JP2006325821A

JP2006325821A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2006325821A
Application number: JP2005152080A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Iizuka; 正弘飯塚
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP4871529B2

Abstract

【課題】工場や設置現場にて静磁場均一度の調整を行うに際し、作業者の能力に依存することなく、極めて容易に当該調整がきることを可能としたＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】本発明のＭＲＩ装置は、被検体が配置される撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場の均一度を補正する補正手段と、を備え、前記補正手段は、静磁場の均一度を補正するための磁性部材と、前記磁性部材の位置の移動を駆動するための駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記駆動制御手段を制御して前記均一度を補正する補正制御手段と、有して成る。
【選択図】図４

Description

本発明は核磁気共鳴(以下、NMRと略記する)現象を利用して被検体の任意断面を画像表示する磁気共鳴イメージング(以下、MRIと略記する)装置に関し、特に静磁場空間の均一性を制御する技術に関する。

MRI装置は、静磁場中に配置された被検体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を高周波コイルを用いて受信し、頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。

このMRI装置には、被検体を配置する撮像空間を間に挟んで対向配置されて、その撮像空間に静磁場を発生するための一対の磁石を有する所謂開放型の装置がある。その一対の磁石の各々には、円盤状の磁極片が撮像空間側に配置されている。

磁極片の外面(撮像空間の反対側)には極性の異なる一対の永久磁石がそれぞれ密着状態に接しており、永久磁石の外面には一対の継鉄板が接している。また、所定の距離に隔たれた継鉄板を継鉄棒で機械的か磁気的に接続しており、継鉄板と共に継鉄を形成して永久磁石を支持する。この形成された継鉄は、磁極片、永久磁石と共に磁気的に結合して磁気回路を形成して測定空間に静磁場を発生させる。

この測定空間内静磁場は0.02〜2.0Tでかつ1×10^-4以下の精度を有する安定した強力な均一磁場を形成することが要求されている。
このような磁気回路において前記磁極片の周辺部に環状の突起部を設けて磁束が測定空間の周辺に漏洩するのを抑制して磁場の均一性を図っている。

さらに、前記継鉄板に複数の磁性部材である調整ボルトを埋め込み、調整ボルトの位置を継鉄板内で上下させることによって局部的に継鉄板の質量を変化させることによって、均一磁場が形成させるようにする調整も行われている(特許文献1)。
特開2000-139874号公報

調整ボルトの位置調整は、まず最初に工場内での製造時に静磁場均一度の初期調整の際に行われる。しかし、工場内での静磁場均一度の初期調整が完了したとしても、当該装置が実際に設置される設置空間の環境条件によって静磁場均一度が微妙に変動することが避けられない。つまり、病院や研究施設の建屋の構造、すなわち、壁や床内の鉄筋の有無や配置量の違い、その設置位置の近傍のエレベータ、等が静磁場均一度に影響を及ぼす。そのため、設置現場にて再度調整ボルトにて静磁場均一度の調整作業を行なうことが不可欠となる。この調整ボルトによる調整作業は、その調整基準をマニュアル等に明記することが可能であるものの、現実には作業者の経験と勘によるところが多い。そのため、作業者の能力に依存して調整時間が大きく異なってしまう。また、当該装置の高機能化により、静磁場均一度のさらなる高精度化が要求され、人手による静磁場均一度の調整がさらに難しくなってきている。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、工場や設置現場にて静磁場均一度の調整を行うに際し、作業者の能力に依存することなく、極めて容易に当該調整がきることを可能としたMRI装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。即ち、
被検体が配置される撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場の均一度を補正する補正手段と、を備え、前記補正手段は、静磁場の均一度を補正するための磁性部材と、前記磁性部材の位置の移動を駆動するための駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記駆動制御手段を制御して前記均一度を補正する補正制御手段と、を有して成る。

