(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの制御データを受け付けるシステム・インタフェースと、
前記システム・インタフェースからの指示に基づいて基準キャリア周波数信号を複素形式で出力する複素デジタル・シンセサイザと、
前記基準キャリア周波数信号とＲＦエンベロープ波形信号とを合成し基準ＲＦパルス信号を複素形式で出力するＲＦエンベロープ・ミキサーと、
前記基準ＲＦパルス信号のキャリア周波数を所望の静磁場強度で必要な共鳴周波数へとアップコンバートすると共にアナログ信号に変換してアナログＲＦパルス信号を出力するデジタル周波数アップコンバータと、
前記アナログＲＦパルス信号に現れるエイリアス高調波をフィルタリングすると共に振幅調整するアナログ励起回路とを具備したＲＦ送信回路であって、
システムクロック周波数が４０ＭＨｚ以上であること、前記複素デジタル・シンセサイザの動作クロック周波数が４０ＭＨｚ以上であること、及び、デジタル周波数アップコンバータの動作クロック周波数が４０ＭＨｚ以上であること、のうちの少なくとも１つを満たすことを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＲＦ送信回路において、
デジタル周波数アップコンバータの動作クロック周波数が１６０ＭＨｚ以上であることを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＲＦ送信回路において、
前記システム・インタフェースからの指示に基づいてＲＦエンベロープ波形信号の振幅を調整するデジタル減衰器を具備したことを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項４】
請求項１または請求項３のいずれかに記載のＲＦ送信回路において、
前記システム・インタフェースからの指示に基づいてデジタル周波数アップコンバータでアップコンバートする共鳴周波数の変更を行う共鳴周波数調整コントローラを具備したことを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のＲＦ送信回路において、
前記システム・インタフェースから前記複素デジタル・シンセサイザに対して、基準キャリア周波数信号の中心周波数を決めるデータと、前記中心周波数から実際の基準キャリア周波数信号の中心周波数をオフセットさせるためのデータと、ＲＦエンベロープ波形に対する基準キャリア周波数の初期位相を決めるデータとを渡すことを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項６】
請求項５に記載のＲＦ送信回路において、
前記複素デジタル・シンセサイザは、
基準キャリア周波数信号の中心周波数を決めるデータを累積加算して算出するための中心周波数アキュムレータと、
前記中心周波数から実際の基準キャリア周波数信号の中心周波数をオフセットさせるためのデータを累積加算して算出するためのオフセット周波数アキュムレータと、
ＲＦエンベロープ波形に対する基準キャリア周波数の初期位相を決めるデータを保持するための初期位相レジスタと、
前記各データを加算する加算器と、
コサイン波形データを記憶しており且つ加算器で加算されたデータをアドレスとしてコサイン波形データを読み出してインフェーズ成分データとして出力するコサイン・ルックアップテーブルと、
サイン波形データを記憶しており且つ加算器で加算されたデータをアドレスとしてサイン波形データを読み出しクアドラチャ成分データとして出力するサイン・ルックアップテーブルとを具備してなることを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のＲＦ送信回路において、
前記デジタル周波数アップコンバータは、
インフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データに対して補間処理およびフィルタリングを施してデータサンプリングレートを上げたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを出力する複素インターポレーション・フィルタと、
ミキシング信号のインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを発生する複素デジタル・シンセサイザと、
前記データサンプリングレートを上げたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データと前記ミキシング信号とを合成してキャリア周波数をアップさせたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを出力するアップコンバート・ミキサーと、
前記キャリア周波数をアップさせたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを合成してデジタルＲＦパルス信号を出力する加算器と、
前記デジタルＲＦパルス信号をアナログＲＦパルス信号に変換するＤＡ変換器とを具備してなることを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項８】
