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JP7621729B2 - High frequency circuit, magnetic resonance imaging apparatus, and RF pulse power monitoring method - Google Patents

High frequency circuit, magnetic resonance imaging apparatus, and RF pulse power monitoring method Download PDF

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JP7621729B2
JP7621729B2 JP2019023209A JP2019023209A JP7621729B2 JP 7621729 B2 JP7621729 B2 JP 7621729B2 JP 2019023209 A JP2019023209 A JP 2019023209A JP 2019023209 A JP2019023209 A JP 2019023209A JP 7621729 B2 JP7621729 B2 JP 7621729B2
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Description

本発明の実施形態は、高周波回路および磁気共鳴イメージング装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to radio-frequency circuits and magnetic resonance imaging devices.

磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Resonance Imaging)装置では、高周波RF(Radio Frequency)パルスが被検体に与える温度上昇等の影響を抑制するため、IEC(国際電気標準会議)の規定により、比吸収率(SAR:Specific Absorption Rate、単位質量あたりのRF吸収量)を閾値以下に抑える必要がある。 In magnetic resonance imaging (MRI) devices, in order to suppress the effects of high-frequency RF (radio frequency) pulses on the subject, such as an increase in temperature, IEC (International Electrotechnical Commission) requires that the specific absorption rate (SAR, the amount of RF absorbed per unit mass) be kept below a threshold value.

SARに関する安全基準を満たすためには、被検体に印加されるRFパルスの電力を正確にモニタすることが重要である。RFパルスの電力は、たとえば、送信コイルへの出力端の手前で方向性結合器などを用いてRFパルスの一部を取り出すことにより、モニタされる。 In order to meet safety standards for SAR, it is important to accurately monitor the power of the RF pulse applied to the subject. The power of the RF pulse is monitored, for example, by extracting a portion of the RF pulse using a directional coupler just before the output terminal to the transmission coil.

しかし、MRI装置では、被検体と送信コイルとの距離が近く、RFパルスの負荷インピーダンスは、被検体の体格等に応じて変化してしまう。このため、RFパルスの出力端でインピーダンス不整合が生じてしまい、RFパルスの正確な電力をモニタすることが難しい。 However, in an MRI device, the subject is close to the transmitting coil, and the load impedance of the RF pulse changes depending on the subject's physique, etc. This causes impedance mismatch at the output end of the RF pulse, making it difficult to monitor the accurate power of the RF pulse.

特開2014-079573号公報JP 2014-079573 A 特開2017-109109号公報JP 2017-109109 A

本発明が解決しようとする課題は、被検体に印加されるRFパルスの電力を正確にモニタすることである。 The problem that this invention aims to solve is to accurately monitor the power of the RF pulse applied to the subject.

実施形態に係る高周波回路は、方向性結合器と、処理回路と、調整器とを備える。方向性結合器は、進行波の少なくとも一部を出力する第1のポートと、反射波の少なくとも一部を出力する第2のポートと、を有する。処理回路は、第1のポートおよび第2のポートからの出力に基づく電圧定在波比と、第2のポートからの出力に基づく反射波の位相と、を用いて方向性結合器から見た負荷側のインピーダンスを求める。調整器は、処理回路により求められたインピーダンスに基づいて、第1のポートおよび第2のポートの少なくとも一方からの出力を調整する。 The high-frequency circuit according to the embodiment includes a directional coupler, a processing circuit, and an adjuster. The directional coupler has a first port that outputs at least a portion of the traveling wave, and a second port that outputs at least a portion of the reflected wave. The processing circuit calculates the impedance of the load side as seen from the directional coupler using a voltage standing wave ratio based on the outputs from the first and second ports, and the phase of the reflected wave based on the output from the second port. The adjuster adjusts the output from at least one of the first and second ports based on the impedance calculated by the processing circuit.

一実施形態に係る高周波回路を含むMRI装置の一構成例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an MRI apparatus including a high-frequency circuit according to an embodiment. 従来の高周波回路の一構成例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a conventional high-frequency circuit. 本実施形態に係る高周波回路の一構成例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a high-frequency circuit according to the present embodiment. 本実施形態に係る高周波回路の他の構成例を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing another example of the configuration of the high-frequency circuit according to the embodiment. スミスチャートの一例を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a Smith chart.

以下、図面を参照しながら、高周波回路、磁気共鳴イメージング装置、およびRFパルス電力モニタ方法の実施形態について詳細に説明する。 Below, embodiments of a high-frequency circuit, a magnetic resonance imaging device, and an RF pulse power monitoring method are described in detail with reference to the drawings.

図1は、一実施形態に係る高周波回路600を含むMRI装置1の一構成例を示すブロック図である。MRI装置1は、装置本体(磁石架台ともいう)100、高周波回路600を含む制御キャビネット300、コンソール400、寝台装置500、およびRF(Radio Frequency)コイル20を有する。装置本体100、制御キャビネット300、および寝台装置500は、一般に検査室に設置される。コンソール400は一般に、検査室に隣接する制御室に設置される。 Figure 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an MRI apparatus 1 including a high-frequency circuit 600 according to one embodiment. The MRI apparatus 1 has an apparatus main body (also called a magnet stand) 100, a control cabinet 300 including the high-frequency circuit 600, a console 400, a bed device 500, and an RF (Radio Frequency) coil 20. The apparatus main body 100, the control cabinet 300, and the bed device 500 are generally installed in an examination room. The console 400 is generally installed in a control room adjacent to the examination room.

装置本体100は、静磁場磁石10、傾斜磁場コイル11、およびWB(Whole Body)コイル12を有する。これらの構成品は円筒状の筐体に収納されている。寝台装置500は、寝台本体50と天板51を有している。 The device main body 100 has a static magnetic field magnet 10, a gradient magnetic field coil 11, and a WB (Whole Body) coil 12. These components are housed in a cylindrical housing. The bed device 500 has a bed main body 50 and a tabletop 51.