好ましくは、前記補正制御手段は、基準となる静磁場均一度データを有して、この静磁場均一度データに基づいて前記駆動制御手段を制御して前記均一度の補正を行う。
また、好ましくは、前記補正制御手段は、前記静磁場の強度を検出する検出手段を1以上有して、前記検出手段が検出した静磁場強度に基づいて、前記駆動制御手段を制御して前記均一度の補正を行う。

本発明のMRI装置は、以上のように構成されたので、工場や設置現場にて静磁場均一度の調整を行うに際し、作業者の能力に依存することなく、極めて容易に当該調整を行うことが可能となる。
特に、常時自動的に静磁場均一度を監視して調整することによって、静磁場均一度を常に高い状態に保持することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図1に本発明が適用される垂直磁場方式(開放型)のMRI装置の一実施形態に関する全体斜視図を示す。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように被検体にNMR現象を誘起してNMR信号を受信するための各種装置を収容するガントリー31、被検体を載置する天板36を備えた寝台32、ガントリー内各種装置を駆動する電源や制御する各種制御装置を収納した筐体33、および受信したNMR信号を処理して被検体の断層画像を再構成する処理装置34からなり、それぞれ電源・信号線35で接続される。ガントリーとテーブルは図示してない高周波電磁波と静磁場を遮蔽するシールドルーム内に配置され、筐体と処理装置はシールドルーム外に配置される。

また、図1のMRI装置の構成をより詳細な機能毎に分解したブロック構成図を図2に示す。図2に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。

静磁場発生系2は、被検体1の周りの空間にその体軸方向(水平磁場方式)または体軸と直交する方向(垂直磁場方式)に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式の静磁場発生源が配置されている。静磁場発生系2はガントリー31内に収容される。

傾斜磁場発生系3は、X，Y，Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイル9を駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸方向の傾斜磁場Gx，Gy，Gzを被検体1に印加する。より具体的には、X，Y，Zのいずれかの1方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、残り2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。傾斜磁場コイル9はガントリー31内に、傾斜磁場電源10は筐体33にそれぞれ収容される。

シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。シーケンサ4は筐体33内に収容される。

送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるためにRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。一般的に高周波コイル14aがガントリー31内に収容され、他は筐体33内に収容される。

受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起される被検体1の応答のNMR信号が被検体１に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。一般的に受信系6を構成する前記装置群はガントリー31内に収容される。

信号処理系7は、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有し、受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。信号処理系7は処理装置34内に収容される。
なお、図2において、送信側の高周波コイル14と傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に被検体1に対向して設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。

以上の様なMRI装置においては、一般的に静磁場空間の中心に近いほど静磁場均一度が高くなる。静磁場均一度が低くなると画像ひずみやボケ、S/N低下等の画質劣化を伴うアーチファクトが発生し、特に最近開発された高速撮像法等ではその様なアーチファクトが顕著に現れる。このようなことから、静磁場空間内の静磁場均一度調整が高速撮像においては特に重要である。

(第１の実施形態)
次に、上記MRI装置に本発明を適用した第1の実施形態を説明する。本実施形態は、静磁場均一度を調整するための磁性部材の配置位置を制御する手段を備えて、静磁場均一度の調整を行う形態である。
本実施形態の一例を図3と図4に示す。図3は、垂直磁場方式のMRI装置のガントリー部の化粧カバーを取り去った裸の状態の外観図である。一対の静磁場発生源44a, 44bが上下に対向して配置され、その間に静磁場空間(撮像空間)45が形成され、この空間に被検体の所望の部位が配置されて診断のための撮像が行えるようになっている。

各静磁場発生源44a, 44bは、撮像空間側の磁極片とその外側(つまり撮像空間の反対側)に密着して配置された永久磁石とを有して成り、永久磁石の極性は互いに異なる。
また、各々の静磁場発生源44a, 44bの外側には継鉄板46a, 46bがそれぞれ永久磁石に密着して配置され、継鉄棒47が継鉄板46a, 46bを機械的に且つ磁気的に接続する。そして、これら静磁場発生源44a, 44bと継鉄板46a, 46bと継鉄棒47とは磁束を導く磁気回路を形成して、撮像空間45に静磁場を発生する。