請求項７に記載のＲＦ送信回路において、
前記デジタル周波数アップコンバータは、システムクロックを基にシステムクロックより周波数が高いデジタル周波数アップコンバータの動作クロックを発生するＰＬＬシンセサイザを備えたことを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のＲＦ送信回路において、
前記アナログ励起回路は、
エイリアス高調波を除去したアナログＲＦパルス信号を出力するローパスフィルタと、
前記アナログＲＦパルス信号を振幅調整するプログラマブル・ゲイン・アンプと、
送受信切替スイッチとを具備してなることを特徴とするＲＦ送信回路。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のＲＦ送信回路を具備したことを特徴とするＭＲＩ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦ（Radio Frequency）送信回路、複素デジタル・シンセサイザおよびＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置に関し、さらに詳しくは、デジタル回路化を進めて、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できるようにしたＲＦ送信回路、複素デジタル・シンセサイザおよびＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来のＭＲＩ装置において使用されているＲＦ送信回路の一例を示すブロック図である。
このＲＦ送信回路１０Ｊは、デジタル回路部分と、アナログ回路部分から構成されている。
【０００３】
デジタル回路部分は、スキャンを制御する上位回路から制御データを受け取るシステム・インタフェース２０Ｊと、前記システム・インタフェース２０Ｊの制御下で基準キャリア周波数信号データを生成するデジタル・シンセサイザ３０Ｊと、前記システム・インタフェース２０Ｊから出力されるＲＦエンベロープ・データを保持するＲＦエンベロープ・レジスタ７１とから構成されている。
【０００４】
アナログ回路部分は、前記基準キャリア周波数信号データをアナログ基準キャリア周波数信号ａ０に変換するＤＡ変換器５１と、アナログ基準キャリア周波数信号ａ０に現れるエイリアス高調波を除去した基準キャリア周波数信号ａ１を出力するバンドパスフィルタ５２と、キャリア周波数を所望の静磁場強度で必要な共鳴周波数へとアップコンバートするためのミキシング信号を発生する発振回路５３および分周回路５４と、前記ミキシング信号から不要な周波数成分を除去したミキシング信号ａ２をするバンドパスフィルタ５５と、前記基準キャリア周波数信号ａ１とミキシング信号ａ２を合成したキャリア周波数信号ａ３を出力するキャリア・ミキサー５６と、前記キャリア周波数信号ａ３から不要な周波数成分を除去したキャリア周波数信号ａ４を出力するバンドパスフィルタ５７と、前記ＲＦエンベロープ・データをアナログＲＦエンベロープ信号ｅ１に変換するＤＡ変換器７２と、アナログＲＦエンベロープ信号ｅ１に現れるエイリアス高調波を除去したＲＦエンベロープ信号ｅ２を出力するバンドパスフィルタ７３と、前記キャリア周波数信号ａ４とＲＦエンベロープ信号ｅ２とを合成してアナログＲＦパルス信号ａ５を出力するＲＦエンベロープ・ミキサー５８と、前記アナログＲＦパルス信号ａ５から不要な周波数成分を除去したＲＦパルス信号を出力するバンドパスフィルタ８１Ｊと、プログラマブル・ゲイン・アンプ８２Ｊと、送受信切替スイッチ８３Ｊとから構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＲＦ送信回路１０Ｊでは、アナログ回路部分による処理、特にミキシング処理とこれに伴うバンドパスフィルタ処理が多い。
しかし、アナログ部品には不可避の特性のばらつきがあるため、信号品質が不安定になる問題点がある。また、特性のばらつきが小さいアナログ部品を選択して使用する必要があり、コスト高になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、デジタル回路化を進めて、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できるようにしたＲＦ送信回路、複素デジタル・シンセサイザおよびＭＲＩ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、外部からの制御データを受け付けるシステム・インタフェースと、前記システム・インタフェースからの指示に基づいて基準キャリア周波数信号を複素形式で出力する複素デジタル・シンセサイザと、前記基準キャリア周波数信号とＲＦエンベロープ波形信号とを合成し基準ＲＦパルス信号を複素形式で出力するＲＦエンベロープ・ミキサーと、前記基準ＲＦパルス信号のキャリア周波数を所望の静磁場強度で必要な共鳴周波数へとアップコンバートすると共にアナログ信号に変換してアナログＲＦパルス信号を出力するデジタル周波数アップコンバータと、前記アナログＲＦパルス信号に現れるエイリアス高調波をフィルタリングすると共に振幅調整するアナログ励起回路とを具備したことを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第１の観点によるＲＦ送信回路では、基準キャリア周波数信号とＲＦエンベロープ波形信号のミキシングをデジタル領域で行うため、アナログ回路のミキサーが不要になり、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。