制御キャビネット300は、傾斜磁場電源31(X軸用31x、Y軸用31y、Z軸用31z)、RF受信器32、RF送信器33、およびシーケンスコントローラ34を有する。RF送信器33は、高周波回路600を有する。 The control cabinet 300 has gradient magnetic field power supplies 31 (31x for the X-axis, 31y for the Y-axis, and 31z for the Z-axis), an RF receiver 32, an RF transmitter 33, and a sequence controller 34. The RF transmitter 33 has a high-frequency circuit 600.

コンソール400は、処理回路40、記憶回路41、ディスプレイ42、および入力インターフェース43を有する。コンソール400は、ホスト計算機として機能する。 The console 400 has a processing circuit 40, a memory circuit 41, a display 42, and an input interface 43. The console 400 functions as a host computer.

装置本体100の静磁場磁石10は、概略円筒形状をなしており、被検体、たとえば患者、が搬送されるボア内に静磁場を発生させる。ボアとは、装置本体100の円筒内部の空間のことである。静磁場磁石10は超電導コイルを内蔵し、たとえば、液体ヘリウムによって超電導コイルが極低温に冷却されている。静磁場磁石10は、励磁モードにおいて静磁場用電源(図示せず)から供給される電流を超電導コイルに印加することで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源は切り離される。一旦永久電流モードに移行すると、静磁場磁石10は長時間、たとえば1年以上に亘って、静磁場を発生し続ける。なお、静磁場磁石10は超電導磁石に限定されるものではなく、例えば永久磁石であってもよい。 The static magnetic field magnet 10 of the device main body 100 has a roughly cylindrical shape and generates a static magnetic field in a bore in which a subject, such as a patient, is transported. The bore is the space inside the cylinder of the device main body 100. The static magnetic field magnet 10 has a built-in superconducting coil, which is cooled to an extremely low temperature by, for example, liquid helium. The static magnetic field magnet 10 generates a static magnetic field by applying a current supplied from a static magnetic field power supply (not shown) to the superconducting coil in the excitation mode. After that, when the mode is switched to the persistent current mode, the static magnetic field power supply is disconnected. Once the mode is switched to the persistent current mode, the static magnetic field magnet 10 continues to generate a static magnetic field for a long period of time, for example, for more than one year. Note that the static magnetic field magnet 10 is not limited to a superconducting magnet, and may be, for example, a permanent magnet.

傾斜磁場コイル11は、静磁場磁石10と同様に概略円筒形状をなし、静磁場磁石10の内側に固定される。傾斜磁場コイル11は、傾斜磁場電源(31x、31y、31z)から供給される電流により、X軸、Y軸、Z軸の方向に傾斜磁場を形成する。 The gradient coil 11 has a roughly cylindrical shape similar to the static magnetic field magnet 10, and is fixed inside the static magnetic field magnet 10. The gradient coil 11 forms gradient magnetic fields in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by currents supplied from gradient magnetic field power supplies (31x, 31y, 31z).

寝台装置500の寝台本体50は、天板51を上下方向および水平方向に移動することができる。たとえば、寝台本体50は、天板51に載置された被検体を撮像前に所定の高さまで移動させる。また、撮像時には、天板51を水平方向に移動させて被検体をボア内に移動させる。 The bed body 50 of the bed device 500 can move the top plate 51 in the vertical and horizontal directions. For example, the bed body 50 moves the subject placed on the top plate 51 to a predetermined height before imaging. During imaging, the bed body 50 also moves the top plate 51 horizontally to move the subject into the bore.

WBコイル12は、傾斜磁場コイル11の内側に被検体を取り囲むように概略円筒形状に固定されている。WBコイル12は、RF送信器33の高周波回路600から伝送されるRFパルスを被検体に向けて送信する。WBコイル12は、RFパルスを被検体に印加するRFコイルの一例である。また、水素原子核の励起によって被検体から放出される磁気共鳴信号、即ちMR(Magnetic Resonance)信号を受信する。 The WB coil 12 is fixed in a roughly cylindrical shape inside the gradient coil 11 so as to surround the subject. The WB coil 12 transmits RF pulses transmitted from the high-frequency circuit 600 of the RF transmitter 33 toward the subject. The WB coil 12 is an example of an RF coil that applies RF pulses to the subject. It also receives magnetic resonance signals, i.e., MR (Magnetic Resonance) signals, emitted from the subject by excitation of hydrogen nuclei.

MRI装置1は、WBコイル12の他、図1に示すようにRFコイル(局所コイル)20を備える。RFコイル20は、被検体の体表面に近接して載置されるコイルである。RFコイル20には様々な種別があり、たとえば、図1に示すような被検体の胸部や腹部、或いは脚部に設置されるボディコイル(Body Coil)や、被検体の背側に設置されるスパインコイル(Spine Coil)といった種別がある。RFコイル20は受信専用または送信専用、あるいは、送信と受信を双方行う。RFコイル20は、RFパルスを被検体に印加するRFコイルの一例である。RFコイル20は、たとえば、ケーブルを介して天板51と着脱可能に構成されている。 The MRI apparatus 1 includes an RF coil (local coil) 20 as shown in FIG. 1 in addition to the WB coil 12. The RF coil 20 is placed close to the body surface of the subject. There are various types of RF coils 20, such as a body coil placed on the subject's chest, abdomen, or legs as shown in FIG. 1, and a spine coil placed on the subject's back. The RF coil 20 is dedicated to receiving or transmitting, or performs both transmission and receiving. The RF coil 20 is an example of an RF coil that applies an RF pulse to the subject. The RF coil 20 is configured to be detachable from the tabletop 51 via a cable, for example.

RF受信器32は、WBコイル12やRFコイル20からのチャンネル信号、即ち、MR信号をAD(Analog to Digital)変換して、シーケンスコントローラ34に出力する。デジタルに変換されたMR信号は、生データ(Raw Data)と呼ばれることもある。 The RF receiver 32 converts the channel signals, i.e., MR signals, from the WB coil 12 and the RF coil 20 into analog to digital (AD) signals and outputs them to the sequence controller 34. The digitally converted MR signals are sometimes called raw data.

