、送信回路１０７が予め定められた線形性を維持するように、高周波増幅回路２５０に入力されるＲＦ入力信号の振幅および位相を調整する。例えば、制御回路２２１は、負荷インピーダンスが５０Ω±ｊ０Ω以外の値になった場合に、インピーダンス不整合による高周波増幅回路２５０のリニアリティの低下を加味して、ＲＦ入力信号の振幅および位相を調整し、調整後のＲＦ入力信号を高周波増幅回路２５０に入力させる。
【0065】
例えば、高周波増幅回路２５０のリニアリティが維持されている場合は、高周波増幅回路２５０は、ＲＦ入力信号の値に関わらず、ＲＦ入力信号を規定の倍率にした増幅信号を出力する。しかしながら、高周波増幅回路２５０のリニアリティが低下している場合、ＲＦ入力信号と増幅信号の関係が非線形となるため、同じ負荷インピーダンスでも、ＲＦ入力信号に応じて増幅率は変動する。また、高周波増幅回路２５０のリニアリティが維持されている場合は、ＲＦ入力信号の大きさに関わらず、高周波増幅回路２５０が出力する増幅信号の位相は規定の位相を維持する。これに対して、高周波増幅回路２５０のリニアリティが低下している場合、ＲＦ入力信号の大きさによって増幅信号の位相が変動する。このため、高周波増幅回路２５０から出力される増幅信号の位相が、規定の位相からずれてしまう場合がある。
【0066】
具体的には、ゲイン・位相制御機能２２１ｂは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、ゲイン調整回路２１２と、位相調整回路２１３とを制御することにより、ＲＦ入力信号の振幅および位相を調整する。例えば、ゲイン・位相制御機能２２１ｂは、負荷インピーダンスに応じたゲインの調整値および位相の調整値を示す制御信号を、高周波増幅回路２５０に送信する。
【0067】
制御回路２２１による制御により、ＲＦ入力信号が高周波増幅回路２５０に入力される前に、ゲイン調整回路２１２および位相調整回路２１３によってＲＦ入力信号の振幅および位相が調整される。当該調整により、負荷インピーダンスが規定の値以外の値であっても、高周波増幅回路２５０から出力される増幅信号は、負荷インピーダンスが規定の値である場合の増幅信号に近くなる。このため、高周波増幅回路２５０のリニアリティが低下しても、送信回路１０７全体では、リニアリティが維持される。つまり、送信回路１０７に入力された調整前のＲＦ入力信号が規定の増幅率で増幅された増幅信号が、送信コイル１０６に供給される。
【0068】
また、ドレイン電圧制御機能２２１ｃは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、電力増幅素子に印加するドレイン電圧を制御する。なお、ゲイン・位相制御機能２２１ｂとドレイン電圧制御機能２２１ｃとを１つの機能としても良い。この場合、ゲイン・位相制御機能２２１ｂとドレイン電圧制御機能２２１ｃは共に、第２の制御部の一例としても良い。また、この場合、スイッチ制御機能２２１ｄを第３の制御部の一例としても良い。
【0069】
また、本実施形態において、バイアス電圧制御機能２２１ａ、ゲイン・位相制御機能２２１ｂ、およびドレイン電圧制御機能２２１ｃは、プリスキャンの際に検出された負荷インピーダンスに基づいて特定したバイアス電圧の設定値、ゲインの調整値、位相の調整値、およびドレイン電圧の設定値を、本スキャンにおいて適用する。すなわち、本スキャン中にはバイアス電圧の設定値およびドレイン電圧の設定値は変更されず、固定値となる。また、ゲインの調整値および位相の調整値は負荷インピーダンスだけではなく、ＲＦ入力信号にも連動して変化するが、調整値の基準となる負荷インピーダンスはプリスキャンの際に検出されたものとする。
【0070】
スイッチ制御機能２２１ｄは、高周波増幅回路２５０に含まれる温度センサと加算器との間に設けられたスイッチの開閉を制御する。スイッチが開状態の場合には温度センサと加算器との間が遮断され、スイッチが閉状態の場合には温度センサと加算器との間が電気的に接続される。スイッチ制御機能２２１ｄは、プリスキャンの際には、スイッチを開状態にし、本スキャンの際には、スイッチを閉状態にするように、高周波増幅回路２５０に制御信号を送信する。プリスキャンの実行および本スキャンの実行は、例えば、シーケンス制御回路１１０から制御信号によりスイッチ制御機能２２１ｄへ伝達される。高周波増幅回路２５０に含まれるスイッチ、温度センサ、および加算器については図３で後述する。
【0071】