また、基準キャリア周波数信号をデジタル領域でダイレクトに生成し且つアップコンバートしているため、アナログ回路の周波数アップコンバータやバンドパスフィルタが不要になり、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。
【０００７】
第２の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記システム・インタフェースからの指示に基づいてＲＦエンベロープ波形信号の振幅を調整するデジタル減衰器を具備したことを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第２の観点によるＲＦ送信回路では、ＲＦパルス振幅の微調整をデジタル領域で高精度に行うことが出来る。
【０００８】
第３の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記システム・インタフェースからの指示に基づいてデジタル周波数アップコンバータでアップコンバートする共鳴周波数の変更を行う共鳴周波数調整コントローラを具備したことを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第３の観点によるＲＦ送信回路では、共鳴周波数の変更により、異なる静磁場強度にソフトウエア的に対応可能となり、同じハードウエアを使用できるから、コストを低減できる。
【０００９】
第４の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、システムクロック周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第４の観点によるＲＦ送信回路では、ナイキスト周波数の８０％である１５ＭＨｚまでの信号を好適に処理可能となる。
【００１０】
第５の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記複素デジタル・シンセサイザの動作クロック周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第５の観点によるＲＦ送信回路では、ナイキスト周波数の８０％である１５ＭＨｚまでの基準キャリア周波数の生成に対応できる。
【００１１】
第６の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、デジタル周波数アップコンバータの動作クロック周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第６の観点によるＲＦ送信回路では、ナイキスト周波数の８０％である１５ＭＨｚまでの共鳴周波数（静磁場強度０.３５Ｔまで）に対応できる。
【００１２】
第７の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、デジタル周波数アップコンバータの動作クロック周波数が１６０ＭＨｚ以上であることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第７の観点によるＲＦ送信回路では、ナイキスト周波数の８０％である６４ＭＨｚまでの共鳴周波数（静磁場強度１.５Ｔまで）に対応できる。
【００１３】
第８の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記システム・インタフェースから前記複素デジタル・シンセサイザに対して、基準キャリア周波数信号の中心周波数を決めるデータと、前記中心周波数から実際の基準キャリア周波数信号の中心周波数をオフセットさせるためのデータと、ＲＦエンベロープ波形に対する基準キャリア周波数の初期位相を決めるデータとを渡すことを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第８の観点によるＲＦ送信回路では、基準キャリア周波数の中心周波数、オフセット周波数および初期位相を指示できる。
【００１４】
