(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-09
(45)【発行日】2022-01-12
(54)【発明の名称】マルチチャネルRF送信システム
(51)【国際特許分類】
A61B 5/055 20060101AFI20220104BHJP
G01N 24/00 20060101ALI20220104BHJP
【FI】
A61B5/055 350
G01N24/00 580B
G01N24/00 580Y
(21)【出願番号】P 2020543158
(86)(22)【出願日】2019-02-12
(86)【国際出願番号】 EP2019053366
(87)【国際公開番号】W WO2019158495
(87)【国際公開日】2019-08-22
【審査請求日】2021-09-24
(32)【優先日】2018-02-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】590000248
【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ
【氏名又は名称原語表記】KONINKLIJKE PHILIPS N.V.
(74)【代理人】
【識別番号】110001690
【氏名又は名称】特許業務法人M&Sパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】バーニッケル ペーター
(72)【発明者】
【氏名】リュースラ クリストフ
【審査官】亀澤 智博
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2017/0359034(US,A1)
【文献】特開2017-158883(JP,A)
【文献】特開2017-108968(JP,A)
【文献】特開2017-035305(JP,A)
【文献】国際公開第2013/125144(WO,A1)
【文献】米国特許出願公開第2007/0210863(US,A1)
【文献】特開平10-229977(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61B 5/055
G01N 24/00 -24/14
G01R 33/20 -33/64
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気共鳴検査システムのためのマルチチャネル
無線周波数(RF
)送信システムであって、前記マルチチャネルRF送信システムは、
各RFチャネルが、入力信号を増幅し、増幅された前記入力信号を出力信号として出力するRF増幅器を有する、複数のRFチャネルと、
前記RF増幅器に電力を供給する電源デバイスと、
前記複数のRFチャネルの第1のRFチャネル内に含まれる第1のRF増幅器と
、前記電源デバイスとの間の導体経路に接続され、前記電源デバイスと一緒に前記第1のRF増幅器に電力を供給する、少なくとも第1のキャパシタバンクと、
前記複数のRFチャネルの第2のRFチャネル内に含まれる第2のRF増幅器と
、前記電源デバイスとの間の導体経路に接続され、前記電源デバイスと一緒に前記第2のRF増幅器に電力を供給する、少なくとも第2のキャパシタバンクと、
前記電源デバイスとDCスイッチとの間の導体経路に接続され、追加の電力を供給する第3のキャパシタバンクであって、前記DCスイッチが、前記第3のキャパシタバンクによって供給される前記追加の電力を前記第1のRF増幅器又は前記第2のRF増幅器へと切り替える、少なくとも第3のキャパシタバンクと、
センサデータに応じて前記RF増幅器
及び前記DCスイッチを制御するコントローラであって、前記キャパシタバンクの状態を監視するセンサから
前記センサデータを受け取り、前記センサデータをデータベースと比較し、前記センサデータと前記データベースとの比較に応じて前記DCスイッチを制御する、コントローラと
を含む、マルチチャネルRF送信システム。
【請求項2】
前記DCスイッチが固体スイッチである、請求項
1に記載のマルチチャネルRF送信システム。
【請求項3】
前記DCスイッチがスイッチングマトリクスである、請求項1
又は2に記載のマルチチャネルRF送信システム。
【請求項4】
前記電源デバイスが、複数のセグメントにセグメント化され、各セグメントが電力を供給することができる、請求項1から
3のいずれか一項に記載のマルチチャネルRF送信システム。
【請求項5】
少なくとも1つの前記キャパシタバンクが、前記電源デバイスの前記セグメントに接続される、請求項
4に記載のマルチチャネルRF送信システム。
【請求項6】
前記セグメントが互いに独立している、請求項
4又は
5に記載のマルチチャネルRF送信システム。
【請求項7】
前記コントローラが、自己学習データベースに接続される、請求項1から
6のいずれか一項に記載のマルチチャネルRF送信システム。
【請求項8】
請求項1から
7のいずれか一項に記載のマルチチャネルRF送信システムを含む、磁気共鳴検査システム。
【請求項9】
磁気共鳴検査システムのマルチチャネル
無線周波数(RF