本実施形態における負荷インピーダンスに応じたゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧、およびバイアス電圧の特定の手法としては、例えば、不図示の記憶回路に負荷インピーダンス、ＲＦ入力信号、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値、およびバイアス電圧の設定値が対応付けられて記憶されていても良い。負荷インピーダンス、ＲＦ入力信号、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値、およびバイアス電圧の設定値が対応付けられた情報を、例えば調整値情報という。この場合、バイアス電圧制御機能２２１ａ、ゲイン・位相制御機能２２１ｂ、およびドレイン電圧制御機能２２１ｃは、調整値情報に基づいて、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値、およびバイアス電圧の設定値を特定する。調整値情報は、例えばテーブルとして、記憶回路に保存される。また、調整値情報は、ＲＦ入力信号の代わりに、ＲＦ入力信号から生成される参照信号が、負荷インピーダンス、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値、およびバイアス電圧の設定値が対応付けられた情報であっても良い。
【0072】
なお、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値、およびバイアス電圧の設定値の特定方法は、これに限定されるものではなく、例えば、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値、およびバイアス電圧の設定値の対応関係を示す数式がバイアス電圧制御機能２２１ａ、ゲイン・位相制御機能２２１ｂ、およびドレイン電圧制御機能２２１ｃに組み込まれていても良い。
【0073】
図３は、本実施形態に係る高周波増幅回路２５０の構成の一例を示す図である。図３に示すように、高周波増幅回路２５０は、入力端子３０１、出力端子３０２、電力増幅素子３０３、電圧可変抵抗器３０４、温度センサ３０５、およびＶＤＤ３０８を備える。
【0074】
なお、図３では図示を省略するが、実際には、高周波増幅回路２５０は、複数セットの入力端子３０１、出力端子３０２、電力増幅素子３０３、電圧可変抵抗器３０４、温度センサ３０５、スイッチ３０６、加算器３０７、およびＶＤＤ３０８を備える。つまり、図３は、高周波増幅回路２５０に含まれる複数セットの要素群（入力端子３０１、出力端子３０２、電力増幅素子３０３、電圧可変抵抗器３０４、温度センサ３０５、スイッチ３０６、加算器３０７、およびＶＤＤ３０８）のうちの１セットを示す。複数セットの要素群は、並列に接続する。また、高周波増幅回路２５０は、複数セットの要素群に接続する合成回路（不図示）をさらに備える。
【0075】
入力端子３０１は、ゲイン調整回路２１２および位相調整回路２１３を経由したＲＦ入力信号の入力を受ける端子である。
【0076】
出力端子３０２は、電力増幅素子３０３によって増幅された増幅信号を出力する端子である。出力端子３０２から出力された増幅信号は、図２に図示したカプラ２１５に入力される。処理詳細には、各セットの要素群に含まれる電力増幅素子３０３で増幅された増幅信号は、合成回路を介してカプラ２１５に出力される。
【0077】
電力増幅素子３０３は、入力端子３０１から入力されたＲＦ入力信号を増幅する。電力増幅素子３０３は、例えばＦＥＴ等である。
【0078】
電圧可変抵抗器３０４は、制御回路２２１のバイアス電圧制御機能２２１ａによる制御の下、出力するバイアス電圧の大きさを変更する。具体的には、電圧可変抵抗器３０４は、電力増幅素子３０３に印加されるバイアス電圧を、規定の設定値に変更するための抵抗器である。電圧可変抵抗器３０４は、不図示の電源回路からバイアス電圧の入力を受け、当該バイアス電圧を規定の設定値に変更した上で、加算器３０７へ出力する。電圧可変抵抗器３０４は、バイアス電圧設定回路ともいう。電圧可変抵抗器３０４は、本実施形態における電圧可変回路の一例である。
【0079】
規定の設定値は、制御回路２２１のバイアス電圧制御機能２２１ａによって特定されたバイアス電圧の設定値である。電圧可変抵抗器３０４は、制御回路２２１のバイアス電圧制御機能２２１ａから送信された制御信号に基づいて、抵抗値を変更する。
【0080】
温度センサ３０５は、電力増幅素子３０３の温度を計測するセンサである。より詳細には、温度センサ３０５が計測する温度は、電力増幅素子３０３のケース温度である。ケース温度は電力増幅素子３０３が格納されたケースの表面温度であり、パッケージ温度ともいう。温度センサ３０５は、温度の計測結果を、加算器３０７へ送信する。
【0081】
温度センサ３０５は、例えば、電力増幅素子３０３の基準温度と計測温度の差分を温度の計測結果として加算器３０７へ送信する。基準温度の値は特に限定されるものではないが、電力増幅素子３０３が発熱していない状態の一般的な温度とする。
【0082】
加算器３０７は、温度センサ３０５による温度の計測結果と、電圧可変抵抗器３０４から出力された電圧とに基づいて、温度補償されたバイアス電圧を、電力増幅素子３０３に印加する。より詳細には、加算器３０７は、温度センサ３０５によって計測された温度に応じた電圧を、電圧可変抵抗器３０４から出力されたバイアス電圧に加算し、加算後のバイアス電圧を、電力増幅素子３０３に印加する。加算器３０７は、本実施形態における温度補償回路の一例である。