第９の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記複素デジタル・シンセサイザは、基準キャリア周波数信号の中心周波数を決めるデータを累積加算して算出するための中心周波数アキュムレータと、前記中心周波数から実際の基準キャリア周波数信号の中心周波数をオフセットさせるためのデータを累積加算して算出するためのオフセット周波数アキュムレータと、ＲＦエンベロープ波形に対する基準キャリア周波数の初期位相を決めるデータを保持するための初期位相レジスタと、前記各データを加算する加算器と、コサイン波形データを記憶しており且つ加算器で加算されたデータをアドレスとしてコサイン波形データを読み出してインフェーズ成分データとして出力するコサイン・ルックアップテーブルと、サイン波形データを記憶しており且つ加算器で加算されたデータをアドレスとしてサイン波形データを読み出しクアドラチャ成分データとして出力するサイン・ルックアップテーブルとを具備してなることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第９の観点によるＲＦ送信回路では、基準キャリア周波数の中心周波数、オフセット周波数および初期位相を規定した基準キャリア周波数信号をデジタルでダイレクトに且つ複素形式で発生することが出来る。
【００１５】
第１０の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記デジタル周波数アップコンバータは、インフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データに対して補間処理およびフィルタリングを施してデータサンプリングレートを上げたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを出力する複素インターポレーション・フィルタと、ミキシング信号のインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを発生する複素デジタル・シンセサイザと、前記データサンプリングレートを上げたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データと前記ミキシング信号とを合成してキャリア周波数をアップさせたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを出力するアップコンバート・ミキサーと、前記キャリア周波数をアップさせたインフェーズ成分データおよびクアドラチャ成分データを合成してデジタルＲＦパルス信号を出力する加算器と、前記デジタルＲＦパルス信号をアナログＲＦパルス信号に変換するＤＡ変換器とを具備してなることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第１０の観点によるＲＦ送信回路では、キャリア周波数をデジタルでダイレクトに所望の共鳴周波数にアップコンバートできると共にアナログＲＦパルス信号を出力できる。
【００１６】
第１１の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記デジタル周波数アップコンバータは、システムクロックを基にシステムクロックより周波数が高いデジタル周波数アップコンバータの動作クロックを発生するＰＬＬシンセサイザを備えたことを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第１１の観点によるＲＦ送信回路では、ＰＬＬシンセサイザにより、デジタル周波数アップコンバータの動作クロックを変更できるから、異なる共鳴周波数（異なる静磁場強度）に容易に対応できる。
【００１７】
第１２の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路において、前記アナログ励起回路は、エイリアス高調波を除去したアナログＲＦパルス信号を出力するローパスフィルタと、前記アナログＲＦパルス信号を振幅調整するプログラマブル・ゲイン・アンプと、送受信切替スイッチとを具備してなることを特徴とするＲＦ送信回路を提供する。
上記第１２の観点によるＲＦ送信回路では、所望の静磁場強度で必要な共鳴周波数をキャリア周波数とするアナログＲＦパルス信号を好適に得ることが出来る。
【００１８】
第１３の観点では、本発明は、上記構成のＲＦ送信回路を具備したことを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第１３の観点によるＭＲＩ装置では、ＲＦ送信回路のデジタル回路化を進めることが出来るので、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。
【００１９】
第１４の観点では、本発明は、基準キャリア周波数信号の中心周波数を決めるデータを累積加算して算出するための中心周波数アキュムレータと、前記中心周波数から実際の基準キャリア周波数信号の中心周波数をオフセットさせるためのデータを累積加算して算出するためのオフセット周波数アキュムレータと、ＲＦエンベロープ波形に対する基準キャリア周波数の初期位相を決めるデータを保持するための初期位相レジスタと、前記各データを加算する加算器と、コサイン波形データを記憶しており且つ加算器で加算されたデータをアドレスとしてコサイン波形データを読み出してインフェーズ成分データとして出力するコサイン・ルックアップテーブルと、サイン波形データを記憶しており且つ加算器で加算されたデータをアドレスとしてサイン波形データを読み出しクアドラチャ成分データとして出力するサイン・ルックアップテーブルとを具備したことを特徴とする複素デジタル・シンセサイザを提供する。