図4は、静磁場均一度を調整するための磁性部材である調整ボルトの位置を調整する調整ボルト位置調整機構の詳細図で、図3の39の様な複数の穴のいずれか1以上の所に設置され、調整ボルト40、調整ボルト駆動装置41、調整ボルト駆動制御装置42、調整ボルト駆動制御装置42を制御する調整ボルト制御装置43から構成される。調整ボルト制御装置43は、CPU8に接続されてCPU8からの制御信号に基づいて各調整ボルトの位置を制御する。
調整ボルト40は、調整ボルト駆動装置41に接続され、調整ボルト40は継鉄板46a, 46bの上下部(つまり撮像空間45の反対側の面)の1以上の穴中に配置されている。

調整ボルト駆動装置41は、モーター等の駆動手段を有して構成され、調整ボルト駆動制御装置42と電源ケーブル等で接続されている。また、調整ボルト40と共に継鉄板46a, 46bの上下部に1以上配置されている。そして、調整ボルト駆動制御装置42からの制御信号にて調整ボルト40の位置を移動する。
なお、駆動手段は、モーター等に限らず、油圧や空気圧を使用したものでもかまわない。油圧や空気圧を使用した場合には、調整ボルト駆動装置42との接続は、それぞれ油圧ケーブルや空気圧ケーブルとなる。

調整ボルト駆動制御装置42は、電源ケーブル及び信号ケーブルにて調整ボルト制御装置43に接続され、調整ボルト制御装置43からの制御信号を受信して、各調整ボルト駆動装置41を制御する。また、上部継鉄板46aと下部継鉄板46bの調整ボルト駆動装置41を各々制御するために上部用42aと下部用42bとに独立して装備されている。
この調整ボルト駆動制御装置42や調整ボルト制御装置43は、磁気回路本体内部に装備される場合もあるが、装置のデザイン性やメンテナンス性を重視して磁気回路本体の外部に装備されてもかまわない。

上記機構を備えたMRI装置を病院や研究施設当に設置した場合の調整ボルトの位置調整行程は例えば以下の通りである。
第一ステップとして、調整ボルト制御装置43は、工場出荷時に記憶しておいた工場出荷時の静磁場均一度データに基づいて、調整ボルト駆動制御装置42を制御して、調整ボルト40の位置を工場出荷時の位置に再配置する。これによって、静磁場均一度を工場出荷時と同じ状態にする。このMRI装置を設置した設置空間の環境条件がこの装置を出荷した工場内と同一であれば、高い静磁場均一度が得られるが、環境条件が異なるために、さらに調整ボルトの位置を調整して静磁場均一度を調整する必要がある。なお、調整ボルトの位置が工場出荷時のままであれば、この最初の工程はスキップされる。

第二ステップとして、当該環境での静磁場均一度の測定を行う。静磁場均一度の測定は、例えば、磁気センサーを用いて、撮像空間内の各点の磁場強度を計測することにより求めることができる。この測定結果は、例えば処理装置34を介して、調整ボルト制御装置43に取り込まれて、予め記憶されてある工場出荷時の静磁場均一度データと比較され差分が計算される。

第三ステップとして、その算出された差分データがそれぞれの調整ボルト駆動制御装置42に送信される。調整ボルト駆動制御装置42は、その差分データに基いて、それぞれの調整ボルト駆動装置41を制御して調整ボルト40を必要量だけ上下に移動する。
なお、装置設置後の定期点検等の場合には、上記第二及び第三ステップを行うことになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、工場出荷時の静磁場均一度データを調整ボルト制御装置に記憶させて置くことにより、工場出荷時の高い静磁場均一度に近い状態を容易に再現できるので、MRI装置の設置現場にて静磁場均一度の調整を行う作業者の経験等に依存することなく、且つ、煩わしい調整作業を行う必要を無くすことができる。