)送信システムを操作するための方法であって、前記方法が、
複数のRFチャネルをもつ前記マルチチャネルRF送信システムを用意するステップであって、前記RFチャネルの各々は、入力信号を増幅し、増幅された前記入力信号を出力信号として出力するRF増幅器を有する、用意するステップと、
前記RF増幅器に電力を供給する電源デバイスを用意するステップと、
少なくとも第1のキャパシタバンクを用意するステップであって、前記第1のキャパシタバンクが、
前記複数のRFチャネルの第1のRFチャネル内に含まれる第1のRF増幅器と
、前記電源デバイスとの間の導体経路に接続され、前記第1のキャパシタバンクが、前記電源デバイスと一緒に前記第1のRF増幅器に電力を供給する、用意するステップと、
少なくとも第2のキャパシタバンクを用意するステップであって、前記第2のキャパシタバンクが、
前記複数のRFチャネルの第2のRFチャネル内に含まれる第2のRF増幅器と
、前記電源デバイスとの間の導体経路に接続され、前記第2のキャパシタバンクが、前記電源デバイスと一緒に前記第2のRF増幅器に電力を供給する、用意するステップと、
少なくとも第3のキャパシタバンクを用意するステップであって、前記第3のキャパシタバンクが、前記電源デバイスとDCスイッチとの間の導体経路に接続され、前記第3のキャパシタバンクが、追加の電力を供給し、前記DCスイッチが、前記第3のキャパシタバンクによって供給される前記追加の電力を前記第1のRF増幅器又は前記第2のRF増幅器へと切り替える、用意するステップと、
センサデータに応じて前記RF増幅器及び前記DCスイッチを制御し、前記キャパシタバンクの状態を監視するセンサから
前記センサデータを得るコントローラを用意するステップと、
前記センサデータをデータベースと比較することに基づいて、前記第3のキャパシタバンクによって供給される前記追加の電力を前記第1のRF増幅器又は前記第2のRF増幅器へと切り替えるステップと
を有する、マルチチャネルRF送信システムを操作するための方法。
【請求項10】
磁気共鳴検査を開始するステップと、
磁気共鳴方法を選択するステップと、
前記コントローラが、前記キャパシタバンクの前記状態を監視する前記センサからの前記センサデータを得るステップと、
前記センサデータを前記データベースと比較するステップと、
前記センサデータに基づいて前記コントローラによって前記
DCスイッチを
制御するステップと、
磁気共鳴シーケンスを開始するステップと、
前記磁気共鳴シーケンスが終了した後、手順を繰り返すステップと
をさらに有する、請求項
9に記載のマルチチャネルRF送信システムを操作するための方法。
【請求項11】
固体スイッチである前記スイッチを用意するステップと
前記磁気共鳴シーケンス中に前記追加の電力を切り替えるステップと
をさらに有する、請求項
10に記載のマルチチャネルRF送信システムを操作するための方法。
【請求項12】
プログラマブルマイクロコンピュータで実行されるとき請求項
9から
11のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マルチチャネルRF送信システムの分野に関し、特に、磁気共鳴検査システムのためのマルチチャネルRF送信システム、そのようなマルチチャネルRF送信システムを含む磁気共鳴検査システム、そのようなマルチチャネルRF送信システムを操作する方法、及びこの方法を実行するように構成されたコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
先行技術で一般に知られているように、磁気共鳴検査システムは、特別なタイプ及び性能のRF送信チェーンを必要とする。特に、RF送信チェーンは、約100msの短期間高デューティサイクルRFパルスで、約1ms以内で約10kWのパルス電力能力に対応しなければならない。RFチェーンでは、MOSFETが、多くの場合、MRI増幅器のために使用され、その動作特性は、バイアス点Idqとドレイン電圧Vdsとに依存する。MOSFETを組み合わせて、16kWの順方向電力をもつ典型的なMRI増幅器が形成される。DCドレイン電圧Vdsは、数kWのCW電力を供給することができる電源デバイスから供給される。特に、イメージングの用途のための短期間高デューティサイクルパルスは、電源が短時間フレームでの高いエネルギー需要を達成しなければならないので、RFチェーンの最適化にとって難題である。
【0003】
これらの欠点を克服するための先行技術の手法は、電気エネルギーを蓄積するためにキャパシタバンクを利用し、その電気エネルギーを短期間に利用できるようにする。キャパシタバンクは、RFパルスの終了中及び終了後に再充電され、その後、次のパルスが開始する。一般に、そのキャパシタンスは、約100mFであり、それは、一般に、いくつかの電解キャパシタをグループ化することによって実現される。
【0004】