上記第１４の観点による複素デジタル・シンセサイザでは、基準キャリア周波数の中心周波数、オフセット周波数および初期位相を規定した基準キャリア周波数信号をデジタルでダイレクトに且つ複素形式で発生することが出来る。
【００２０】
第１５の観点では、本発明は、上記構成の複素デジタル・シンセサイザにおいて、動作クロック周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする複素デジタル・シンセサイザを提供する。
上記第１５の観点による複素デジタル・シンセサイザでは、ナイキスト周波数の８０％である１５ＭＨｚまでの基準キャリア周波数の生成に対応できる。
【００２１】
第１６の観点では、本発明は、上記構成の複素デジタル・シンセサイザを具備したことを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
上記第１６の観点によるＭＲＩ装置では、ＲＦ送信回路のデジタル回路化を進めることが出来るので、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態にかかるＭＲＩ装置１００を示すブロック図である。
このＭＲＩ装置１００において、マグネットアセンブリ１は、内部に被検体を挿入するための空間部分（ボア）を有し、この空間部分を取りまくようにして、被検体に一定の静磁場を印加する永久磁石１ｐと、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の勾配磁場（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の組み合わせによりスライス勾配軸，リード勾配軸，位相エンコード勾配軸が形成される）を発生するための勾配磁場コイル１ｇと、被検体内の原子核のスピンを励起するためのＲＦパルスを与える送信コイル１ｔと、被検体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイル１ｒとが配置されている。前記勾配磁場コイル１ｇ，送信コイル１ｔおよび受信コイル１ｒは、それぞれ勾配磁場駆動回路３，ＲＦ電力増幅器４および前置増幅器５に接続されている。
なお、永久磁石１ｐの代わりに静磁場電源と静磁場コイルとを用いてもよい。
【００２４】
シーケンス記憶回路６は、計算機７からの指令に従い、記憶しているパルスシーケンスに基づいて勾配磁場駆動回路３を操作し、前記マグネットアセンブリ１の勾配磁場コイル１ｇから勾配磁場を発生させると共に、ＲＦ送信回路１０を操作してＲＦパルス信号を発生させ、それをＲＦ電力増幅器４に加え、ＲＦ電力増幅器４でパワー増幅した後、マグネットアセンブリ１の送信コイル１ｔに印加し、所望の撮像面を励起する。
前記ＲＦ送信回路１０については、後で詳述する。
【００２５】
前置増幅器５は、マグネットアセンブリ１の受信コイル１ｒで受信された被検体からのＮＭＲ信号を増幅し、ＡＤ変換器１１に入力する。ＡＤ変換器１１は、ＮＭＲ信号をデジタルデータに変換し、位相検波器１２に入力する。位相検波器１２は、ＮＭＲ信号をデジタル信号処理で位相検波し、計算機７に入力する。
【００２６】
計算機７は、操作コンソール１２から入力された情報を受け取る。また、計算機７は、位相検波器１２からデジタルデータを読み込み、画像再構成演算を行ってＭＲ画像を生成する。その他、計算機７は、全体的な制御を受け持つ。
表示装置１３は、前記ＭＲ画像を表示する。
【００２７】
図２は、ＲＦ送信回路１０の構成を示すブロック図である。
このＲＦ送信回路１０は、システム・インタフェース２０と、複素デジタル・シンセサイザ３０と、デジタル減衰器４０と、ＲＦエンベロープ・ミキサー４１，４２と、共鳴周波数調整コントローラ４３と、デジタル周波数アップコンバータ６０と、アナログ励起回路８０とを具備してなる。
ＲＦ送信回路１０には、例えば４０ＭＨｚのシステムクロックが供給されている。
【００２８】
システム・インタフェース２０は、データ・デコーダ／データ・ルーター・ロジックを含み、シーケンス記憶回路８から与えられるデータを受け取り、そのデータを基に複素デジタル・シンセサイザ３０等を制御する。
シーケンス記憶回路８から与えられるデータとしては、中心周波数成分データ、オフセット周波数成分データ、初期位相情報、送出したいＲＦエンベロープ（envelope）波形情報、ＲＦエンベロープ波形を微調整するための演算に使用する微調係数情報、アナログ励起回路８０を制御するための制御コマンド情報などである。これらのデータは、それぞれについて規定された所定のレートで更新される。
【００２９】
複素デジタル・シンセサイザ３０は、システム・インタフェース２０から入力される中心周波数、オフセット周波数、初期位相を基にして、基準キャリア周波数信号のインフェーズ（inphase）成分データＩ１およびクアドラチャ（quadrature）成分データＱ１を出力する。インフェーズ成分データＩ１は複素数形式のコサイン信号成分に相当し、クアドラチャ成分データＱ１は複素数形式のサイン信号成分に相当する。
生成する基準キャリア周波数は、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば６.０４ＭＨｚ、０.３５Ｔでは例えば７.３５ＭＨｚ、０.５Ｔでは例えば３.７９ＭＨｚ、１.５Ｔでは例えば６.３６ＭＨｚである。