RF送信器33は、高周波発振器、変調器、および高周波回路600を有し、シーケンスコントローラ34からの指示に基づいてRFパルスを生成する。生成したRFパルスはWBコイル12に伝送され、被検体に印加される。RFパルスの印加によって被検体からMR信号が発生する。このMR信号をRFコイル20またはWBコイル12が受信する。 The RF transmitter 33 has a high-frequency oscillator, a modulator, and a high-frequency circuit 600, and generates an RF pulse based on instructions from the sequence controller 34. The generated RF pulse is transmitted to the WB coil 12 and applied to the subject. Application of the RF pulse generates an MR signal from the subject. This MR signal is received by the RF coil 20 or the WB coil 12.

高周波回路600は、変調器が出力した高周波信号を増幅してRFパルスを生成するとともに、負荷インピーダンスの不整合の度合いに応じてRFパルスのモニタ対象電力を調整する。高周波回路600の詳細については図3-5を用いて後述する。 The high-frequency circuit 600 amplifies the high-frequency signal output by the modulator to generate an RF pulse, and adjusts the monitored power of the RF pulse according to the degree of mismatch in the load impedance. Details of the high-frequency circuit 600 will be described later using Figures 3-5.

RFコイル20で受信したMR信号、より具体的には、RFコイル20内の各要素コイルで受信したMR信号は、天板51および寝台本体50に設けられたケーブルを介してRF受信器32に入力される。 The MR signals received by the RF coil 20, more specifically, the MR signals received by each element coil in the RF coil 20, are input to the RF receiver 32 via cables provided on the tabletop 51 and the bed body 50.

シーケンスコントローラ34は、コンソール400による制御のもと、傾斜磁場電源31、RF受信器32およびRF送信器33をそれぞれ駆動することによって被検体のスキャンを行う。スキャンによってRF受信器32から生データを受信すると、シーケンスコントローラ34は、この生データをコンソール400に送信する。 Under the control of the console 400, the sequence controller 34 drives the gradient magnetic field power supply 31, the RF receiver 32, and the RF transmitter 33 to scan the subject. When raw data is received from the RF receiver 32 by the scan, the sequence controller 34 transmits the raw data to the console 400.

シーケンスコントローラ34は、処理回路(図示を省略)を具備している。この処理回路は、たとえば所定のプログラムを実行するプロセッサや、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアで構成される。 The sequence controller 34 includes a processing circuit (not shown). This processing circuit is composed of hardware such as a processor that executes a specific program, an FPGA (Field Programmable Gate Array), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

コンソール400は、記憶回路41、ディスプレイ42、入力インターフェース43、および処理回路40を備える。記憶回路41は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)の他、HDD(Hard Disk Drive)や光ディスク装置等の外部記憶装置を含む記憶媒体である。記憶回路41は、各種の情報やデータを記憶する他、処理回路40が具備するプロセッサが実行する各種のプログラムを記憶する。 The console 400 includes a memory circuit 41, a display 42, an input interface 43, and a processing circuit 40. The memory circuit 41 is a storage medium including a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an external storage device such as a HDD (Hard Disk Drive) or an optical disk device. The memory circuit 41 stores various information and data, as well as various programs executed by the processor of the processing circuit 40.

ディスプレイ42は、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ELパネル等の表示デバイスである。入力インターフェース43は、たとえば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル等であり、各種の情報やデータを操作者が入力するための種々のデバイスを含む。 The display 42 is a display device such as a liquid crystal display panel, a plasma display panel, or an organic EL panel. The input interface 43 is, for example, a mouse, a keyboard, a trackball, a touch panel, or the like, and includes various devices that allow the operator to input various information and data.

処理回路40は、たとえば、CPUや、専用または汎用のプロセッサを備える回路である。プロセッサは、記憶回路41に記憶した各種のプログラムを実行することによって、各種の機能を実現する。処理回路40は、FPGAやASIC等のハードウェアで構成してもよい。これらのハードウェアによっても後述する各種の機能を実現することができる。また、処理回路40は、プロセッサとプログラムによるソフトウェア処理と、ハードウェア処理とを組み合わせて、各種の機能を実現することもできる。 The processing circuit 40 is a circuit equipped with, for example, a CPU or a dedicated or general-purpose processor. The processor realizes various functions by executing various programs stored in the memory circuit 41. The processing circuit 40 may be configured with hardware such as an FPGA or an ASIC. The various functions described below can also be realized by such hardware. The processing circuit 40 can also realize various functions by combining software processing by a processor and a program with hardware processing.

たとえば、処理回路40は、高周波回路600の調整器の出力に基づいてSARを求める機能を実現する。処理回路40は、第2処理回路の一例である。 For example, the processing circuit 40 realizes a function of calculating the SAR based on the output of the regulator of the high-frequency circuit 600. The processing circuit 40 is an example of a second processing circuit.

次に、高周波回路600の構成および作用について説明する。 Next, the configuration and operation of the high-frequency circuit 600 will be explained.

図2は、従来の高周波回路の一構成例を示すブロック図である。 Figure 2 is a block diagram showing an example of a conventional high-frequency circuit.

被検体に印加されるRFパルスの電力は、従来、図2に示す高周波回路を用いてモニタされていた。従来の高周波回路は、変調器から入力端61に入力されたRFパルスを増幅器62で増幅する。また、従来の高周波回路は、WBコイル12へのRFパルス出力端64の手前で方向性結合器63により、増幅されたRFパルスの進行波電力の少なくとも一部(以下、モニタ用進行波電力FWDという)と、反射波電力の少なくとも一部(以下、モニタ用反射波電力RFLという)とを分離し、それぞれ進行波電力モニタ用出力端65、反射波電力モニタ用出力端66から出力するようになっている。 Conventionally, the power of the RF pulse applied to the subject has been monitored using a high-frequency circuit as shown in FIG. 2. In a conventional high-frequency circuit, an RF pulse input from a modulator to an input end 61 is amplified by an amplifier 62. In addition, in a conventional high-frequency circuit, at least a portion of the forward power of the amplified RF pulse (hereinafter referred to as forward power for monitor FWD) and at least a portion of the reflected power (hereinafter referred to as reflected power for monitor RFL) are separated by a directional coupler 63 just before the RF pulse output end 64 to the WB coil 12, and are output from a forward power monitor output end 65 and a reflected power monitor output end 66, respectively.