【0083】
一般に、ＦＥＴの温度係数は－２ｍＶ／℃という性質がある。このため、電力増幅素子３０３がＦＥＴである場合、電力増幅素子３０３の温度が１度上昇すると、ＦＥＴから出力される増幅信号の電圧が２ｍＶ低下する。つまり、ＭＲＩ装置１００によるスキャン処理中に、電力増幅素子３０３の温度が上昇すると電力増幅素子３０３から出力される増幅信号の増幅率が低下する。このため、加算器３０７は、温度センサ３０５によって計測された温度が基準温度から１度上昇するごとに、電圧可変抵抗器３０４から出力されたバイアス電圧に２ｍＶ分を加算して出力する。なお、電力増幅素子３０３の温度係数の値はこれに限定されない。
【0084】
また、スイッチ３０６は、温度センサ３０５と加算器３０７との間に設けられる。スイッチ３０６は、制御回路２２１から送信された制御信号に基づいて、温度センサ３０５と加算器３０７との通信を接続または遮断する。
【0085】
スイッチ３０６が開状態の場合には温度センサ３０５と加算器３０７との間が遮断されるため、温度センサ３０５による温度の計測結果は加算器３０７に伝達されない。この場合、電圧可変抵抗器３０４から出力されたバイアス電圧は、加算器３０７により変更されないまま、電力増幅素子３０３に印加される。本実施形態においては、プリスキャンの際にはスイッチ３０６が開状態となるため、プリスキャンの際には温度に応じたバイアス電圧の変更は行われない。
【0086】
また、スイッチ３０６が閉状態の場合には温度センサ３０５と加算器３０７とが電気的に接続されるため、温度センサ３０５から加算器３０７へ温度の計測結果を伝達することができる。本実施形態においては、本スキャンの際にはスイッチ３０６が閉状態となるため、本スキャン中に電力増幅素子３０３の温度が上昇したことにより電力増幅素子３０３の増幅機能が低下した場合においても、電力増幅素子３０３に印加されるバイアス電圧を加算器３０７が上昇させることにより、温度補償をすることができる。
【0087】
ＶＤＤ３０８は、電力増幅素子３０３にドレイン電圧を印加する直流電源である。ＶＤＤ３０８は、制御回路２２１から送信された制御信号に基づいて、ドレイン電圧の大きさを変更する。
【0088】
次に、本実施形態における負荷インピーダンス、ドレイン電圧、およびバイアス電圧と、電力増幅素子３０３の動作点との関係について説明する。
【0089】
図４は、本実施形態に係るドレイン電圧、ドレイン電流、およびバイアス電圧と、電力増幅素子３０３の動作点と関係の一例を示すグラフである。
【0090】
図４の横軸はドレイン電圧（ＶＤＳ）、縦軸はドレイン電流（ＩＤ）を示す。ドレイン電流の値は、負荷インピーダンスとドレイン電圧により決まる。式（２）は、ドレイン電流と負荷インピーダンス、ドレイン電圧の関係を示す数式である。また、図４のＶＧＳは、バイアス電圧を示す。
【0091】
【数2】
【0092】
式（２）のＩＤはドレイン電流、ＶＤＳはドレイン電圧、ＲＬは負荷インピーダンスを表す。式（２）により、例えば、ドレイン電圧が“１２Ｖ”、負荷インピーダンスが“１ｋΩ”の場合、ドレイン電流は“１２ｍＡ”となる。また、ドレイン電圧が“１２Ｖ”、負荷インピーダンスが“１．２ｋΩ”の場合、ドレイン電流は“１０ｍＡ”となる。また、ドレイン電圧が“１２Ｖ”、負荷インピーダンスが“１．４ｋΩ”の場合、ドレイン電流は約“８．６ｍＡ”となる。
【0093】
図４に示すグラフ上で、ドレイン電流とドレイン電圧とを結ぶ直線と、バイアス電圧を表すグラフとの交点をバイアスポイントという。バイアスポイントは、電力増幅素子３０３の動作点を表す。例えば、図４に示す例では、ドレイン電圧が“１２Ｖ”、ドレイン電流が“１０ｍＡ”、バイアス電圧が“－０．１Ｖ”の場合に、ドレイン電流とドレイン電圧とを結ぶ直線とバイアス電圧を表すグラフとの交点Ａが動作点となる。この場合、動作点の位置は、電圧が約５Ｖの位置となる。
【0094】
一般に、電力増幅素子３０３の出力振幅を大きくするためには，動作点はドレイン電圧の半分程度に設定することが好ましい。図４に示す例では、ドレイン電圧が“１２Ｖ”、ドレイン電流が“１０ｍＡ”、バイアス電圧が“－０．０５Ｖ”の場合、動作点が約２．５Ｖの位置になり、ドレイン電圧“１２Ｖ”の半分である６Ｖより大きく下回る。また、ドレイン電圧が“１２Ｖ”、ドレイン電流が“１０ｍＡ”、バイアス電圧が“－０．１Ｖ”の場合に、バイアス電圧が“－０．１５Ｖ”であると、動作点が約７．５Ｖの位置になり、ドレイン電圧“１２Ｖ”の半分である６Ｖを超える。このため、図４に示す例では、バイアス電圧を０．０５Ｖ単位で制御可能な場合、バイアス電圧が“－０．１Ｖ”である場合が、動作点の位置がドレイン電圧“１２Ｖ”の半分に最も近くなる。この場合、バイアス電圧制御機能２２１ａは、“－０．１Ｖ”が最適なバイアス電圧であると判定し、“－０．１Ｖ”を設定値とする。
【0095】