【００３０】
なお、デジタル・シンセサイザのエリアシング効果によるＳＦＤＲ（Spurious Free Dynamic Range）の低下を抑えるため、生成する基準キャリア周波数は、ナイキスト周波数の約８０％以下にする。
例えば、４０ＭＨｚのシステムクロックをそのまま動作クロックとして用いるなら、動作クロック周波数Ｆs1＝４０ＭＨｚに対してナイキスト周波数＝２０ＭＨｚであるから、生成する基準キャリア周波数は１５ＭＨｚ以下とする。
逆に、生成する基準キャリア周波数が、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば６.０４ＭＨｚ、０.３５Ｔでは例えば７.３５ＭＨｚ、０.５Ｔでは例えば３.７９ＭＨｚ、１.５Ｔでは例えば６.３６ＭＨｚであるなら、動作クロック周波数は、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば１５.１ＭＨｚ以上、０.３５Ｔでは例えば１８.３７５ＭＨｚ以上、０.５Ｔでは例えば９.４７５ＭＨｚ以上、１.５Ｔでは例えば１５.９ＭＨｚ以上であればよい。
【００３１】
デジタル減衰器４０は、システム・インタフェース２０から入力されるＲＦエンベロープ波形データと微調係数データとを乗算するデジタル乗算器であり、振幅調整したＲＦエンベロープ信号データＥｎを出力する。微調係数がとりうる最大値の時、入力されるＲＦエンベロープ波形データと振幅調整したＲＦエンベロープ信号データＥｎとが一致する（つまり、ゲイン０ｄＢ）ように調整されている。
【００３２】
ＲＦエンベロープ・ミキサー４１は、基準キャリア周波数信号のインフェーズ成分データＩ１と振幅調整したＲＦエンベロープ信号データＥｎを合成し、基準ＲＦパルス信号のインフェーズ成分データＩ２を出力するデジタル乗算器である。
ＲＦエンベロープ・ミキサー４２は、基準キャリア周波数信号のクアドラチャ成分データＱ１と振幅調整したＲＦエンベロープ信号データＥｎを合成し、基準ＲＦパルス信号のクアドラチャ成分データＱ２を出力するデジタル乗算器である。
【００３３】
デジタル周波数アップコンバータ６０は、補間処理およびフィルタリングにより基準ＲＦパルス信号Ｉ２，Ｑ２のアップ・サンプリングを行うと共に、基準キャリア周波数を所望の静磁場強度で必要な共鳴周波数へとアップコンバートし、さらにアナログ信号に変換し、アナログＲＦパルス信号Ａ１を出力する。
共鳴周波数は、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば８.５４ＭＨｚ、０.３５Ｔでは例えば１４.８５ＭＨｚ、０.５Ｔでは例えば２１.２９ＭＨｚ、１.５Ｔでは６３.８６ＭＨｚである。
なお、アップコンバートするのは、ＲＦパルス信号のキャリア周波数であり、ＲＦエンベロープ波形ではない。ＲＦエンベロープ波形は、キャリア周波数に対して十分低いため、キャリア周波数信号の振幅情報として保存される。
【００３４】
デジタル周波数アップコンバータ６０においても良好なＳＦＤＲを得るため、共鳴周波数が、ＤＡ変換のサンプリング周波数のナイキスト周波数の約８０％以下となるようにする。
例えば、４０ＭＨｚのシステムクロックを４倍して動作クロックとして用いるなら、動作クロック周波数Ｆs2＝１６０ＭＨｚに対してナイキスト周波数＝８０ＭＨｚであるから、共鳴周波数は６４ＭＨｚ以下とする。
逆に、静磁場強度が０.２Ｔで共鳴周波数が８.５４ＭＨｚ、０.３５Ｔで１４.８５ＭＨｚ、０.５Ｔで２１.２９ＭＨｚ、１.５Ｔで６３.８６ＭＨｚであるなら、動作クロック周波数Ｆs2は、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば２１.３５ＭＨｚ以上、０.３５Ｔでは例えば３７.１２５ＭＨｚ以上、０.５Ｔでは例えば５３.２２５ＭＨｚ以上、１.５Ｔでは例えば１５９.７ＭＨｚ以上であればよい。
【００３５】
共鳴周波数調整コントローラ４３は、デジタル周波数アップコンバータ６０の初期化やアップコンバートする共鳴周波数の変更などを行うマイクロプロセッサである。
【００３６】
アナログ励起回路８０は、アナログＲＦパルス信号Ａ１に現れるエイリアス高調波をフィルタリングし、振幅調整して出力する。
【００３７】
図３は、複素デジタル・シンセサイザ３０の構成例を示すブロック図である。複素デジタル・シンセサイザ３０は、基準キャリア周波数信号の中心周波数を決めるデータを累積加算して算出するための中心周波数アキュムレータ３１と、前記中心周波数から実際の基準キャリア周波数信号の中心周波数をオフセットさせるためのデータを累積加算して算出するためのオフセット周波数アキュムレータ３２と、ＲＦエンベロープ波形に対する基準キャリア周波数の初期位相を決めるデータを保持するための初期位相レジスタ３３と、前記各データを加算する加算器３４と、コサイン波形データを記憶しており且つ加算器３４で加算されたデータをアドレスとしてコサイン波形データを読み出しインフェーズ成分データＩ１として出力するコサイン・ルックアップテーブル３５と、サイン波形データを記憶しており且つ加算器３４で加算されたデータをアドレスとしてサイン波形データを読み出しクアドラチャ成分データＱ１として出力するサイン・ルックアップテーブル３６とを具備して構成されている。