従来の技術では、この進行波電力モニタ用出力端65から出力されたモニタ用進行波電力FWDと、反射波電力モニタ用出力端66から出力されたモニタ用反射波電力RFLと、にもとづいて、RFパルス出力端64から出力されるRFパルスの電力をモニタする。 In conventional technology, the power of the RF pulse output from the RF pulse output terminal 64 is monitored based on the forward wave power FWD for monitoring output from the forward wave power monitor output terminal 65 and the reflected wave power RFL for monitoring output from the reflected wave power monitor output terminal 66.

しかし、方向性結合器63から見た負荷側のインピーダンス、すなわち、RFパルス出力端64に接続された負荷側のインピーダンスは、被検体の体格や、RFコイル20の種別等に応じて変化してしまう。一方で、方向性結合器63の結合度は、負荷側のインピーダンス(以下、負荷インピーダンスという)R±jXがたとえば50Ω±0Ωなどの所定値に規定されている。このため、RFパルス出力端64において被検体の体格等に由来するインピーダンス不整合が生じると、方向性結合器63の結合度が変化してしまい、RFパルスの電力のモニタの精度に影響を及ぼす。 However, the impedance on the load side as seen from the directional coupler 63, i.e., the impedance on the load side connected to the RF pulse output end 64, changes depending on the physique of the subject and the type of RF coil 20. On the other hand, the degree of coupling of the directional coupler 63 is set such that the load side impedance (hereinafter referred to as load impedance) R±jX is a predetermined value, for example, 50Ω±0Ω. Therefore, if an impedance mismatch occurs at the RF pulse output end 64 due to the physique of the subject, the degree of coupling of the directional coupler 63 changes, affecting the accuracy of monitoring the power of the RF pulse.

したがって、従来の技術では、インピーダンス不整合に起因するRFパルスのモニタ電力の誤差がSARの算出に影響を及ぼすことを考慮する必要がある。たとえば、安全のため、SARの閾値(たとえばIECの規定にもとづく閾値)よりも低い値をSARの上限値に設定することが挙げられるが、この場合、RFパルスの電力を本来出力可能な大きさよりも小さく設定しなければならずに撮像時間が長くなってしまうことがある。 Therefore, in conventional technology, it is necessary to take into consideration that errors in the monitor power of the RF pulse caused by impedance mismatch affect the calculation of SAR. For example, for safety reasons, the upper limit of SAR may be set to a value lower than the SAR threshold (e.g., the threshold based on IEC regulations), but in this case, the power of the RF pulse must be set lower than the amount that can actually be output, which may result in longer imaging times.

そこで、本実施形態に係る高周波回路600は、負荷インピーダンスの不整合の度合いに応じて、モニタ用進行波電力FWDとモニタ用反射波電力RFLの少なくとも一方を補正する。 Therefore, the high-frequency circuit 600 according to this embodiment corrects at least one of the monitor forward wave power FWD and the monitor reflected wave power RFL according to the degree of mismatch in the load impedance.

図3は、本実施形態に係る高周波回路600の一構成例を示すブロック図である。図4は、本実施形態に係る高周波回路600の他の構成例を示すブロック図である。また、図5は、スミスチャートの一例を示す説明図である。 Figure 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the high-frequency circuit 600 according to this embodiment. Figure 4 is a block diagram showing another example of the configuration of the high-frequency circuit 600 according to this embodiment. Also, Figure 5 is an explanatory diagram showing an example of a Smith chart.

図3には、補正後のモニタ用進行波電力FWDとモニタ用反射波電力RFLをアナログ出力する場合の高周波回路600の一構成例を示した。一方、図4には、補正後のモニタ用進行波電力FWDとモニタ用反射波電力RFLをデジタル出力する場合の高周波回路600の一構成例を示した。 Figure 3 shows an example of the configuration of the high-frequency circuit 600 when the corrected monitor forward power FWD and monitor reflected power RFL are output as analog signals. On the other hand, Figure 4 shows an example of the configuration of the high-frequency circuit 600 when the corrected monitor forward power FWD and monitor reflected power RFL are output as digital signals.

図3に示すように、本実施形態に係る高周波回路600は、入力端601、入力モニタ用のカプラ602、増幅器603、方向性結合器604、RFパルス出力端605、進行波電力モニタ用出力端606、反射波電力モニタ用出力端607、処理回路610、メモリ620、モニタ用進行波電力FWDを補正するための可変減衰器(アッテネータ(ATT))631、およびモニタ用反射波電力RFLを補正するための可変ATT632を有する。可変ATT631および632は、調整器の一例である。 As shown in FIG. 3, the high-frequency circuit 600 according to this embodiment has an input terminal 601, a coupler 602 for input monitoring, an amplifier 603, a directional coupler 604, an RF pulse output terminal 605, an output terminal 606 for monitoring forward power, an output terminal 607 for monitoring reflected power, a processing circuit 610, a memory 620, a variable attenuator (ATT) 631 for correcting the forward power FWD for monitoring, and a variable ATT 632 for correcting the reflected power RFL for monitoring. The variable ATTs 631 and 632 are examples of adjusters.