なお、図４に示す数値はドレイン電圧、ドレイン電流、およびバイアス電圧と、電力増幅素子３０３の動作点との関係を示すための一例に過ぎず、実際にＭＲＩ装置１００で用いられる値は図４に示すものに限定されない。
【0096】
動作点をドレイン電圧の半分程度にすることが好ましい理由は、ドレイン電圧によって増幅信号の出力波形の上下端の電圧が制限されるためである。より詳細には、動作点は、増幅信号の出力波形の振幅の中心となるため、動作点が高すぎたり低すぎたりする状態になると、出力波形の上側または下側がクリップすることにより、出力波形に歪が生じたり、規定の大きさの波形を出力できなかったりする場合がある。
【0097】
クリップとは、電力増幅素子３０３の出力がドレイン電圧の制約などにより制限された状態のことをいう。クリップが発生すると、例えば、増幅信号の出力波形の先端が平らにカットされることにより、出力波形に歪が生じる。
【0098】
図４および式（２）に示すように、動作点は、負荷インピーダンス、ドレイン電圧、およびバイアス電圧によって変化する。例えば、ドレイン電圧およびバイアス電圧が一定でも、負荷インピーダンスが大きくなると、動作点が下がる。この場合、増幅信号の出力波形の下側がクリップする場合がある。このため、例えば、負荷インピーダンスが規定の値よりも大きくなった場合、ドレイン電圧制御機能２２１ｃがドレイン電圧を大きくする、またはバイアス電圧制御機能２２１ａがバイアス電圧を小さくすることにより、増幅信号の出力波形の振幅の上限と下限の両方がクリップしない位置に、動作点の位置を上げる。
【0099】
図５、６を用いて、動作点と出力波形の関係について説明する。
【0100】
【0101】
図５に示す例では、動作点が電力増幅素子３０３の出力可能な電圧の範囲の中心付近に位置しているため、出力波形９０ａが歪まずに出力されている。
【0102】
図６は、増幅信号の他の出力波形９０ｂの一例を模式的に示す図である。図６に示す例では、動作点の位置が図５よりも高いため、出力波形９０ｂの振幅の中心Ｃ２の位置が図５に示した中心Ｃ１よりも高くなる。このため、出力波形９０ｂの上端がクリップし、出力波形９０ｂが歪んだ状態となる。このようなクリップが発生すると、増幅信号の波形がＲＦ入力信号の波形の相似形とならないため、電力増幅素子３０３のリニアリティが低下する。
【0103】
電力増幅素子３０３の動作点が図５に例示したように適切な位置に調整されることで、増幅信号の歪みを低減することができる。また、動作点が適切な位置に調整されることで、電力増幅素子３０３を効率良く作動させることができる。
【0104】
なお、本実施形態においては、動作点の電圧がドレイン電圧の２分の１に最も近くなるバイアス電圧を、バイアス電圧の最適値として例示したが、他の条件によりバイアス電圧の最適値が規定されても良い。
【0105】
また、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記憶回路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」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、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。プロセッサが例えばＣＰＵである場合、プロセッサは記憶回路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、記憶回路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、複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
【0106】
例えば、図２では、位相演算回路２１８と、ＶＳＷＲ演算回路２１９と、負荷インピーダンス演算回路２２０と、制御回路２２１とをそれぞれ異なる回路として図示したが、これらの回路の機能を１つのプロセッサ等が実行しても良い。また、制御回路２２１が有する複数の機能が、異なるプロセッサ等によりそれぞれ実行されても良い。
【0107】
次に、以上のように構成された本実施形態のＭＲＩ装置１００の送信回路１０７における処理の流れについて説明する。
【0108】
【0109】
まず、入力インタフェース１２４が操作者からプリスキャンの開始を指示する操作を受けた場合に、計算機システム１２０の処理回路１２３は、ＭＲＩ装置１００全体を制御してプリスキャンをスタートする（Ｓ１）。例えば、処理回路１２３は、シーケンス制御回路１１０にプリスキャンの開始時の指示および各種撮像条件を送信する。また、シーケンス制御回路１１０は、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７および受信回路１０９を制御することによって、被検体Ｐのプリスキャンを実行する。
【0110】
