JP2007037835A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の開放感、術者のアクセス性を確保しながら、装置構造の簡素化が可能な磁気共鳴イメージング装置を実現する。
【解決手段】継鉄柱４に支持された２つの継鉄板のうちＭＲＩ装置設置面に近い継鉄板３ａは設置面に平行であり、ＭＲＩ装置設置面に遠い側の継鉄板３ｂは、継鉄３ａに対してＸ軸方向に傾斜している。Ｘ’軸方向の撮像空間５中の静磁場強度は時間的な変化の無いある特定の不均一な静磁場として直線的に変化する。Ｘ’軸と直交する任意の２次元断面上では均一な静磁場を撮像空間に形成する。これは、Ｘ’軸方向の傾斜磁場コイルを用いることなく、傾斜磁場を発生させることができることを意味し、被検体の圧迫感がより少なく、更に撮像中の外科手術が行い易いばかりでなく、Ｘ’軸方向の傾斜磁場コイルを省略することができ、ＭＲＩ装置構造の簡素化が可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置に関し、特に開放感を向上させた磁石構成に関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、磁界中に置かれた被検体中の核スピンの磁気共鳴現象（ＮＭＲ現象）から得られるＮＭＲ信号を計測し、コンピュータで演算処理することで、被検体中の核スピンの密度分布、緩和時間分布等を断層像として画像表示するものであり、人体を被検体として各種の診断等に使用されている。

被検体からＮＭＲ現象によりＮＭＲ信号をえるためには、一般に、空間的、時間的に一様な強度と方向を持った静磁場を撮像空間に形成する為の静磁界発生装置と、静磁界発生装置の静磁場中に置かれた被検体中の核スピンのＮＭＲ現象を引き起こす為に、被検体にパルス状で且つ撮像断面の磁場強度に対応した周波数の電磁波（励起パルス）を照射する為の照射コイルと、ＮＭＲ現象によって被検体から放出されるＮＭＲ信号を受信する為の受信コイルとが必要である。

さらに、得られるＮＭＲ信号に３次元位置情報を与えるためには、上記静磁場に３軸方向に傾斜磁場を重層させる必要があり、この傾斜磁場を形成する為の傾斜磁場コイルが必要である。

ところで、近年、閉所恐怖性の患者でも安心してＭＲＩ検査を受ける事が出来、又、患者をＭＲＩ撮像用の寝台に乗せてＭＲＩ画像を撮像しながら患者の外科手術を行う事が出来るように、外部から撮像空間へのアクセスを容易にした、開放的な静磁界発生装置が要求されている。

ここで、具体例として一般的な２極対向型永久磁石方式の磁気共鳴イメージング装置について図６及び図７を参照して説明する。

図６において、２極対向型永久磁石方式磁気共鳴イメージング装置は、上下対向配置された永久磁石１及び磁極２と、これらを機械的に支持し磁路を形成する為の継鉄板３及び継鉄柱４とを備えている。

上下磁極間の撮像空間５に一様な強度と方向を持った均一な（図７に示すように、磁束線６がＹ軸に平行で且つ隣合う磁束線６がＸ方向に等間隔であるような）静磁場を形成する為には、少なくとも上下磁極が、図６に示す様に平行に配置してある必要が有る。

このため、外部から撮像空間へのアクセスは横方向からに限られており、患者から見た開放空間も横方向に限られていた。

そこで、患者（被検体）にとっては開放感があり、術者にとっては、患者へのアクセスが良好な開放型ＭＲＩ装置が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載の技術においては、静磁場空間を形成する第１及び第２の磁場発生磁石を、第１の静磁場発生磁石面が、第２の静磁場発生磁石面に対して傾斜するように構成し、上記開放感、良好なアクセス性を満足させている。

特開２００３−１０２６９９号公報

ここで、ＭＲＩ装置において、被検体の開放感、術者のアクセス性を確保しながら、かつ、装置構造の簡素化が望まれている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、被検体の開放感、術者のアクセス性の確保は可能であるものの、装置構造の簡素化は困難であった。

本発明の目的は、被検体の開放感、術者のアクセス性を確保しながら、装置構造の簡素化が可能なＭＲＩ装置を実現することである。

本発明の磁気共鳴イメージング装置によれば、静磁場発生手段は、特定方向に時間的変化の無い不均一な静磁場を３次元撮像空間中に形成する。これにより、傾斜磁場発生手段は、特定方向の傾斜磁場の発生を省略することができる。

特定方向に時間的変化の無い不均一な静磁場を３次元撮像空間中に形成するには、被検体がその間に配置される２分割された静磁場発生手段を特定方向に不平向、つまり、２分割された静磁場発生手段の互いの間隔が、広がるように構成する。この構成により、被検体の開放感も確保することができる。

ＭＲＩ装置において、被検体の開放感、術者のアクセス性を確保しながら、装置構造の簡素化が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の適用対象であるＭＲＩ装置の概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置は大別して、中央処理装置（以下、ＣＰＵと略称する）２２と、シーケンサ２３と、静磁場発生用磁石２５と、傾斜磁場発生系２１と、送信系２４と、受信系２６と、信号処理系２７とを備える。