変調器から入力端61に入力されたRFパルスは、カプラ602を介して処理回路610に入力タイミングをモニタされるとともに、増幅器603により増幅される。増幅されたRFパルスは、進行波として方向性結合器604に入力され、方向性結合器604を介してRFパルス出力端605から出力されて、WBコイル12を介して被検体に印加される。進行波は、方向性結合器604から見た負荷インピーダンスの不整合により、一部が反射される。 The RF pulse input from the modulator to the input end 61 has its input timing monitored by the processing circuit 610 via the coupler 602, and is amplified by the amplifier 603. The amplified RF pulse is input to the directional coupler 604 as a traveling wave, output from the RF pulse output end 605 via the directional coupler 604, and applied to the subject via the WB coil 12. A portion of the traveling wave is reflected due to a mismatch in the load impedance seen from the directional coupler 604.

方向性結合器604は、増幅器603により増幅されたRFパルスの進行波電力の少なくとも一部(モニタ用進行波電力FWD)を取り出して出力するポートと、反射波電力の少なくとも一部(モニタ用反射波電力RFL)を取り出して出力するポートとを有する。以下の説明では、方向性結合器604の結合度が、負荷インピーダンス50Ω±0Ωに規定される場合の例を示す。なお、モニタ用進行波電力FWDとモニタ用反射波電力RFLは、図3および図4に示すように1つの方向性結合器604によって取り出されてもよいし、それぞれが異なる方向性結合器によって取り出されてもよい。 The directional coupler 604 has a port for extracting and outputting at least a portion of the forward power of the RF pulse amplified by the amplifier 603 (forward power for monitor FWD) and a port for extracting and outputting at least a portion of the reflected power (reflected power for monitor RFL). In the following description, an example is shown in which the degree of coupling of the directional coupler 604 is set to a load impedance of 50Ω±0Ω. Note that the forward power for monitor FWD and the reflected power for monitor RFL may be extracted by one directional coupler 604 as shown in Figures 3 and 4, or each may be extracted by a different directional coupler.

処理回路610は、メモリ620に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、被検体に印加されるRFパルスの電力を正確にモニタするために、負荷インピーダンスの不整合の度合いに応じてモニタ用進行波電力FWDおよびモニタ用反射波電力RFL(以下適宜、モニタ用電力と総称する)の少なくとも一方を調整する処理を実行するプロセッサである。処理回路610は、第1処理回路の一例である。 The processing circuit 610 is a processor that reads and executes a program stored in the memory 620 to perform a process of adjusting at least one of the monitor forward wave power FWD and the monitor reflected wave power RFL (hereinafter collectively referred to as monitor power) according to the degree of mismatch in the load impedance in order to accurately monitor the power of the RF pulse applied to the subject. The processing circuit 610 is an example of a first processing circuit.

メモリ620は、たとえば、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、光ディスク等の、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有する。メモリ620は、たとえば、負荷インピーダンスとモニタ用電力の調整度とを関連付けたテーブルなどの各種情報を記憶する。なお、メモリ620に記憶されるこれらの情報は、ネットワークを介してまたは光ディスクなどの可搬型記憶媒体を介して更新されてもよい。 The memory 620 has a configuration including a processor-readable recording medium, such as a semiconductor memory element such as a RAM (Random Access Memory), a flash memory, a hard disk, an optical disk, etc. The memory 620 stores various information, such as a table that associates the load impedance with the adjustment degree of the monitor power. The information stored in the memory 620 may be updated via a network or a portable storage medium such as an optical disk.

処理回路610のプロセッサは、VSWR検出機能611、位相角検出機能612、および補正機能613を実現する。これらの各機能は、それぞれプログラムの形態でメモリ620に記憶されている。 The processor of the processing circuit 610 realizes a VSWR detection function 611, a phase angle detection function 612, and a correction function 613. Each of these functions is stored in the memory 620 in the form of a program.

VSWR検出機能611は、モニタ用進行波電力FWDの振幅およびモニタ用反射波電力RFLの振幅にもとづいて、電圧定在波比(VSWR)を検出する(図5参照)。 The VSWR detection function 611 detects the voltage standing wave ratio (VSWR) based on the amplitude of the monitor forward wave power FWD and the amplitude of the monitor reflected wave power RFL (see Figure 5).

位相角検出機能612は、モニタ用反射波電力RFLの位相にもとづいて、負荷の位相角を検出する(図5参照)。 The phase angle detection function 612 detects the phase angle of the load based on the phase of the monitor reflected wave power RFL (see Figure 5).

なお、VSWR検出機能611および位相角検出機能612は、カプラ602に入力された信号の振幅にもとづいて、モニタ用進行波電力FWDの振幅とモニタ用反射波電力RFLの振幅、およびモニタ用反射波電力RFLの位相を検出するタイミングを決定するとよい。 The VSWR detection function 611 and the phase angle detection function 612 may determine the timing for detecting the amplitude of the monitor forward wave power FWD and the amplitude of the monitor reflected wave power RFL, and the phase of the monitor reflected wave power RFL, based on the amplitude of the signal input to the coupler 602.

補正機能613は、検出したVSWR値と位相角にもとづいて、負荷インピーダンスを求める。VSWR値と位相角は、負荷の状態を反映している。補正機能613は、検出したVSWR値と位相角を用いて計算により負荷インピーダンスを求めてもよいし、VSWR値と、位相角と、負荷インピーダンスとを関連付けたテーブルを用いて負荷インピーダンスを求めてもよい。 The correction function 613 determines the load impedance based on the detected VSWR value and phase angle. The VSWR value and phase angle reflect the load state. The correction function 613 may determine the load impedance by calculation using the detected VSWR value and phase angle, or may determine the load impedance using a table that associates the VSWR value, phase angle, and load impedance.

また、補正機能613は、求めた負荷インピーダンスにもとづいて、可変ATT631および632の少なくとも一方の減衰度(調整度)を補正する。 The correction function 613 also corrects the attenuation (adjustment) of at least one of the variable ATTs 631 and 632 based on the determined load impedance.