そして、プリスキャン中の送信回路１０７における負荷インピーダンスの測定処理が実行される（Ｓ２）。
【0111】
そして、測定された負荷インピーダンスに応じて、制御回路２２１は、電力増幅素子３０３に印加されるバイアス電圧を設定する（Ｓ３）。より詳細には、測定された負荷インピーダンスに応じて、制御回路２２１のバイアス電圧制御機能２２１ａがバイアス電圧の設定値を特定する。バイアス電圧制御機能２２１ａは、電圧可変抵抗器３０４に制御信号を送信することにより、特定した設定値のバイアス電圧が出力されるように、電圧可変抵抗器３０４を設定する。
【0112】
なお、図７に示す例では、プリスキャン中に、ドレイン電圧の設定が完了するものとして記載しているが、ドレイン電圧の設定は本スキャンの開始前であれば良く、プリスキャンの終了後であっても良い。
【0113】
また、図７では図示を省略したが、制御回路２２１は、ゲインの調整値、位相の調整値、ドレイン電圧の設定値についても、プリスキャンの際に測定された負荷インピーダンスに応じて特定する。
【0114】
そしてプリスキャンの終了後（Ｓ４）、入力インタフェース１２４が操作者から本スキャンの開始を指示する操作を受けた場合に、計算機システム１２０の処理回路１２３は、ＭＲＩ装置１００全体を制御して本スキャンをスタートする（Ｓ５）。
【0115】
本スキャン中は、温度センサ３０５により計測された電力増幅素子３０３の温度に基づいて、加算器３０７が、バイアス電圧を温度補償する（Ｓ６）。
【0116】
そして、本スキャンが終了すると（Ｓ７）、本フローチャートの処理は終了する（Ｓ８）。
【0117】
【0118】
図８は、本実施形態に係る送信回路１０７でプリスキャンの際に実行されるリニアリティ維持のための処理の詳細な流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理の前提として、被検体Ｐがボア内に載置されているものとする。
【0119】
このフローチャートが実行される際には、スイッチ３０６は開状態であり、温度センサ３０５と加算器３０７との接続は切断されているものとする。また、このフローチャートが実行される際には、ドレイン電圧およびバイアス電圧は、それぞれの規定の大きさで印加されるものとする。プリスキャン時のドレイン電圧およびバイアス電圧の規定の大きさは、例えば、インピーダンス整合がとれていることを前提とした規定の設定値とするが、これに限定されるものではない。
【0120】
まず、シーケンス制御回路１１０から送信回路１０７にＲＦ入力信号が入力される（Ｓ１０１）。
【0121】
そして、参照信号生成回路２１１は、入力端子２１０から入力されたＲＦ入力信号から、参照信号を生成する（Ｓ１０２）。参照信号生成回路２１１は、生成した参照信号を制御回路２２１に送出する。
【0122】
そして、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３とが、ＲＦ入力信号のゲインおよび位相を調整する（Ｓ１０３）。ゲインおよび位相が調整されたＲＦ入力信号は、高周波増幅回路２５０の入力端子３０１から入力され、電力増幅素子３０３へ伝達される。Ｓ３の処理の際は、負荷インピーダンスがまだ計測されていないため、ゲインの調整値および位相の調整値は、例えば予め設定された規定値とする。
【0123】
なお、図８ではプリスキャンの際にもゲインおよび位相を調整するものとしたが、プリスキャンの際は、ＲＦ入力信号のゲインおよび位相は調整されなくとも良い。この場合は、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３は、入力されたＲＦ入力信号を補正せずにそのまま通過させる。
【0124】
そして、高周波増幅回路２５０は、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３によってゲインおよび位相が調整された調整後のＲＦ入力信号を、電力増幅素子３０３で増幅し、増幅信号を出力する（Ｓ１０４）。
【0125】
次に、カプラ２１５は、高周波増幅回路２５０の出力側の進行波電力と反射波電力を検出する（Ｓ１０５）。カプラ２１５は、検出した進行波電力と反射波電力をＶＳＷＲ演算回路２１９に送出する。
【0126】
そして、ＶＳＷＲ演算回路２１９は、検出された進行波電力と反射電力からＶＳＷＲを算出する（Ｓ１０６）。ＶＳＷＲ演算回路２１９は、算出したＶＳＷＲを負荷インピーダンス演算回路２２０に送出する。
【0127】
また、電圧・電流検出回路２１６は、高周波増幅回路２５０の出力側の電圧と電流を検出する（Ｓ１０７）。電圧・電流検出回路２１６は、検出した電圧と電流を位相演算回路２１８に送出する。
【0128】
そして、位相演算回路２１８は、検出された電圧と電流の位相差を算出する（Ｓ１０８）。位相演算回路２１８は、算出した位相差を負荷インピーダンス演算回路２２０に送出する。
【0129】
