JP2007135983A - 磁気共鳴イメージング装置における静磁場補正手段の動作確認方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴イメージング装置における静磁場補正手段としてのシムコイルの動作を別個の機器を必要とすること無く容易に確認可能な方法を実現する。
【解決手段】特定のシムコイルに一定の電流を流し、シムコイルが補償する方向と垂直な断面で磁場中心から様々な距離の周波数スペクトルを取得する（ステップＳ４０１、Ｓ４０２）。取得した周波数スペクトルからそれぞれの共鳴周波数を判定し、全ての電流値により測定したかを判定する（ステップＳ４０３、Ｓ４０４）。全ての電流値により測定すると特性図を作成しディスプレイに表示し、特定のシムコイルが正常かどうか判定する（ステップＳ４０５、Ｓ４０６）。正常でなければ、特定のシムコイルの交換等の故障の修理を行う（ステップＳ４０８７）。特定のシムコイルが正常な場合には動作確認で得られたデータから静磁場均一度を高めるための電流調整を行う（ステップＳ４０７）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置の静磁場均一度を向上する静磁場補正手段を搭載した磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）において、得られる画像を高精度化するためには、静磁場の均一度が要求される。

この静磁場の均一度を高める静磁場補正手段として、シミング用のシムコイルが用いられている。

そして、特許文献１に記載されているように、個々のＭＲＩ装置毎にシムコイルに流す電流を調整し、静磁場の均一度を高めている。

特開平９−１８２７２９号公報

上述のように、シムコイルは、静磁場均一度を高めるために必要であるが、シムコイル自体に、断線等の故障が発生している場合は、静磁場均一度の向上機能は望めない。

そこで、シムコイル自体の動作確認をメンテナンス作業者等がオシロスコープ等の機器を用いて行うことが考えられるが、その準傭及び確認作業は煩雑であり、長時間を要することとなる。

本発明の目的は、磁気共鳴イメージング装置における静磁場補正手段の動作を別個の機器を必要とすること無く容易に確認可能な方法を実現することである。

本発明による磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法によれば、静磁場補正手段に電流を流し、静磁場中心からの複数の距離のそれぞれの距離における周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルから、それぞれの距離における共鳴周波数を求め、静磁場中心における共鳴周波数と上記それぞれの距離における共鳴周波数とのずれに基づいて、静磁場補正手段の故障の有無を判断する。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法によれば、静磁場中心における共鳴周波数と上記それぞれの距離における共鳴周波数とのずれと、静磁場中心からの距離から上記静磁場補正手段の特性を求め、求めた特性から静磁場補正手段の故障の有無を判断する。

または、本発明の磁気共鳴イメージング装置によれば、制御手段が、上述した静磁場補正手段の故障の有無判断を行なう。

本発明によれば、磁気共鳴イメージング装置における静磁場補正手段の動作を別個の機器を必要とすること無く容易に確認可能な方法及び磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

つまり、メンテナンス作業者等は、従来のようにオシロスコープ等の別個の機器を使用することなく、静磁場補正手段の動作を確認することができ、メンテナンスに必要な工数を低減させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像を得るもので、同図に示すように静磁場発生系１と、傾斜磁場発生系２と、送信系３と、受信系４と、信号処理系５と、シーケンサ６と、中央処理装置（ＣＰＵ）７と、操作部８とを備えている。

静磁場発生系１は、被検体９の周りにその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体９の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式または常電導方式或いは超電導方式の磁場発生手段が配置されている。

また、この静磁場発生系１は、静磁場の均一度を向上させるためのシムコイル２７を備え、このシムコイル２７は、シムコイル電源２８から電流が供給させる。シムコイル電源２８はＣＰＵ７からの指令信号に従った値の電流をシムコイル２７に供給する。

傾斜磁場発生系２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル１０と、それぞれのコイル１０を駆動する傾斜磁場電源１１とを備え、シーケンサ６からの命令に従いそれぞれのコイル１０の傾斜磁場電源１１を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の傾斜磁場Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆを被検体９に印加するようになっている。

この傾斜磁場の加え方により、被検体９に対するスライス面を設定することができ、エコー信号をエンコードし、位置情報を付与する。また、傾斜磁場の印加に起因する渦電流の空間的かつ時間的な情報から、静磁場発生系１の一部を形成している複数のシムコイル２７、あるいは傾斜磁場発生系２に対して、ＣＰＵ７の制御によりシムコイル電源２８から補償電流を印加することができる。