【００３８】
図４は、デジタル周波数アップコンバータ６０の構成例を示すブロック図である。
デジタル周波数アップコンバータ６０は、インフェーズ成分データＩ１およびクアドラチャ成分データＱ１に対して補間処理およびフィルタリングを施してサンプリングレートを例えば１６０ＭＨｚに上げたインフェーズ成分データＩ２およびクアドラチャ成分データＱ２を出力する複素インターポレーション・フィルタ６１と、４０ＭＨｚのシステムクロックを基に１６０ＭＨｚの動作クロックＦs2を発生するＰＬＬ（Phase Locked Loop）シンセサイザ６２と、ミキシング信号のインフェーズ成分データＩ３およびクアドラチャ成分データＱ３を発生する複素デジタル・シンセサイザ６３と、前記インフェーズ成分データＩ２およびクアドラチャ成分データＱ２とミキシング信号Ｉ３，Ｑ３とを合成してキャリア周波数をアップさせたインフェーズ成分データＩ４およびクアドラチャ成分データＱ４を出力するアップコンバート・ミキサー６４，６５と、前記インフェーズ成分データＩ４およびクアドラチャ成分データＱ４を合成してデジタルＲＦパルス信号Ｄ１を出力する加算器６６と、前記デジタルＲＦパルス信号Ｄ１をアナログＲＦパルス信号Ａ１に変換するＤＡ変換器６７とを具備して構成されている。
ミキシング信号周波数は、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば２.５０ＭＨｚ、０.３５Ｔでは例えば７.５ＭＨｚ、０.５Ｔでは例えば１７.５ＭＨｚ、１.５Ｔでは５７.５ＭＨｚである。この結果、アップコンバートされたキャリア周波数は、静磁場強度が０.２Ｔでは例えば８.５４ＭＨｚ、０.３５Ｔでは例えば１４.８５ＭＨｚ、０.５Ｔでは例えば２１.２９ＭＨｚ、１.５Ｔでは６３.８６ＭＨｚとなり、共鳴周波数に一致する。
【００３９】
なお、デジタル周波数アップコンバータ６０は、例えばＡＤ９８５６などのＬＳＩ（Large Scale Integration）を用いて構成してもよい。
【００４０】
図５は、アナログ励起回路８０の構成例を示すブロック図である。
アナログ励起回路８０は、アナログＲＦパルス信号Ａ１に現れるエイリアス高調波を除去したアナログＲＦパルス信号Ａ２を出力するローパスフィルタ８１と、アナログＲＦパルス信号Ａ２を振幅調整するプログラマブル・ゲイン・アンプ８２と、送受信切替スイッチ８３とを具備して構成される。
【００４１】
図６は、複素デジタル・シンセサイザ３０から出力されるインフェーズ成分データＩ１およびクアドラチャ成分データＱ１のパワースペクトラムを示す概念図である。
なお、図６は、基準キャリア周波数が３.７９ＭＨｚ、動作クロックＦs1が４０ＭＨｚの場合を示している。
【００４２】
図７は、デジタル減衰器４０から出力されるＲＦエンベロープ信号Ｅｎの波形例を示す概念図である。
なお、図７は、ｓｉｎｃ波形の場合を示している。
【００４３】
図８は、ＲＦエンベロープ・ミキサー４１，４２が出力するインフェーズ成分データＩ２，クアドラチャ成分データＱ２の波形を示す概念図である。
図９は、基準ＲＦパルス信号のインフェーズ成分データＩ２，クアドラチャ成分データＱ２のパワースペクトラムを示す概念図である。
基準キャリア周波数を中心として、ＲＦエンベロープ信号Ｅｎの周波数幅だけ、スペクトラムが広がっている。
【００４４】
図１０は、複素インターポレーション・フィルタ６１でサンプリングレートを例えば１６０ＭＨｚに上げたインフェーズ成分データＩ２’およびクアドラチャ成分データＱ２’のパワースペクトラムを示す概念図である。
【００４５】
図１１は、複素デジタル・シンセサイザ６３が発生するミキシング信号のインフェーズ成分データＩ３およびクアドラチャ成分データＱ３のパワースペクトラムを示す概念図である。
なお、図１１は、ミキシング信号周波数が１７.５ＭＨｚの場合を示している。
【００４６】
図１２は、アップコンバート・ミキサー６４，６５が出力するインフェーズ成分データＩ４およびクアドラチャ成分データＱ４のパワースペクトラムを示す概念図である。
基準キャリア周波数（この例では３.７９ＭＨｚ）がミキシング信号周波数（この例では１７.５ＭＨｚ）だけアップコンバートされている（この例では２１.２９ＭＨｚ）。
【００４７】
図１３は、ＤＡ変換器６７が出力するアナログＲＦパルス信号Ａ１のパワースペクトラムを示す概念図である。
スペクトラムＡ１−１がベースバンドであり、他のスペクトラムＡ１−２〜Ａ１１−４はエイリアス高調波である。
なお、αは、ＤＡ変換器６７の出力ＳＩＮＣ特性である。
【００４８】
図１４は、ローパスフィルタ８１でエイリアス高調波Ａ１−２〜Ａ１１−４を除去したアナログＲＦパルス信号Ａ２のパワースペクトラムを示す概念図である。
これにより、所望の静磁場強度（この例では０.５Ｔ）で必要な共鳴周波数（この例では２１.２９ＭＨｚ）をキャリア周波数とするアナログＲＦパルス信号Ａ２が得られる。
【００４９】
以上のＲＦ送信回路１０によれば、次の効果が得られる。