負荷インピーダンス演算回路２２０は、ＶＳＷＲ演算回路２１９によって算出されたＶＳＷＲと、位相演算回路２１８によって算出された位相差とから、負荷インピーダンスを算出する（Ｓ１０９）。負荷インピーダンス演算回路２２０は、算出した負荷インピーダンスを制御回路２２１に送出する。
【0130】
制御回路２２１のゲイン・位相制御機能２２１ｂは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、ゲインの調整値、および位相の調整値、を特定する。また、制御回路２２１のドレイン電圧制御機能２２１ｃは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、ドレイン電圧の設定値を特定する（Ｓ１１０）。
【0131】
例えば、ゲイン・位相制御機能２２１ｂおよびドレイン電圧制御機能２２１ｃは、予め記憶回路に登録された調整値情報から、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスと参照信号生成回路２１１から入力された参照信号との組み合わせに対応するゲインの調整値、位相の調整値、およびドレイン電圧の設定値を特定する。
【0132】
そして、ゲイン・位相制御機能２２１ｂは、特定したゲインの調整値を示す制御信号をゲイン調整回路２１２に、特定した位相の調整値を示す制御信号を位相調整回路２１３に、それぞれ送信することにより、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３の設定を変更する。また、ドレイン電圧制御機能２２１ｃは、特定したドレイン電圧の設定値を示す制御信号を、ＶＤＤ３０８に送信することにより、ＶＤＤ３０８の設定を変更する（Ｓ１１１）。
【0133】
そして、制御回路２２１のバイアス電圧制御機能２２１ａは、負荷インピーダンス演算回路２２０によって算出された負荷インピーダンスに応じて、電力増幅素子３０３の動作点を適切な位置にすることが可能なバイアス電圧の設定値を特定する（Ｓ１１２）。
【0134】
例えば、バイアス電圧制御機能２２１ａは、電力増幅素子３０３の動作点がＳ１１０で特定されたドレイン電圧の２分の１に最も近くなるバイアス電圧を、設定値として特定する。バイアス電圧制御機能２２１ａは、設定値を、負荷インピーダンスとドレイン電圧の値とから演算されても良いし、予め調整値情報として対応付けられたテーブル等から検索しても良い。バイアス電圧制御機能２２１ａは、特定したバイアス電圧の設定値を表す制御信号を高周波増幅回路２５０に送信する。
【0135】
高周波増幅回路２５０の電圧可変抵抗器３０４は、制御回路２２１から送信された制御信号によって示される設定値に基づいて、可変抵抗を変更する（Ｓ１１３）。ここで、このフローチャートの処理は終了する。
【0136】
なお、図８では、Ｓ１１０のゲインの調整値、位相の調整値、およびドレイン電圧の設定値の特定と、Ｓ１１２のバイアス電圧の設定値の特定とを分けて記載したが、これらの処理は統合されても良い。
【0137】
なお、Ｓ１０１～Ｓ１０５、およびＳ１０７の処理は、プリスキャン中に実行されることが必須である。また、Ｓ１０６、およびＳ１０８～Ｓ１１３の処理は、プリスキャン中の実行は必須ではなく、本スキャンの実行前に実行されれば良い。なお、被検体Ｐに応じて高周波増幅回路２５０の負荷が変動するため、負荷インピーダンスの計測、およびドレイン電圧とバイアス電圧の設定値の決定の際には、被検体Ｐがボア内に存在することを前提とする。
【0138】
【0139】
図９は、本実施形態に係る送信回路１０７で本スキャンの際に実行されるリニアリティ維持のための処理の詳細な流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理の前提として、プリスキャンされた被検体Ｐと同一の被検体Ｐが、ボア内に載置されているものとする。このフローチャートの実行時には、プリスキャン時に特定された設定値のドレイン電圧が、ＶＤＤ３０８により出力されているものとする。また、このフローチャートの実行時には、プリスキャン時に特定された設定値のバイアス電圧が、電圧可変抵抗器３０４から出力されているものとする。
【0140】
まず、制御回路２２１のスイッチ制御機能２２１ｄは、制御信号を送信することにより、スイッチ３０６をクローズさせる（Ｓ２０１）。これにより、温度センサ３０５と加算器３０７とが通信可能に接続する。
【0141】
次に、加算器３０７は、温度センサ３０５から電力増幅素子３０３の温度の計測結果を取得する（Ｓ２０２）。
【0142】
そして、加算器３０７は、取得した温度の計測結果に基づいて、電圧可変抵抗器３０４から出力されたバイアス電圧に、加算をする（Ｓ２０３）。なお、一般に、本スキャンの開始直後は電力増幅素子３０３の温度は基準温度に近いが、本スキャンの進行とともに温度が上昇する。温度センサ３０５による温度の計測結果の変化に応じて、加算器３０７が加算する電圧も変化する。加算器３０７の当該動作により、電力増幅素子３０３の温度の上昇に伴う電力増幅素子３０３の機能低下を補うための温度補償が可能となる。