送信系３は、シーケンサ６から送出される高周波磁場パルスにより被検体９の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する。

そして、送信系３は、高周波発振器１２と、変調器１３と、高周波増幅器１４と、送信側の高周波照射コイル１５とを備え、高周波発振器１２から出力された高周波パルスを高周波増幅器１４で増幅した後に被検体９に近接して配置された送信側の高周波照射コイル１５に供給することにより、電磁波（高周波信号）が上記被検体９に照射される。

受信系４は、被検体９の生体組織の原子核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。そして、この受信系４は、受信側の高周波受信コイル１６と、増幅器１７と、直交位相検波器１８と、Ａ／Ｄ変換器１９とを備える。

送信側の高周波照射コイル１５から照射された電磁波による被検体９の応答電磁波（ＮＭＲ信号）は被検体９に近接して配置された受信側の高周波受信コイル１６で検出され、増幅器１７及び直交位相検波器１８を介してＡ／Ｄ変換機１９に入力され、ディジタル信号に変換される。

そして、シーケンサ６からの命令によるタイミングで直交位相検波器１８によりサンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系５に送られるようになっている。

この信号処理系５は、受信系４で検出したエコー信号を用いて画像再構成をする。信号処理系５は、エコー信号についてフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の処理及びシーケンサ６の制御を行うＣＰＵ７と、経時的な画像解析処理及び計測を行うプログラムや、その実行において用いる不変のパラメータ等を記憶するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２０と、前計測で得た計測パラメータや受信系４で検出したエコー信号、及び関心領域設定に用いる画像を一時保管すると共にその関心領域を設定するためのパラメータなどを記憶するＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリ）２１とを備える。

さらに、信号処理系５は、ＣＰＵ７で再構成された画像データを記録するデータ格納部となる光磁気ディスク２２及び磁気ディスク２４と、これらディスク２２、２４から読み出した画像データを映像化して断層像として表示する表示部となるディスプレイ２３とを備える。

シーケンサ６は、上記被検体９の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波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あり、ＣＰＵ７の制御で動作し、被検体９の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３、傾斜磁場発生系２及び受信系４に送るようになっている。

また、操作部８は、信号処理系５で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール２５及びキーボード２６を備える。

図２は、特定の断面における周波数スペクトルを得るためのパルスシーケンスを示す図である。図２において、ＲＦ照射を行うタイミングでスライス選択の傾斜磁場ＧＣを出力したエコーをＴＥ時間後に取得する。

このスライス方向ＧＣの印加方向と印加量とを変えることによって様々な断面を設定することができる。

図３は、本発明の一実施形態における１つのシムコイル２７だけ動作させ、周波数スペクトルを取得する断面を示す図である。

通常、シムコイル２７単体は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸やその組み合わせの軸（ＸＹ方向など）に対して０次、１次、２次などの特性を持っている。これを複数組み合わせて、静磁場の不均一を補償する。ここでは、１つのシムコイル２７だけを動作させ、そのコイルが補償する方向と垂直な断面で周波数スペクトルを取得する。

一般的に、静磁場強度Ｂ０と共鳴周波数ｆとの間には、磁気回転比γ（物理定数）を用いて次式（１）が成立する。そのため、取得した周波数スペクトルのピーク値はその断面における静磁場強度に変換することができる。

ｆ＝γ×Ｂ０ −−−（１）
図４は、本発明の一実施形態におけるシムコイル２７の動作を確認するための手順を示すフローチャートである。

図４のステップＳ４０１において、先ず特定のシムコイル２７だけに一定の電流を流す。続いて、ステップＳ４０２において、図２に示すパルスシーケンスを加え、そのシムコイル２７が補償する方向と垂直な断面で磁場中心から様々な距離の周波数スペクトルを取得する。

続いて、ステップＳ４０３において、取得した周波数スペクトルからそれぞれの共鳴周波数を判定する。次に、ステップＳ４０４において、全ての電流値により測定が行われたかどうかが判定される。

ステップＳ４０４において全てのデータが取得されたと判定されなければ、ステップＳ４０１に戻り、シムコイル２７へ供給する電流値を変えて、上記のステップＳ４０２、Ｓ４０３を繰り返し、電流値と磁場中心からの距離の両方によってどのような特性を有するかを調べることができる。