より具体的には、補正機能613は、実際にRFパルス出力端605から出力されているRFパルスの電力に応じたモニタ用電力が進行波電力モニタ用出力端606および反射波電力モニタ用出力端607から出力されるように、負荷インピーダンスの規定値50Ωと求めた負荷インピーダンスとの不整合の度合いに応じて、可変ATT631および632の少なくとも一方の調整度を補正する。 More specifically, the correction function 613 corrects the degree of adjustment of at least one of the variable ATTs 631 and 632 according to the degree of mismatch between the load impedance specified value 50 Ω and the determined load impedance so that monitor power corresponding to the power of the RF pulse actually output from the RF pulse output terminal 605 is output from the forward wave power monitor output terminal 606 and the reflected wave power monitor output terminal 607.

このとき、補正機能613は、求めた負荷インピーダンスを用いて計算により可変ATT631および632の少なくとも一方の調整度を求めてもよいし、負荷インピーダンスと調整度とを関連付けたテーブルを用いて調整度を求めてもよいし、求めた負荷インピーダンスと規定値との差を出力する比較器の出力にもとづいて調整度を求めてもよい。 At this time, the correction function 613 may determine the adjustment degree of at least one of the variable ATTs 631 and 632 by calculation using the determined load impedance, or may determine the adjustment degree using a table that associates the load impedance with the adjustment degree, or may determine the adjustment degree based on the output of a comparator that outputs the difference between the determined load impedance and a specified value.

また、モニタ用電力は、デジタル出力されてもよい。この場合、図4に示すように、高周波回路600は、可変ATT631にかえて検波器641および電圧調整器643を、可変ATT632にかえて検波器642および電圧調整器644を、それぞれ備えるとよい。電圧調整器643および644は、調整器の一例である。 The monitor power may also be output digitally. In this case, as shown in FIG. 4, the high-frequency circuit 600 may include a detector 641 and a voltage regulator 643 instead of the variable ATT 631, and a detector 642 and a voltage regulator 644 instead of the variable ATT 632. The voltage regulators 643 and 644 are examples of regulators.

この場合、方向性結合器604から出力されたモニタ用進行波電力FWDおよびモニタ用反射波電力RFLは、それぞれ検波器641および642で検波されて直流信号に変換される。そして、補正機能613は、求めた負荷インピーダンスにもとづいて、電圧調整器643および644の少なくとも一方の調整度を補正する。補正後のモニタ用電力をデジタル出力することにより、後段のAD変換処理を省略することができる。 In this case, the forward monitor power FWD and the reflected monitor power RFL output from the directional coupler 604 are detected by detectors 641 and 642, respectively, and converted to DC signals. Then, the correction function 613 corrects the adjustment degree of at least one of the voltage regulators 643 and 644 based on the determined load impedance. By digitally outputting the corrected monitor power, the AD conversion process at the subsequent stage can be omitted.

本実施形態に係る高周波回路600によれば、被検体の体格等に応じて変化しうる負荷インピーダンスを、実測することができる。また、負荷インピーダンスの実測値に応じて、方向性結合器604が出力するモニタ用進行波電力FWDおよびモニタ用反射波電力RFLを、可変アッテネータ631および632を用いて補正することができる。このため、負荷インピーダンスが規定値50Ωからずれている場合であっても、正確にRFパルス電力をモニタすることができる。 The high-frequency circuit 600 according to this embodiment can actually measure the load impedance, which can vary depending on the physique of the subject. In addition, the monitor forward wave power FWD and monitor reflected wave power RFL output by the directional coupler 604 can be corrected using the variable attenuators 631 and 632 according to the actual measured value of the load impedance. Therefore, even if the load impedance deviates from the specified value of 50 Ω, the RF pulse power can be accurately monitored.

したがって、被検体に印加されるRFパルスの電力を正確に把握することができ、効率的にRF電力をRFアンプから出力することができる。 Therefore, the power of the RF pulse applied to the subject can be accurately determined, and RF power can be efficiently output from the RF amplifier.

また、負荷インピーダンスの不整合を考慮しない場合に比べ、被検体に印加されるRFパルスの電力を正確にモニタすることができる。したがって、大きな電力のRFパルスを短時間に被検体に印加でき、撮像時間を大幅に短縮することができる。 In addition, the power of the RF pulse applied to the subject can be monitored more accurately than when load impedance mismatch is not taken into account. Therefore, a high-power RF pulse can be applied to the subject in a short time, significantly shortening the imaging time.

以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、被検体に印加されるRFパルスの電力を正確にモニタすることができる。 According to at least one of the embodiments described above, the power of the RF pulse applied to the subject can be accurately monitored.

なお、上記実施形態において、「プロセッサ」という文言は、たとえば、専用または汎用のCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、または、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(たとえば、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)、およびFPGA)等の回路を意味するものとする。プロセッサは、記憶媒体に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。 In the above embodiment, the term "processor" refers to a circuit such as a dedicated or general-purpose CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), or an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), programmable logic device (e.g. Simple Programmable Logic Device (SPLD), Complex Programmable Logic Device (CPLD), and FPGA). The processor realizes various functions by reading and executing programs stored in a storage medium.

また、処理回路40の機能および処理回路610の機能は、コンソール400の処理回路40のプロセッサなどの単一のプロセッサにより実現されてもよい。 Furthermore, the functions of the processing circuit 40 and the processing circuit 610 may be realized by a single processor, such as the processor of the processing circuit 40 of the console 400.

また、上記実施形態では処理回路610の単一のプロセッサが各機能611-613を実現する場合の例について示したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサが各機能を実現してもよい。また、プロセッサが複数設けられる場合、プログラムを記憶する記憶媒体は、プロセッサごとに個別に設けられてもよいし、1つの記憶媒体が全てのプロセッサの機能に対応するプログラムを一括して記憶してもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which a single processor in the processing circuit 610 realizes each of the functions 611-613, but a processing circuit may be configured by combining multiple independent processors, with each processor realizing each function. In addition, when multiple processors are provided, a storage medium for storing the programs may be provided separately for each processor, or a single storage medium may store all of the programs corresponding to the functions of all of the processors.