【0143】
そして、加算器３０７は、加算後のバイアス電圧を、電力増幅素子３０３に印加する（Ｓ２０４）。
【0144】
そして、シーケンス制御回路１１０から送信回路１０７にＲＦ入力信号が入力される（Ｓ２０５）。
【0145】
参照信号生成回路２１１は、入力端子２１０から入力されたＲＦ入力信号から、参照信号を生成する（Ｓ２０６）。参照信号生成回路２１１は、生成した参照信号を制御回路２２１に送出する。
【0146】
そして、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３とが、プレスキャン時に設定されたゲインの調整値および位相の調整値に基づいて、ＲＦ入力信号のゲインおよび位相を調整する（Ｓ２０７）。
【0147】
そして、高周波増幅回路２５０は、ゲイン調整回路２１２と位相調整回路２１３によってゲインおよび位相が調整された調整後のＲＦ入力信号を増幅した増幅信号を出力する（Ｓ２０８）。
【0148】
本スキャンが継続している場合（Ｓ２０９“Ｎｏ”）、Ｓ２０２～Ｓ２０８の処理が繰り返される。
【0149】
また、本スキャンが終了する場合（Ｓ２０９“Ｙｅｓ”）、制御回路２２１のスイッチ制御機能２２１ｄは、制御信号を送信することにより、スイッチ３０６をオープンさせる（Ｓ２１０）。ここで、本フローチャートの処理は終了する。
【0150】
このように、本実施形態の送信回路１０７は、高周波増幅回路２５０の出力側のＶＳＷＲおよび位相に関する情報に基づいて算出した負荷インピーダンスに応じて、電力増幅素子３０３に印加されるバイアス電圧を制御する。このような機能により、本実施形態の送信回路１０７によれば、負荷インピーダンスが規定の値から変動しても、電力増幅素子３０３の動作点を適切な位置に設定することが可能となり、動作点がずれることによるクリップ等の発生を低減することができる。このため、本実施形態の送信回路１０７によれば、電力増幅素子３０３のリニアリティを精度良く安定した状態で維持することができる。
【0151】
比較例として、例えば、高周波増幅回路と出力端子との間に、アイソレータまたはサーキュレータ等を設けて出力端子側から高周波増幅回路への反射波電力を除去することにより、反射波電力によって負荷インピーダンスが変動することを抑制する送信回路がある。このような構成においては、負荷インピーダンスの変動によるインピーダンス不整合の発生自体を低減するために、アイソレータまたはサーキュレータ等の構成が必須となる。
【0152】
これに対して、本実施形態の送信回路１０７によれば、上述のように、負荷インピーダンスが変動する場合においても、電力増幅素子３０３のリニアリティを維持することができるため、負荷インピーダンスも変動を抑制する機器等を設けなくとも良い。
【0153】
また、本実施形態の送信回路１０７は、算出された負荷インピーダンスに応じたバイアス電圧の設定値に合わせて、出力するバイアス電圧の大きさを変更する電圧可変抵抗器３０４と、電力増幅素子３０３の温度を計測する温度センサ３０５と、温度センサ３０５により計測された温度と、電圧可変抵抗器３０４から出力された電圧とに基づいて、温度補償されたバイアス電圧を電力増幅素子３０３に印加する加算器３０７を更に備える。このため、本実施形態の送信回路１０７によれば、電力増幅素子３０３の温度上昇により増幅機能が低下しても、電力増幅素子３０３のリニアリティの低下を低減することができる。
【0154】
また、本実施形態の送信回路１０７は、温度センサ３０５と加算器３０７との通信を接続または遮断するスイッチ３０６をさらに備える。これにより、本実施形態の送信回路１０７によれば、バイアス電圧の温度補償をするか否かを切り替えることができる。
【0155】
例えば、本実施形態の送信回路１０７を備えるＭＲＩ装置１００では、被検体Ｐをプリスキャンする場合に、スイッチ３０６を開状態とし、被検体Ｐを本スキャンする場合に、スイッチ３０６を閉状態とする。これにより、例えば、バイアス電圧の温度補償をしない状態でプリスキャンの際に測定された負荷インピーダンスに基づいて、本スキャンでは電力増幅素子３０３の温度上昇を加味したバイアス電圧を出力するように、ＭＲＩ装置１００の使用場面に合わせた制御をすることが可能となる。
【0156】
また、本実施形態の送信回路１０７は、高周波増幅回路２５０の出力側のＶＳＷＲおよび位相に関する情報に基づいて算出した負荷インピーダンスに応じて、高周波増幅回路２５０に入力されるＲＦ入力信号の振幅および位相を制御する。このような構成により、本実施形態の送信回路１０７では、負荷インピーダンスの変動による高周波増幅回路２５０のリニアリティの低下を加味して調整したＲＦ入力信号を高周波増幅回路２５０に入力することにより、負荷インピーダンスが変動する場合においても、規定の大きさおよび位相の増幅信号を送信回路１０７から出力することができる。このため、本実施形態の送信回路１０７によれば、負荷インピーダンスが変動する場合においても、送信回路１０７全体でのリニアリティを維持することができる。