米国特許出願公開第2017/0176555A1号は、キャパシタバンクが電源デバイス及び対応する増幅アンプに接続されている磁気共鳴イメージング装置を開示している。キャパシタバンクは、電源デバイスからの入来電力を一時的に蓄積し、必要なときに、蓄積された電力を増幅アンプに放電する。具体的には、すべての軸の傾斜磁場コイルを通して短時間に大きい電流を流すことが必要になる場合、必要な電力供給量が、電源デバイスで供給できる電力を一時的に超える場合がある。そのような場合でさえ、キャパシタバンクの存在によって、傾斜磁場コイルに電力を安定して供給することができる。
【0005】
上述したもののような知られたマルチチャネルRF送信システムでは、個々のRFチャネルからのRF需要は、多くの場合、RF電力及び位相が等しくない。RF磁気励起場の均質性を最適化するために所望のRFシミングを達成するには、利用するRF電力増幅器の相対位相及び相対電力に対する設定条件が適用される必要があり、1つのRF電力増幅器が、他のものよりも非常に多くの電力を、最大電力定格までも、送り出さなければならない。そのような場合、最大電力定格にすぐに到達することがあり、一方、他の増幅器の利用可能な電力は未使用のままである。原理的には、各チェーンが患者の安全性限界によって規定された実際の限界に達するのに十分なDC電力を供給できるように、個々のRF増幅器のDC供給チェーンを設計することができる。この手法は、利用可能なDC電力が過剰に指定されたDC供給チェーンをもたらし、結果として、コスト効果の低い設計になる。別のオプションは、共有型DC供給チェーンであり、様々なRF電力増幅器が同じ電源を共有し、その結果、コスト効率が上がる。しかし、この場合、例えば、本来安定であるように意図されているが、強力に駆動されたRF電力増幅器が、たDC電圧の電圧降下を引き起こす場合など、単一の増幅器の性能は他のRF電力増幅器の性能に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、別個の蓄積エネルギーの利用可能な全能力の一部を一方又は他方のRF増幅器チャネルに導き、それにより、DC電力供給チェーンのより効果的で、コスト節減され、分離された設計をもたらすRF送信システムを実現することである。さらに、本発明の目的は、RFチャネルにわたってDC電力をより均等に分配することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によれば、この目的は、独立請求項の主題によって対処される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項で説明される。
【0008】
本発明の1つの態様では、上記目的は、
複数のRFチャネルであって、RFチャネルの各々は、入力信号を増幅するように構成され、増幅された入力信号を出力信号として出力するように構成されたRF増幅器を有する、複数のRFチャネルと、
RF増幅器に電力を供給するように構成された電源デバイスと、
電源デバイスと第1のRF増幅器との間の導体経路に接続され、電源デバイスと一緒に第1のRF増幅器に電力を供給するように構成される、少なくとも第1のキャパシタバンクと、
電源デバイスと第2のRF増幅器との間の導体経路に接続され、電源デバイスと一緒に第2のRF増幅器に電力を供給するように構成される、少なくとも第2のキャパシタバンクと、
電源デバイスとDCスイッチとの間の導体経路に接続され、追加の電力を供給するように構成される少なくとも第3のキャパシタバンクであって、DCスイッチが、第3のキャパシタバンクによって供給される追加の電力を第1のRF増幅器又は第2のRF増幅器へと切り替えるように構成される、少なくとも第3のキャパシタバンクと、
センサデータに応じてRF増幅器及びDCスイッチを制御するように構成されたコントローラとを含む、磁気共鳴検査システムのためのマルチチャネルRF送信システムによって、達成される。
【0009】
提案するマルチチャネルRF送信システムの1つの利点は、個々のRFチャネルへの不均等なRF電力要件が、実際のRF需要に応じて、別個の蓄積エネルギーの利用可能な全能力の一部を一方又は他方のRF増幅器に導くことによって克服できることである。キャパシタバンクからの電力の再分配により、利用可能なDC電力をRFチャネルにわたってより効率的に又は合理的に分配することができる。キャパシタバンクのサイズ(キャパシタンス)の比率は、MRシステム(磁場強度)及びコイルのタイプに依存する。都合のよい比率は、現場でのシステム使用統計を使用して容易に決定することができる。
【0010】
好ましい実施形態では、電源デバイスは複数のセグメントにセグメント化され、各セグメントは電力を供給することができる。DC供給チェーンのセグメント化は、電源デバイスの能力を増幅器モジュールの間で共有するための柔軟でコスト節減されたやり方を提供する。
【0011】
好ましい実施形態では、2つ以上のキャパシタバンクが電源デバイスに接続され、各キャパシタバンクは、追加の電力を供給するように構成されたDCスイッチに接続される。
【0012】
別の好ましい実施形態では、DCスイッチは固体スイッチである。固体スイッチは、電流がゼロである間でのみ切替えが行われるように実現することができるので実現することが容易であり、ゲートバイアスは、トランジスタを無効にするように設定される。別の利点は、固体スイッチが高速であり、電力の切替えが異なるMRシーケンス間に又はMRシーケンス中でさえ行うことができることである。