なお、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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

12 WBコイル
20 RFコイル
33 RF送信器
600 高周波回路
603 増幅器
604 方向性結合器
605 RFパルス出力端
606 進行波電力モニタ用出力端
607 反射波電力モニタ用出力端
610 処理回路
611 VSWR検出機能
612 位相角検出機能
613 補正機能
631、632 可変アッテネータ(調整器)
643、644 電圧調整器(調整器)
FWD モニタ用進行波電力
RFL モニタ用反射波電力
12 WB coil 20 RF coil 33 RF transmitter 600 High frequency circuit 603 Amplifier 604 Directional coupler 605 RF pulse output terminal 606 Output terminal for forward wave power monitor 607 Output terminal for reflected wave power monitor 610 Processing circuit 611 VSWR detection function 612 Phase angle detection function 613 Correction function 631, 632 Variable attenuator (adjuster)
643, 644 Voltage regulator (regulator)
FWD Forward wave power for monitor RFL Reflected wave power for monitor

Claims (7)

進行波の少なくとも一部を出力する第1のポートと、反射波の少なくとも一部を出力する第2のポートと、を有する方向性結合器と、
前記第2のポートからの出力に基づく前記反射波の位相から負荷の位相角を求め、当該位相角と、前記第1のポートおよび前記第2のポートからの出力に基づく電圧定在波比と、を用いて前記方向性結合器から見た前記負荷側のインピーダンスを求める処理回路と、
前記処理回路により求められたインピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力を調整してモニタ用の出力ポートに与える調整器と、
前記モニタ用の出力ポートであって、前記調整器により少なくとも一方が調整された、前記方向性結合器の前記第1のポートおよび前記第2のポートから出力された前記進行波の電力および前記反射波の電力を、それぞれ外部に出力する2つの電力モニタ用出力ポートと、
を備え、
(1)前記調整器は、減衰器を有し、前記処理回路により求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力の減衰度を調整してアナログ出力し、
前記2つの電力モニタ用出力ポートは、前記調整器により少なくとも一方が調整された前記進行波の電力と前記反射波の電力とを、それぞれアナログで外部に出力する、
または、
(2)前記調整器は、電圧調整器を有し、前記処理回路により求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力の電圧を調整してデジタル出力し、
前記2つの電力モニタ用出力ポートは、前記調整器により少なくとも一方が調整された前記進行波の電力と前記反射波の電力とを、それぞれデジタルで外部に出力する、
高周波回路。
a directional coupler having a first port for outputting at least a portion of the traveling wave and a second port for outputting at least a portion of the reflected wave;
a processing circuit that calculates a phase angle of a load from the phase of the reflected wave based on an output from the second port, and calculates an impedance of the load side as viewed from the directional coupler using the phase angle and a voltage standing wave ratio based on the outputs from the first port and the second port;
an adjuster that adjusts an output from at least one of the first port and the second port based on the impedance determined by the processing circuit and provides the adjusted output to an output port for monitoring;
two power monitor output ports for outputting to the outside the power of the forward wave and the power of the reflected wave output from the first port and the second port of the directional coupler, at least one of which is adjusted by the adjuster;
Equipped with
(1) the adjuster has an attenuator, and adjusts an attenuation of an output from at least one of the first port and the second port based on the impedance calculated by the processing circuit, and outputs the adjusted output as an analog signal;
The two power monitor output ports each output, in analog form, the forward wave power and the reflected wave power, at least one of which has been adjusted by the adjuster, to the outside.
or
(2) the regulator has a voltage regulator, and adjusts a voltage of an output from at least one of the first port and the second port based on the impedance calculated by the processing circuit, and outputs the adjusted voltage as a digital signal;
The two power monitor output ports digitally output the power of the forward wave and the power of the reflected wave, at least one of which has been adjusted by the adjuster, to the outside.
High frequency circuits.
前記処理回路は、
求めた前記インピーダンスと前記調整器による調整度とを関連付けたテーブルに基づいて、求めた前記インピーダンスに基づいて前記調整器の調整度を調整する、
請求項1記載の高周波回路。
The processing circuitry includes:
adjusting the adjustment degree of the regulator based on the impedance obtained, based on a table correlating the obtained impedance with the adjustment degree by the regulator;
2. The high frequency circuit according to claim 1.
前記処理回路は、
前記処理回路により求められた前記インピーダンスと前記負荷側のインピーダンスの規定値との差を出力する比較器の出力に基づいて、前記調整器の調整度を調整する、
請求項1記載の高周波回路。
The processing circuitry includes:
a degree of adjustment of the regulator is adjusted based on an output of a comparator that outputs a difference between the impedance calculated by the processing circuit and a specified value of the impedance on the load side;
2. The high frequency circuit according to claim 1.
高周波信号を増幅して出力し、この増幅した高周波信号を前記進行波として前記方向性結合器に入力する高周波増幅器、
をさらに備えた、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高周波回路。
a high-frequency amplifier that amplifies and outputs a high-frequency signal and inputs the amplified high-frequency signal as the traveling wave to the directional coupler;
Further equipped with
4. The high-frequency circuit according to claim 1.
増幅器において増幅された高周波信号に基づいて、RFパルスを被検体に印加するRFコイルと、
前記増幅器と前記RFコイルとの間に設けられた方向性結合器であって、前記増幅器側から入力される進行波の少なくとも一部を第1のポートから出力し、反射波の少なくとも一部を第2のポートから出力する方向性結合器と、
前記第2のポートからの出力に基づく前記反射波の位相から負荷の位相角を求め、当該位相角と、前記第1のポートおよび前記第2のポートからの出力に基づく電圧定在波比と、を用いて前記方向性結合器から見た前記負荷側のインピーダンスを求める第1処理回路と、
前記第1処理回路により求められたインピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力を調整してモニタ用の出力ポートに与える調整器と、
前記調整器の出力に基づいて、SAR(Specific Absorption Rate)を求める第2処理回路と、
前記モニタ用の出力ポートであって、前記調整器により少なくとも一方が調整された、前記方向性結合器の前記第1のポートおよび前記第2のポートから出力された前記進行波の電力および前記反射波の電力を、それぞれ外部に出力する2つの電力モニタ用出力ポートと、
を備え、
(1)前記調整器は、減衰器を有し、前記第1処理回路により求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力の減衰度を調整してアナログ出力し、
前記2つの電力モニタ用出力ポートは、前記調整器により少なくとも一方が調整された前記進行波の電力と前記反射波の電力とを、それぞれアナログで外部に出力する、
または、
(2)前記調整器は、電圧調整器を有し、前記第1処理回路により求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力の電圧を調整してデジタル出力し、
前記2つの電力モニタ用出力ポートは、前記調整器により少なくとも一方が調整された前記進行波の電力と前記反射波の電力とを、それぞれデジタルで外部に出力する、