（１）ＲＦエンベロープ・ミキサー４１，４２で基準キャリア周波数信号データＩ１，Ｑ１とＲＦエンベロープ信号データＥｎのミキシングをデジタル領域で行うため、アナログ回路のミキサーが不要になり、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。
また、複素デジタル・シンセサイザ３０で基準キャリア周波数信号データＩ１，Ｑ１をダイレクトにデジタルで発生している。また、デジタル周波数アップコンバータ６０でデジタル領域でアップコンバートしている。このため、アナログ回路の周波数アップコンバータやバンドパスフィルタが不要になり、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。
【００５０】
（２）デジタル減衰器４０により、ＲＦパルス振幅の微調整をデジタル領域で高精度に行うことが出来る。
（３）共鳴周波数調整コントローラ４３による共鳴周波数の変更により、異なる静磁場強度にソフトウエア的に対応可能となり、同じハードウエアを使用できるので、コストを低減できる。
【００５１】
（４）複素デジタル・シンセサイザ３０の動作クロックを４０ＭＨｚとしているため、１５ＭＨｚまでの基準キャリア周波数の生成に対応できる。
（５）デジタル周波数アップコンバータ６０を１６０ＭＨｚの動作クロックで動作させているため、その半分の８０％である６４ＭＨｚまでの共鳴周波数に対応できる。換言すれば、静磁場強度が１.５ＴまでのＭＲＩ装置に同じハードウエアで対応できる。従って、コストを低減できる。
【００５２】
（６）ＬＳＩ化が容易である。また、市販のＬＳＩを利用することも可能であり、コストを低減できる。
【００５３】
なお、デジタル周波数アップコンバータ６０を３２５ＭＨｚ以上の動作クロックで動作させれば、静磁場強度が３ＴまでのＭＲＩ装置に対応できる。また、デジタル周波数アップコンバータ６０を４５０ＭＨｚ以上の動作クロックで動作させれば、静磁場強度が４ＴまでのＭＲＩ装置に対応できる。
【００５４】
上記ＲＦ送信回路１０の一部または全体をＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Logic Array）などのプログラマブル・デバイスで構成してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のＲＦ送信回路、複素デジタル・シンセサイザおよびＭＲＩ装置によれば、キャリアとＲＦエンベロープのミキシングをデジタル領域で行うため、アナログ回路のミキサーが不要になり、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。また、キャリアをデジタル領域で生成し且つアップコンバートしているため、アナログ回路の周波数アップコンバータやバンドパスフィルタが不要になり、信号品質の安定性を向上できると共にコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＭＲＩ装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるＲＦ送信回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる複素デジタル・シンセサイザの構成例を示すブロック図である。
【図４】デジタル周波数アップコンバータの構成例を示すブロック図である。
【図５】アナログ励起回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】基準キャリア周波数信号のパワースペクトラムの例示図である。
【図７】ＲＦエンベロープ信号データの波形を示す例示図である。
【図８】基準ＲＦパルス信号データの波形を示す例示図である。
【図９】基準ＲＦパルス信号データのパワースペクトラムの例示図である。
【図１０】サンプリングレートを上げた基準ＲＦパルス信号データのパワースペクトラムの例示図である。
【図１１】ミキシング信号データのパワースペクトラムの例示図である。
【図１２】サンプリングレートを上げた基準ＲＦパルス信号データとミキシング信号とを合成した信号データののパワースペクトラムの例示図である。
【図１３】アナログＲＦパルス信号のパワースペクトラムの例示図である。
【図１４】不要な高調波を除去したアナログＲＦパルス信号のパワースペクトラムの例示図である。
【図１５】従来のＲＦ送信回路の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０            ＲＦ送信回路
２０            システム・インタフェース
３０            複素デジタル・シンセサイザ
４０            デジタル減衰器
４１，４２      ＲＦエンベロープ・ミキサー
４３            共鳴周波数調整コントローラ
６０            デジタル周波数アップコンバータ
８０            アナログ励起回路
１００          ＭＲＩ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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