ＣＰＵ２２は予め定められたプログラムに従って、シーケンサ２３、送信系２４、受信系２６、信号処理系２７を制御する。シーケンサ２３はＣＰＵ２２からの制御指令に基づいて、被検体７の断層面の画像データ収集に必要な種々の命令を傾斜磁場発生系２１、送信系２４、受信系２６に送信する。

静磁場発生磁石２５は、被検体７の周りのある広がりを持った空間に配置された磁石から、被検体７の周囲にその体軸と直交あるいは平行な方向に均一な静磁場を発生させる。

また、傾斜磁場発生系２１は、傾斜磁場電源１２と、傾斜磁場コイル１３とを備え、シーケンサ２３の制御のもとに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の傾斜磁場を被検体７が配置される撮像空間に発生する。この傾斜磁場の加え方により、被検体７の撮像断面が設定される。

送信系２４は、高周波発振器８と、変調器９と、高周波増幅器１０と、高周波照射コイル１１とを備えている。この送信系２４はシーケンサ２３の指令により、高周波発振器８から出力された基準高周波パルスを、変調器９を介して、高周波増幅器１０に供給する。そして、高周波増幅器１０で増幅した後に、被検体７に近接して配置された高周波照射コイル１１に供給して被検体７に高周波パルスを照射する。

受信系２６は、高周波受信コイル１４と、この高周波受信コイル１４に接続された増幅器１５と、検波回路１６と、アナログ・ディジタル変換器（以下、ＡＤＣという）１７を備えている。送信系２４の高周波照射コイル１１から照射された電磁波による被検体７の生体組織の原子核の磁気共鳴によるエコー信号であるＮＭＲ信号を被検体７に近接して配置された高周波受信コイル１４で検出する。

高周波受信コイル１４により検出されたＮＭＲ信号は増幅器１５に出力され、増幅器１５はこのＮＭＲ信号を増幅し、検波回路１６に出力する。検波回路１６は高周波発振器８から基準高周波信号を入力し、これを基準にＮＭＲ信号の情報を検出し、ＡＤＣ１７に入力する。ＡＤＣ１７は入力されたＮＭＲ信号の情報をディジタル信号に変換すると共に、シーケンサ２３からの命令によるタイミングでサンプリングされた収集データとして、その信号を信号処理系２７に送る。

信号処理系２７は、磁気ディスク２０、光ディスク１９等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ１８とを備え、受信系２６からのデータがＣＰＵ２２に入力されると、ＣＰＵ２２が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、その結果である被検体７の所望の断層面の画像をディスプレイ１８に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク２０等に記憶する。

上述したＭＲＩ装置において、本発明は、被検体の開放感、術者のアクセス性を確保しながら、装置構造の簡素化を図ったものである。

本発明を、２極対向型永久磁石方式ＭＲＩ装置に適用した一実施形態について図２、図３を用いて説明する。

図２において、継鉄柱４に支持された２つの継鉄板のうち、ＭＲＩ装置設置面に近い継鉄板３、つまり、被検体が配置される側の継鉄板３ａは、設置面に平行となるように構成される。そして、継鉄３ａ上の永久磁石１ａ、磁極２ａも、ＭＲＩ装置設置面に平行となるように構成される。

ＭＲＩ装置設置面に遠い側の継鉄板３ｂは、継鉄３ａに対して、Ｘ軸方向に傾斜して、継鉄柱４に支持され、永久磁石１ｂ、磁極２ｂも、Ｘ軸方向に傾斜するように構成される。

そして、Ｘ軸方向に傾斜したＸ’軸方向の撮像空間５中の静磁場強度は、図３に示すように、時間的な変化の無い不均一な静磁場として、直線的に変化する静磁場としている（磁束線６の間隔が規則的に変化している）。

これに対して、Ｘ’軸と直交する任意の２次元断面上（Ｙ’−Ｚ’断面上）では、均一な静磁場を撮像空間に形成している。

これは、傾斜磁場コイルが作用しない通常の静磁場に対して、Ｘ’軸方向の傾斜磁場Ｘ’−ＧＣ（Ｘ’軸方向に傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場コイル（ＧＣ））を重層した状態に相当する。

これは、Ｘ’軸方向の傾斜磁場コイルを用いることなく、傾斜磁場を発生させることができることを意味する。さらに、図２に示すような構成においては、磁場強度が弱くても良いＸ’軸方向の＋側のギャップ長を相対的に広くする事が可能となることを意味する。

従って、被検体の圧迫感がより少なく、更に撮像中の外科手術も、より行い易いばかりでなく、Ｘ’軸方向の傾斜磁場コイルを省略することができ、ＭＲＩ装置構造の簡素化が可能である。