ステップＳ４０４で全てのデータが取得されたと判定されれば、ステップＳ４０５に進み、後述する特性図を作成し、ディスプレイ２３に表示する。ディスプレイ２３に表示される特性図としては、図５に示す特定のシムコイルの各断面の磁場中心からの距離による共鳴周波数のずれの特性を示す図、または図６に示す特定のシムコイルの電流値による共鳴周波数のずれの特性を示す図、または、その両方がある。

次に、ステップＳ４０６において、特定のシムコイル２７が正常かどうかが判定され、正常であれば、ステップＳ４０７に進み、そうでなければステップＳ４０８に進み、特定のシムコイル２７の交換等の故障の修理を行い、処理を終了する。

ステップＳ４０６において、特定のシムコイル２７が正常と判断された場合には、ステップＳ４０７において、シムコイル２７の動作確認で得られたデータから静磁場均一度を高めるための電流調整を行い、処理を終了する。

シムコイル２７は、実際には様々な軸に対して複数搭載されているため、それぞれの軸についてのシムコイル２７に対して、上記の処理を行う。

また、これら一連の作業は、出荷時のみならずＭＲＩ装置のメンテナンス時にも行われる。

次に、図４のステップＳ４０５において、上記の処理で取得されたデータを使用して、この特定のシムコイルの磁場中心からの距離による特性図について説明する。

図５は、特定のシムコイルの各断面の磁場中心からの距離による共鳴周波数のずれの特性を示す図であり、ディスプレイ２３に表示され。

図５において、横軸は磁場中心からの距離を示し、縦軸は共鳴周波数のずれを示す。シムコイル２７が正常な場合には、図５に示すように、磁場中心からの距離によって０次、１次、２次関数のグラフとなる。

１次または２次のシムコイルについて、０次と同じような特性を示す場合には、シムコイルまたは、これに電流を供給する電線の断線や故障が考えられる。

また、このグラフの正負が逆転している場合には、プラス端子とマイナス端子との配線ミスが考えられる。つまり、図５に示すように、１次のシムコイルは正の傾きを有する一次直線、２次のシムコイルは、正の係数を有する２次曲線であるが、一次直線が負の傾きを有する場合、二次曲線が負の係数を有する場合は、プラス端子とマイナス端子との配線ミスが考えられる。

次に、図４のステップＳ４０５において、上記の処理で取得されたデータを使用して、この特定のシムコイルの電流値による他の特性図を作成し、上記ディスプレイ２３に表示する場合を説明する。

図６は、特定のシムコイルの電流値による共鳴周波数のずれの特性を示す図である。図６において、横軸はシムコイルの電流値を示し、縦軸は共鳴周波数のずれを示す。この図６に示した例の場合にも図５に示した例と同様に、シムコイルは固有の特性を有しており、正常な場合には図６に示すように、０次、１次、２次の全てにおいて電流値に比例したグラフ特性を示す。

０次、１次、２次などの全てのコイルにおいて共鳴周波数のずれが発生しない場合は断線や故障が考えられる。

また、シムコイルの電流値と共鳴周波数のずれとが、シムコイルのスペックに合わない場合も故障が考えられる。

図５、図６に示す特性図をディスプレイ２３に表示することにより、シムコイル２７の故障発生の有無を、メンテナンス作業者等が容易に判断することができる。

以上のように構成された本発明の一実施形態によれば、静磁場均一度を向上する複数のシムコイルに電流を印加した状態で各断面の磁場中心からの距離による共鳴周波数のずれの特性図、または電流値による共鳴周波数のずれの特性図を算出し表示することにより、シムコイルまたはこれに電流を供給する電線の断線や故障、または、プラス端子とマイナス端子との配線ミス等を判定することができる。

したがって、オシロスコープ等の機器を使用することなく、シムコイルの動作を確認し、故障の発生の有無を判断することができる。

また、シムコイル２７に故障が発生していない場合は、上記式（１）に基づき、上述したシムコイルの動作確認において取得した電流値と、磁場中心からの距離による静磁場強度との関係から、静磁場均一度を向上する最適電流値を求めて、その値にシムコイルへの供給電流値を補正することができる。

なお、図４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ４０１〜Ｓ４０５は、ＣＰＵ７による制御により実行され、ディスプレイ２３に表示された特性図をメンテナンス作業者等が確認することにより、シムコイル２７の故障判断等を行うものである。

