JP2008220647A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、既設、新設に拘わらず、被検体に与える振動・騒音を低減することができる磁気共鳴イメージング装置を得ることを目的とするものである。
【解決手段】寝台２には、振動発生部２６が設けられている。振動発生部２６は、傾斜磁場の印加により発生する寝台２の振動を打ち消す逆位相の振動を寝台２に与える。振動発生部２６は、振動制御装置２７により制御される。振動制御装置２７は、シーケンサ５から与えられた傾斜磁場の印加パターン、即ち撮像シーケンス（パルスシーケンス指令）を解析し、その結果に従って寝台２の振動を抑える振動パターンを作成し、振動発生部２６を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像を得る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）に関するものである。

磁気共鳴イメージング装置は、静磁場中に置かれた原子核の磁気モーメントに対し、固有の周波数を有する高周波磁場パルスを印加し、これにより生じる磁気共鳴現象を利用して物質の自然科学的な情報を測定し、画像として可視化する装置である。このような機能を実現するため、磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生装置、高周波磁場発生装置及び傾斜磁場発生装置を有している。

これらのうち、静磁場発生装置は一定の磁場を定常的に供給するが、高周波磁場発生装置及び傾斜磁場発生装置は設定されたシーケンスパターンに応じて動作する。特に傾斜磁場発生装置は、シーケンスパターンに記述された印加時間及び印加強度により傾斜磁場パルスをミリ秒オーダーで断続的に発生する。このため、傾斜磁場発生装置に振動が発生し、その振動が寝台に伝わり、振動及び騒音により被検体に不快感を与える。

これに対して、従来の磁気共鳴イメージング装置では、傾斜磁場コイルに複数の圧電素子が取り付けられ、傾斜磁場コイルの振動を打ち消す振動が圧電素子により傾斜磁場コイルに与えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１２６６２６号公報

上記のような従来の磁気共鳴イメージング装置では、傾斜磁場コイルに取り付けた圧電素子により傾斜磁場コイルの振動を抑制するため、圧電素子を傾斜磁場コイルに予め取り付けておく必要がある。即ち、既設の磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルに圧電素子を後付けするのは困難であり、既設の磁気共鳴イメージング装置には適用できなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、既設、新設に拘わらず、被検体に与える振動・騒音を低減することができる磁気共鳴イメージング装置を得ることを目的とする。

この発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、被検体が載せられる寝台、寝台上の被検体に高周波磁場パルスを照射する照射部、被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信部、核磁気共鳴信号をエンコードするための傾斜磁場を所定のパルスシーケンス指令に従って発生する傾斜磁場発生部、寝台に設けられ、寝台に振動を与える振動発生部、及び傾斜磁場の印加により発生する寝台の振動を打ち消す振動を振動発生部に発生させる振動制御部を備えている。

この発明の磁気共鳴イメージング装置は、寝台に振動を与える振動発生部を寝台に設け、傾斜磁場の印加により発生する寝台の振動を打ち消す振動を振動発生部に発生させるので、既設、新設に拘わらず、被検体に与える振動・騒音を低減することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による磁気共鳴イメージング装置を示す構成図である。図において、被検体１は、寝台２に載せられる。被検体１の周囲の空間には、静磁場発生部（図示せず）により静磁場が発生される。静磁場発生部は、永久磁石方式、常電導方式又は超電導方式により、被検体１の体軸方向又は体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生する。

傾斜磁場発生部３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイルを有し、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆを被検体１に印加する。傾斜磁場発生部３は、傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源４に接続されている。傾斜磁場電源４には、シーケンサ５が接続されている。傾斜磁場電源４は、シーケンサ５からのパルスシーケンス指令に従って駆動される。

被検体１に対するスライス面は、傾斜磁場の加え方により設定される。また、エコー信号をエンコードすることにより、位置情報が付与される。さらに、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、静磁場発生部の一部を形成しているシムコイル、又は傾斜磁場発生部３に対して補償電流が印加される。

被検体１に高周波磁場パルスを照射する照射部６は、高周波発振器７、変調器８、高周波増幅器９及び送信側高周波コイル１０を有している。高周波発振器７から出力された高周波パルスは、シーケンサ５からの信号に応じて変調器８で変調され、高周波増幅器９で増幅されて、送信側高周波コイル１０に入力される。これにより、送信側高周波コイル１０から被検体１に電磁波（高周波磁場パルス）が照射され、被検体１の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴が起きる。