【0013】
好ましい実施形態では、DCスイッチはスイッチングマトリクスである。スイッチマトリクスは、多数のキャパシタバンクと多数の増幅器との間で電力を切り替えるのに有利である。
【0014】
別の好ましい実施形態では、電源デバイスは複数のセグメントにセグメント化され、各セグメントは電力を供給することができる。電源デバイスのセグメント化は、それが柔軟であり、電源デバイスの特定のセグメントが異なる電圧をRF増幅器及びキャパシタバンクに供給できるので有利である。
【0015】
好ましい実施形態では、少なくとも1つのキャパシタバンクは、電源デバイスの1つのセグメントに接続される。
【0016】
別の好ましい実施形態では、セグメントは、互いに独立している。
【0017】
好ましい実施形態では、コントローラは、キャパシタバンクの状態を監視するセンサからの入力信号を得る。
【0018】
別の好ましい実施形態では、コントローラは、自己学習データベースに接続される。
【0019】
本発明の別の態様では、上記目的は、上述で開示されたマルチチャネルRF送信システムを含む磁気共鳴検査システムによって達成される。
【0020】
本発明の別の態様では、上記目的は、上述で開示された磁気共鳴検査システムにおける本明細書で開示されるRF送信システムの一実施形態を操作する方法によって達成される。
この方法は、
複数のRFチャネルをもつマルチチャネルRF送信システムを用意するステップであって、RFチャネルの各々は、入力信号を増幅するように構成され、増幅された入力信号を出力信号として出力するように構成されたRF増幅器を有する、用意するステップと、
RF増幅器に電力を供給するように構成された電源デバイスを用意するステップと、
少なくとも第1のキャパシタバンクを用意するステップであって、第1のキャパシタバンクが、電源デバイスと第1のRF増幅器(4)との間の導体経路に接続され、第1のキャパシタバンクが、電源デバイスと一緒に第1のRF増幅器に電力を供給するように構成される、用意するステップと、
第2のキャパシタバンクを用意するステップであって、第2のキャパシタバンクが、電源デバイスと第2のRF増幅器との間の導体経路に接続され、第2のキャパシタバンクが、電源デバイスと一緒に第2のRF増幅器に電力を供給するように構成される、用意するステップと、
少なくとも第3のキャパシタバンクを用意するステップであって、第3のキャパシタバンクが、電源デバイスとDCスイッチとの間の導体経路に接続され、第3のキャパシタバンクが、追加の電力を供給するように構成され、DCスイッチが、第3のキャパシタバンクによって供給される追加の電力を第1のRF増幅器又は第2のRF増幅器へと切り替えるように構成される、用意するステップと、
RF需要に応じてRF増幅器及びDCスイッチを制御するように構成されたコントローラを用意するステップと
センサデータに基づいて、第3のキャパシタバンクによって供給される追加の電力を第1のRF増幅器又は第2のRF増幅器へと切り替えるステップと
を有する。
【0021】
好ましい実施形態では、この方法は、
磁気共鳴検査を開始するステップと、
磁気共鳴方法を選択するステップと、
コントローラ(3)が、キャパシタバンク(6,7,8)の状態を監視するセンサからのセンサデータを得るステップと、
センサデータをデータベースと比較するステップと、
センサデータに基づいてコントローラ(3)によってスイッチ(9)を選択するステップと、
磁気共鳴シーケンスを開始するステップと、
磁気共鳴シーケンスが終了した後、手順を繰り返すステップと
をさらに有する、
【0022】
別の好ましい実施形態では、この方法は、スイッチが固体スイッチであり、RF電力が、異なるMRシーケンスの間にスイッチによって切り替えられることを有する。
【0023】
好ましい実施形態では、この方法は、
固体スイッチであるスイッチを用意するステップと、
磁気共鳴シーケンス中に追加の電力を切り替えるステップと
をさらに有する。
【0024】
本発明の別の態様では、上記目的は、請求項に記載の方法を実行するか又はその方法で使用するように構成されたコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムによって、前記コンピュータプログラムがプログラマブルマイクロコンピュータで実行されるとき、達成される。
【0025】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、それを参照して解明される。しかしながら、そのような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、それゆえに、本発明の範囲を解釈するために、特許請求の範囲及び本明細書が参照される。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【
図1】本発明の好ましい実施形態によるRF送信システムの一実施形態を含む磁気共鳴検査システムの一部の概略図である。
【
図2】本発明の好ましい実施形態による流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