磁気共鳴イメージング装置
an RF coil for applying an RF pulse to a subject based on the high frequency signal amplified by the amplifier;
a directional coupler provided between the amplifier and the RF coil, the directional coupler outputting at least a part of a traveling wave input from the amplifier side from a first port and outputting at least a part of a reflected wave from a second port;
a first processing circuit that calculates a phase angle of a load from a phase of the reflected wave based on an output from the second port, and calculates an impedance of the load side as viewed from the directional coupler using the phase angle and a voltage standing wave ratio based on the outputs from the first port and the second port;
an adjuster that adjusts an output from at least one of the first port and the second port based on the impedance determined by the first processing circuit and provides the adjusted output to an output port for monitoring;
A second processing circuit that calculates a specific absorption rate (SAR) based on the output of the regulator;
two power monitor output ports for outputting to the outside the power of the forward wave and the power of the reflected wave output from the first port and the second port of the directional coupler, at least one of which is adjusted by the adjuster;
Equipped with
(1) the adjuster has an attenuator, and adjusts an attenuation of an output from at least one of the first port and the second port based on the impedance calculated by the first processing circuit, and outputs the adjusted output as an analog signal;
The two power monitor output ports each output, in analog form, the forward wave power and the reflected wave power, at least one of which has been adjusted by the adjuster, to the outside.
or
(2) the regulator has a voltage regulator, and adjusts a voltage of an output from at least one of the first port and the second port based on the impedance calculated by the first processing circuit, and outputs the adjusted voltage as a digital signal;
The two power monitor output ports digitally output the power of the forward wave and the power of the reflected wave, at least one of which has been adjusted by the adjuster, to the outside.
Magnetic resonance imaging device .
進行波の少なくとも一部を出力する第1のポートと、反射波の少なくとも一部を出力する第2のポートと、を有する方向性結合器の、前記第2のポートからの出力に基づく前記反射波の位相から負荷の位相角を求め、当該位相角と、前記第1のポートおよび前記第2のポートからの出力に基づく電圧定在波比と、を用いて、前記方向性結合器から見た前記負荷側のインピーダンスを求めるステップと、
求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力を調整するステップと、
前記少なくとも一方が調整された、前記方向性結合器の前記第1のポートおよび前記第2のポートから出力された前記進行波の電力および前記反射波の電力を、2つの電力モニタ用出力ポートから外部に出力するステップと、
を有し、
(1)前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力を調整するステップは、前記求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力の減衰度を減衰器を用いて調整してアナログ出力するステップを含み、
前記2つの電力モニタ用出力ポートから外部に出力するステップは、
前記少なくとも一方が調整された前記進行波の電力と前記反射波の電力とを、それぞれアナログで外部に出力するステップを含む、
または、
(2)前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力を調整するステップは、前記求められた前記インピーダンスに基づいて、前記第1のポートおよび前記第2のポートの少なくとも一方からの出力の電圧を電圧調整器を用いて調整してデジタル出力するステップを含み、
前記2つの電力モニタ用出力ポートから外部に出力するステップは、
前記少なくとも一方が調整された前記進行波の電力と前記反射波の電力とを、それぞれデジタルで外部に出力するステップを含む、
RFパルス電力モニタ方法
a step of determining a phase angle of a load from a phase of the reflected wave based on an output from a first port of a directional coupler having a first port for outputting at least a part of a traveling wave and a second port for outputting at least a part of a reflected wave, and determining an impedance on the load side as viewed from the directional coupler using the phase angle and a voltage standing wave ratio based on the outputs from the first port and the second port;
adjusting an output from at least one of the first port and the second port based on the determined impedance;
outputting the power of the forward wave and the power of the reflected wave output from the first port and the second port of the directional coupler, at least one of which has been adjusted, to an outside from two power monitor output ports;
having
(1) The step of adjusting the output from at least one of the first port and the second port includes a step of adjusting an attenuation of the output from at least one of the first port and the second port using an attenuator based on the determined impedance, and outputting the output as an analog signal;
The step of outputting the power monitor signals from the two power monitor output ports to the outside includes:
outputting the power of the forward wave and the power of the reflected wave, at least one of which has been adjusted, to an external device in analog form,
or
(2) the step of adjusting the output from at least one of the first port and the second port includes a step of adjusting a voltage of the output from at least one of the first port and the second port using a voltage regulator based on the determined impedance, and digitally outputting the adjusted voltage;
The step of outputting the power monitor signals from the two power monitor output ports to the outside includes:
and outputting, to an outside, the power of the forward wave and the power of the reflected wave, the at least one of which has been adjusted, in digital form.
RF pulse power monitoring method .
少なくとも一方が調整された前記第1のポートおよび前記第2のポートの出力に基づいて、SAR(Specific Absorption Rate)を求めるステップ、
をさらに有する請求項6記載のRFパルス電力モニタ方法。
determining a specific absorption rate (SAR) based on outputs of the first port and the second port, at least one of which has been adjusted;
7. The method of claim 6, further comprising:
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