さらに、予めシムコイル２７の故障判定基準を設けて、ＣＰＵ７により自動的にシムコイル２７の故障を判断するものとしてもよい。

また、シムコイル２７に故障が無いと判断したとき、磁場均一度を向上するための、シムコイル２７に供給する電流値について、ＣＰＵ７により自動的に最適な値に設定することも可能である。

したがって、上述したシムコイルの動作確認を自動的に実行し、故障である場合には、それをディスプレイ２に表示可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することもできる。

本発明の一実施形態が適用される磁気共鳴イメージング装置の全体概略構成図である。 特定の断面における周波数スペクトルを得るためのパルスシーケンスを示す図である。 本発明の一実施形態における周波数スペクトルを取得する断面の概略説明図である。 本発明の一実施形態におけるシムコイルの動作を確認する手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における磁場中心からの距離に対する共鳴周波数のずれの特性を示す図である。 本発明の一実施形態におけるシムコイルの電流値に対する共鳴周波数のずれの特性を示す図である。

符号の説明

１ 静磁場発生系
２ 傾斜磁場発生系
３ 送信系
４ 受信系
５ 信号処理系
６ シーケンサ
７ 中央処理装置
８ 操作部
９ 被検体
１０ 傾斜磁場コイル
１１ 傾斜磁場電源
１２ 高周波発振器
１３ 変調器
１４ 高周波増幅器
１５ 高周波照射コイル
１６ 高周波受信コイル
１７ 増幅器
１８ 直交位相検波器
１９ Ａ／Ｄ変換器
２０ ＲＯＭ
２１ ＲＡＭ
２２ 光磁気ディスク
２３ デイスプレイ
２４ 磁気ディスク
２５ トラックボール
２６ キーボード
２７ シムコイル
２８ シムコイル電源

Claims (6)

1. 静磁場空間を発生する静磁場発生手段と、静磁場空間に高周波を照射する照射手段と、被検体から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、傾斜磁場発生手段と、上記被検体の断層像を再構成する手段と、表示手段と、上記照射手段、上記傾斜磁場発生手段及び上記受信手段の動作を制御する制御手段と、上記静磁場空間の均一度を向上するための静磁場補正手段とを備える磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法において、
   上記静磁場補正手段に電流を流し、
   静磁場中心からの複数の距離のそれぞれの距離における周波数スペクトルを取得し、
   取得した周波数スペクトルから、それぞれの距離における共鳴周波数を求め、
   静磁場中心における共鳴周波数と上記それぞれの距離における共鳴周波数とのずれに基づいて、上記静磁場補正手段の故障の有無を判断することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法。
2. 請求項1記載の静磁場補正手段の動作確認方法において、
   上記静磁場中心における共鳴周波数と上記それぞれの距離における共鳴周波数とのずれと、上記静磁場中心からの距離とから上記静磁場補正手段の特性を求め、求めた上記特性から上記静磁場補正手段の故障の有無を判断することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法。
3. 請求項２記載の静磁場補正手段の動作確認方法において、
   上記特性は、上記距離に関する０次項、１次項、２次項を含む複数の次数項毎に求められ、１次項、２次項が０次項と同様な特性を有する場合には、上記静磁場補正手段に故障が発生していると判断することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法。
4. 請求項２又は３記載の静磁場補正手段の動作確認方法において、上記静磁場補正手段に流す電流値を変化させ、複数の電流値に対する上記それぞれの距離における共鳴周波数を算出し、算出した共鳴周波数から、上記それぞれの距離毎の静磁場強度を算出し、上記静磁場補正手段に供給する静磁場均一度向上に最適な電流値を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法。
5. 請求項２記載の静磁場補正手段の動作確認方法において、上記特性は、上記静磁場補正手段に種々の値の電流を流し、これら種々の電流値毎に求められることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の静磁場補正手段の動作確認方法。
6. 静磁場空間を発生する静磁場発生手段と、静磁場空間に高周波を照射する照射手段と、被検体から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、傾斜磁場発生手段と、上記被検体の断層像を再構成する手段と、表示手段と、上記照射手段、上記傾斜磁場発生手段及び上記受信手段の動作を制御する制御手段と、上記静磁場空間の均一度を向上するための静磁場補正手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、
   上記静磁場補正手段に電流を流し、静磁場中心からの複数の距離のそれぞれの距離における周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルから、それぞれの距離における共鳴周波数を判断し、静磁場中心における共鳴周波数と上記それぞれの距離における共鳴周波数とのずれに基づいて、上記静磁場補正手段の故障の有無を判断し、表示手段に表示させ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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