【0157】
また、本実施形態の送信回路１０７は、高周波増幅回路２５０の出力側のＶＳＷＲおよび位相に関する情報に基づいて算出した負荷インピーダンスに応じて、電力増幅素子３０３に印加するドレイン電圧を制御する。このため、本実施形態の送信回路１０７によれば、バイアス電圧とドレイン電圧の両方を調整することで、電力増幅素子３０３の動作点の制御が容易となる。
【0158】
本実施形態のＭＲＩ装置１００は、上述の送信回路１０７を備えることにより、個々の被検体Ｐによって負荷インピーダンスが変動しても、リニアリティが維持された増幅信号に基づく高周波磁場を発生させることができる。
【0159】
（変形例１）
なお、上述の実施形態では、送信コイル１０６は、被検体Ｐの全身を囲むホールボディ型のコイルとしたが、送信コイル１０６の形状はこれに限定されるものではない。例えば、送信コイル１０６は、被検体Ｐの身体の一部に取り付けられる局所コイルであっても良い。
なお、上述の実施形態では、送信コイル１０６は、被検体Ｐの全身を囲むホールボディ型のコイルとしたが、送信コイル１０６の形状はこれに限定されるものではない。例えば、送信コイル１０６は、被検体Ｐの身体の一部に取り付けられる局所コイルであっても良い。
【0160】
（変形例２）
また、上述の実施形態では、電力増幅素子３０３のケース温度に基づくバイアス電圧の温度補償について説明したが、高周波増幅回路２５０は、電力増幅素子３０３のケース温度、内部損失、および熱抵抗等から、電力増幅素子３０３のジャンクション温度を推定する機能を備えても良い。この場合、加算器３０７は、推定されたジャンクション温度に基づいてバイアス電圧を加算しても良い。
また、上述の実施形態では、電力増幅素子３０３のケース温度に基づくバイアス電圧の温度補償について説明したが、高周波増幅回路２５０は、電力増幅素子３０３のケース温度、内部損失、および熱抵抗等から、電力増幅素子３０３のジャンクション温度を推定する機能を備えても良い。この場合、加算器３０７は、推定されたジャンクション温度に基づいてバイアス電圧を加算しても良い。
【0161】
なお、本明細書において扱う各種データは、典型的にはデジタルデータである。
【0162】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、高周波増幅回路のリニアリティを維持する機能をさらに高めることができる。
【0163】
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。
【符号の説明】
【0164】
９０ａ，９０ｂ 出力波形
１００ ＭＲＩ装置
１０１ 静磁場磁石
１０２ 傾斜磁場コイル
１０３ 傾斜磁場電源
１０４ 寝台
１０４ａ 天板
１０５ 寝台制御回路
１０６ 送信コイル
１０７ 送信回路
１０８ 受信コイル
１０９ 受信回路
１１０ シーケンス制御回路
１２０ 計算機システム
１２１ ネットワークインタフェース
１２２ 記憶回路
１２３ 処理回路
１２４ 入力インタフェース
１２５ ディスプレイ
２１０ 入力端子
２１１ 参照信号生成回路
２１２ ゲイン調整回路
２１３ 位相調整回路
２１５ カプラ
２１６ 電圧・電流検出回路
２１７ 出力端子
２１８ 位相演算回路
２１９ ＶＳＷＲ演算回路
２２０ 負荷インピーダンス演算回路
２２１ 制御回路
２２１ａ バイアス電圧制御機能
２２１ｂ ゲイン・位相制御機能
２２１ｃ ドレイン電圧制御機能
２２１ｄ スイッチ制御機能
２５０ 高周波増幅回路
３０１ 入力端子
３０２ 出力端子
３０３ 電力増幅素子
３０４ 電圧可変抵抗器
３０５ 温度センサ
３０６ スイッチ
３０７ 加算器
Ｐ 被検体
１００ ＭＲＩ装置
１０１ 静磁場磁石
１０２ 傾斜磁場コイル
１０３ 傾斜磁場電源
１０４ 寝台
１０４ａ 天板
１０５ 寝台制御回路
１０６ 送信コイル
１０７ 送信回路
１０８ 受信コイル
１０９ 受信回路
１１０ シーケンス制御回路
１２０ 計算機システム
１２１ ネットワークインタフェース
１２２ 記憶回路
１２３ 処理回路
１２４ 入力インタフェース
１２５ ディスプレイ
２１０ 入力端子
２１１ 参照信号生成回路
２１２ ゲイン調整回路
２１３ 位相調整回路
２１５ カプラ
２１６ 電圧・電流検出回路
２１７ 出力端子
２１８ 位相演算回路
２１９ ＶＳＷＲ演算回路
２２０ 負荷インピーダンス演算回路
２２１ 制御回路
２２１ａ バイアス電圧制御機能
２２１ｂ ゲイン・位相制御機能
２２１ｃ ドレイン電圧制御機能
２２１ｄ スイッチ制御機能
２５０ 高周波増幅回路
３０１ 入力端子
３０２ 出力端子
３０３ 電力増幅素子
３０４ 電圧可変抵抗器
３０５ 温度センサ
３０６ スイッチ
３０７ 加算器
Ｐ 被検体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】