また、定期点検等で静磁場均一度を測定し、その結果を工場出荷時の静磁場均一度データと比較することによって、静磁場均一度が変化している場合にも、設置現場にて容易に調整ボルトの位置を変更して、静磁場均一度を調整することが可能となる。また、調整作業の際には、MRI装置の外装を覆っている化粧カバーなどの脱着を行う必要も無くすことができる。

(第２の実施形態)
次に、前述のMRI装置に本発明を適用した第2の実施形態を説明する。本実施形態は、常時静磁場均一度を計測して、その計測結果に基づいて調整ボルトの位置を制御することにより、静磁場均一度調整を自動化する形態である。
図5に本実施形態の一例を示す。図5は、図4に示した調整ボルト位置調整機構にさらに磁気センサー51a, 51bを追加した一例のブロック図である。尚、図5では、磁気センサーの数が2つの場合を示しているが、磁気センサーの数は1以上あれば良い。この磁気センサー以外は、図4の構成と同じなので、詳細な説明は省略する。

磁場センサー51a, 51bは、静磁場均一度を常時監視するために、例えば上下の磁極片内に1以上配置され、配置箇所近傍の静磁場強度を検出する。調整ボルト制御装置43は、磁気磁場センサー51a, 51bからそれぞれ静磁場強度を表す信号を受信して、予め記憶されてある工場出荷時の静磁場均一度データと比較して差分を計算する。以降は、前述の第1の実施形態の一実施例と同様に、磁場調整ボルト駆動制御装置42にて調整ボルト駆動装置41を制御して調整ボルト40の位置を上下させることによって、自動的に静磁場の均一度調整を行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、常時自動的に静磁場均一度が監視されて調整されるので、静磁場均一度を常に高い状態に保持することが可能になる。

以上、本発明のMRI装置の各実施形態を説明したが、本発明のMRI装置は、上記説明で開示された内容にとどまらず、本発明の趣旨を踏まえた上で他の形態を取りうる。例えば、開放型MRI装置の例を説明したが、本発明のMRI装置はこの形態のMRI装置に限定されず、水平磁場を発生するいわゆるトンネル型MRI装置における静磁場均一度補正手段にも適用することができる。また、静磁場均一度調整部材として調整ボルトの例を説明したが、本発明はボルト形状を有する調整部材に限定されず、その位置を移動できる磁性部材であれば何れでもよい。また、静磁場発生源として、永久磁石のみならず、超電導磁石又は常電導磁石でも良い。

本発明に係るMRI装置の全体構成図。本発明に係るMRI装置のブロック図。本発明を適用したMRI装置の磁気回路図。本発明を適用したMRI装置の均一磁場制御装置の詳細図。本発明の均一度磁場調整装置のブロック図。

符号の説明

１被検体、２静磁場発生系、３傾斜磁場発生系、４シーケンサ、５送信系、６受信系、７信号処理系、８中央処理装置(CPU)、９傾斜磁場コイル、１０傾斜磁場電源、１１高周波発信器、１２変調器、１３高周波増幅器、１４ａ高周波コイル(送信コイル)、１４ｂ高周波コイル(受信コイル)、１５信号増幅器、１６直交位相検波器、１７ A/D変換器、１８磁気ディスク、１９光ディスク、２０ディスプレイ、３１ガントリー、３２テーブル、３３筐体、３４処理装置、３５電源線、信号線、４０調整ボルト、４１調整ボルト駆動装置、４２均一磁場ボルト駆動調整ボルト制御装置、４３均一磁場制御装置

Claims

被検体が配置される撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場の均一度を補正する補正手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段は、静磁場の均一度を補正するための磁性部材と、前記磁性部材の位置の移動を駆動するための駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記駆動制御手段を制御して前記均一度を補正する補正制御手段と、を有して成ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記補正制御手段は、基準となる静磁場均一度データを有して、この静磁場均一度データに基づいて前記駆動制御手段を制御して前記均一度の補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記補正制御手段は、前記静磁場の強度を検出する検出手段を１以上有して、前記検出手段が検出した静磁場強度に基づいて、前記駆動制御手段を制御して前記均一度の補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。