図1は、磁気共鳴検査システムの一実施形態の一部の概略図を示し、2チャネルRF送信システム1が示されている。RF送信システム1は、2つのRFチャネル18、19を含み、各チャネル18、19は、コントローラ3に接続された増幅器4、5を有する。増幅器4、5は、電源デバイス2に接続され、電源デバイス2は、複数のセグメント15、16、17にセグメント化される。各セグメント15、16、17は、増幅器4、5に独立して電力を供給することができる。第1のキャパシタバンク6は、電源デバイス2のセグメント15に接続され、第1の増幅器4に接続される。第2のキャパシタバンク7は、電源デバイス2の異なるセグメント16に接続され、第2の増幅器5に接続される。キャパシタバンク6、7、8は、電源デバイス2からの入来電力を一時的に蓄積し、蓄積された電力を、必要なときに、増幅器4、5に放電する。キャパシタバンク6、7は、一方又は他方の増幅器チャネル18、19に結線される。第3のキャパシタバンク8は、電源デバイスの異なるセグメント17に接続される。第3のキャパシタバンク8は、電源デバイス2のセグメント17によって供給される電力と一緒に追加の電力を供給することができる。この追加の電力は、DCスイッチ9によって、第1のRFチャネル18又は第2のRFチャネル19のいずれかに切り替えられる。DCスイッチ9はまた、固体スイッチ及び/又はスイッチマトリクスとすることができる。同じコイルモードを送り込む2つのRF増幅器4、5を有する好ましい実施形態では、両方のRF増幅器は、追加の別個のキャパシタバンク8に接続される。例えば、直角位相ボディコイルの4ポート駆動である。ここで、各線形モードが、180度の位相差をもつ2つのRF増幅器によって送り込まれる。コントローラ3は、実際のRF需要10に応じてDCスイッチ9を操作する。コントローラ3は、キャパシタバンク6、7、8の状態を監視するセンサからの入力信号を得る。センサ信号は、データベースと比較される。追加として、スイッチング状態は、コイル負荷と、MR全身送信コイル内の対象者のサイズ及び位置とに依存し、さらに、MR方法、マルチRF TXパルス(振幅、時間、位相、周波数で変調された)、及び臨床プロトコルのRFシム状態に依存する。制御モジュールは、デジタルであり、入力パラメータ及び数学モデルに基づいて自己学習するように構成された自己学習制御モジュールを含む。キャパシタバンク8からの電力の再分配により、利用可能なDC電力をRFチャネル18、19にわたってより均等に分配することができ、それにより、DC電力供給チェーンのより効果的でコスト節減された設計をもたらす。
【0028】
図2は、本発明の好ましい実施形態による流れ図を示す。流れ図はステップ100で始まり、それによって、MR検査が開始される。ステップ110において、MR方法が選択される。ステップ120において、コントローラは、キャパシタバンクの状態を監視するセンサからのセンサデータを得る。センサ信号が、データベースと比較される。制御モジュールは、デジタルであり、入力パラメータ及び数学モデルに基づいて自己学習するように構成された自己学習制御モジュールを含む。ステップ130において、コントローラは、センサによって集められた情報に基づいてスイッチ9を選択する。ステップ140において、磁気共鳴シーケンスが開始される。シーケンスがステップ150で終了した後、手順はステップ160で繰り返される。
【0029】
本発明は、図面及び前述の説明で詳細に図示及び説明されたが、そのような図及び説明は、例証又は例示であり、限定でないと見なされるべきであり、本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形が、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された発明を実施する際に当業者によって理解され実現され得る。特許請求の範囲において、「備えている、含んでいる、有している」という単語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形は複数を排除しない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを示していない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も範囲を限定するものと解釈されるべきでない。さらに、明瞭にするために、図面中のすべての要素に参照符号が与えられているとは限らない。
【符号の説明】
【0030】
1 マルチチャネルRF送信システム
2 電源デバイス
3 コントローラ
4 第1のRF増幅器
5 第2のRF増幅器
6 第1のキャパシタバンク
7 第2のキャパシタバンク
8 第3のキャパシタバンク
9 DCスイッチ
10 RF需要信号
11 RF入力チャネル
12 RF出力チャネル
13 RF入力チャネル
14 RF出力チャネル
15 電源セグメント
16 電源セグメント
17 電源セグメント
18 RFチャネル
19 RFチャネル
20 導体経路
21 導体経路
22 導体経路