次に、本発明の一実施形態におけるＭＲＩ装置の撮像シーケンスの、一例として、ＧＥ（gradient echo）法のパルスシーケンスを挙げ、従来技術のＧＥ法パルスシーケンスとの違いについて説明する。

図４は本発明の一実施形態におけるＧＥ法パルスシーケンスを示し、図５は従来技術におけるＧＥ法パルスシーケンスを示す。図４、図５に示したパルスシーケンス共、便宜上、Ｘ軸（又はＸ’軸）に垂直な断面で撮像する場合を想定している。

図５に示す従来技術におけるパルスシーケンスでは、図７に示したように、ＭＲＩ装置が形成する静磁場は、Ｘ軸方向に磁場強度が均一で有る。このため、Ｘ軸に垂直な、ある特定断面での画像を得る為にはＸ軸方向に傾斜磁場（Ｘ−ＧＣ）を重層するためのＸ軸傾斜磁場コイルが必要であり、同時に得たい断面の磁場強度に対応した周波数の電磁波（励起パルス）を印加する必要があった。

これに対して、図４に示す本発明の一実施形態の場合、Ｘ’軸方向に予め傾斜磁場が重層されている状態に等しい為、例えば、図３に示すＸａ断面での画像を取得したい場合、その断面での磁場強度Ｂａに対応した周波数ｆａの励起パルスを照射する事で断面選択が可能である。

そして、断面選択後は、従来技術と同様に、Ｙ’軸方向傾斜磁場（Ｙ’−ＧＣ）及びＺ’軸方向傾斜磁場（Ｚ’−ＧＣ）を所望のタイミングで印加し、受信したＮＭＲ信号を位相及び周波数方向にコンピュータ２２で分解処理する事で、従来技術と同様のＧＥ画像を取得する事が可能である。

なお、上述した例は、永久磁石３ｂをＸ軸に対して傾斜させ、Ｘ’軸方向の傾斜磁場コイルを不要とした例であるが、永久磁石３ｂをＹ軸に対して傾斜させ、Ｙ’軸方向の傾斜磁場コイルを不要とすることもできる。

さらに、永久磁石３ｂをＸ軸に対して傾斜させるとともに、Ｙ軸に対しても傾斜させ、Ｘ’軸方向の傾斜磁場コイルのみならず、Ｙ’軸方向の傾斜磁場コイルも不要とすることも可能である。

本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態である２極対向型永久磁石方式磁気共鳴イメージング装置の概略構造を示す図である。 本発明の一実施形態である２極対向型永久磁石方式磁気共鳴イメージング装置の静磁場空間を示す図である。 本発明の一実施形態を適用した場合のＧＥ法パルスシーケンスを示す図である。 従来技術におけるＧＥ法パルスシーケンスを示す図である。 従来技術における２極対向型永久磁石方式磁気共鳴イメージング装置の概略構造を示す図である。 従来技術における２極対向型永久磁石方式磁気共鳴イメージング装置の静磁場空間を示す図である。

符号の説明

１ 永久磁石
２ 磁極
３ 継鉄板
４ 継鉄柱
５ 撮像空間
６ 磁束線
７ 被検体
８ 高周波発振器
９ 変調器
１０ 高周波増幅器
１１ 照射コイル
１２ 傾斜磁場電源
１３ 傾斜磁場コイル
１４ 受信コイル
１５ 増幅器
１６ 直交位相検波器
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ ディスプレイ
１９ 光ディスク
２０ 磁気ディスク
２１ 傾斜磁場発生系
２２ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２３ シーケンサ
２４ 送信系
２５ 静磁場発生用磁石
２６ 受信系
２７ 信号処理系

Claims (4)

1. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号を被検体へ照射する送信手段と、上記被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、この受信手段により受信された核磁気共鳴信号に基づき被検体の断層画像を再構成する演算処理手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記送信手段及び上記受信手段を制御する制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
   上記静磁場発生手段は、特定方向に時間的変化の無い不均一な静磁場を３次元撮像空間中に形成し、上記傾斜磁場発生手段は、上記３次元撮像空間内に２方向にのみの傾斜磁場を発生することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記３次元撮像空間の上記特定方向に直線的に静磁場強度が変化し、上記特定方向と直交する２次元断面上では、均一な静磁場を形成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記静磁場発生手段は、垂直方向に２分割された第１及び第２の２つの静磁場発生手段を備え、第１の磁場発生手段が、第２の磁場発生手段に対して、上記特定方向に傾斜して配置され、上記３次元撮像空間の上記特定方向に直線的に変化する静磁場強度が形成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号を被検体へ照射する送信手段と、上記被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、この受信手段により受信された核磁気共鳴信号に基づき被検体の断層画像を再構成する演算処理手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記送信手段及び上記受信手段を制御する制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
   上記静磁場発生手段は、特定の２方向に時間的変化の無い不均一な静磁場を３次元撮像空間中に形成し、上記傾斜磁場発生手段は、上記３次元撮像空間の１次元方向にのみ傾斜磁場を発生することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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