被検体１からの核磁気共鳴信号（エコー信号：ＮＭＲ信号）を受信する受信部１１は、受信側高周波コイル１２、増幅器１３、直交位相検波器１４及びＡ／Ｄ変換器１５を有している。核磁気共鳴信号は、受信側高周波コイル１２により検出され、増幅器１３及び直交位相検波器１４を介してＡ／Ｄ変換器１５に入力され、デジタル量に変換される。また、直交位相検波器１４では、核磁気共鳴信号は、シーケンサ５からの指令によるタイミングでサンプリングされた二系列の収集データとされる。

Ａ／Ｄ変換器１５からの信号は、主制御部である信号処理部１６に入力される。信号処理部１６は、受信部１１で検出されたエコー信号を用いて画像再構成演算を行うとともに画像表示を行う。また、信号処理部１６は、ＣＰＵ１７、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１８、ＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリ）１９、磁気ディスク２０、光ディスク２１、ディスプレイ２２を有している。

ＣＰＵ１７は、エコー信号についてフーリエ変換、補正係数計算及び画像再構成等の処理を行うとともに、シーケンサ５の制御を行う。ＲＯＭ１８には、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が記憶されている。ＲＡＭ１９には、前計測で得られた計測パラメータ、受信部１１で検出されたエコー信号、及び関心領域設定に用いる画像が一時保管される。また、ＲＡＭ１９には、関心領域を設定するためのパラメータ等が記憶される。

磁気ディスク２０及び光ディスク２１には、ＣＰＵ１７で再構成された画像データが記録される。ディスプレイ２２には、磁気ディスク２０及び光ディスク２１から読み出された画像データが映像化され断層像として表示される。

信号処理部１６に対する制御情報の入力は、操作部２３を操作することにより行われる。操作部２３は、トラックボール又はマウス２４とキーボード２５とを有している。

寝台２には、振動発生部２６が設けられている。振動発生部２６は、傾斜磁場の印加により発生する寝台２の振動を打ち消す逆位相の振動を寝台２に与える。振動発生部２６は、振動制御部としての振動制御装置２７により制御される。

振動制御装置２７は、例えば一般的なＰＣで構成され、シーケンサ５から与えられた傾斜磁場の印加パターン、即ち撮像シーケンス（パルスシーケンス指令）を解析し、その結果に従って寝台２の振動を抑える振動パターンを作成し、振動発生部２６を制御する。

振動発生部２６には、例えば図２に示すように、寝台２をＸ軸方向（幅方向）へ加振する第１の振動子２８と、寝台２をＹ軸方向（厚さ方向）へ加振する第２の振動子２９と、寝台２をＺ軸方向（長手方向）へ加振する第３の振動子３０とが設けられている。但し、各振動子２８〜３０の設置箇所及び個数は、図２の例に限定されない。

例えば図２において、寝台２は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向については十分な厚みを有しているため、Ｘ軸及びＺ軸に直交する面内で歪みを生じることは考えにくい。従って、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に沿った寝台２の振動は、寝台２全体の平行移動となり、振動子２８，３０は、寝台２の移動量分を均一に戻すように動作すればよい。

これに対して、Ｙ軸に直交する面では、Ｙ軸方向における寝台２の厚みが他の面に比べ薄いため、振動により面内に歪みが生じることが考えられる。このようなＹ軸方向の振動については、寝台２の固有の振動モードを予め解析しておくことで、振動を効果的に抑制できる位置に振動子２９を配置すればよい。例えば、図３に示すような振動モードであれば、振幅が大きくなる箇所（振動の腹）に第２の振動子２９を設置することにより、効果的に振動を抑制できる。

具体的には、複数の第２の振動子２９をＺ軸方向に等間隔をおいて並べることによりそれぞれ構成された複数の振動子列が、Ｘ軸方向に等間隔をおいて寝台２の天板の裏側に配置される。例えば、３個の振動子２９を含む振動子列が２列配置される。振動による歪みが顕著でない場合、又は歪みを加味しない場合には、軸方向に均等に寝台２を加振できればよい。

振動子２８〜３０は、振動制御装置２７からの指令に従って振動を発生することができれば、機械的なアクチュエータでもピエゾによるものでもよい。但し、寝台２の構造は、傾斜磁場発生部３に比べると柔構造であり、寝台２の振動の振幅は傾斜磁場コイルの振動の振幅よりも大きくなることが考えられるので、振動子２８〜３０としては、比較的大きな振幅に対応可能なアクチュエータを用いることが好適である。

磁気共鳴イメージング装置で被検体１の撮像を行う際には、操作部２３から撮像条件の設定を行い、これに従ってシーケンサ５が高周波磁場パルス及び傾斜磁場パルスの印加パターン（撮像シーケンス）を作成する。磁気共鳴イメージング装置における撮像時の振動は、前述したように傾斜磁場パルスの印加に伴って生じるものである。従って、振動が生じるタイミングは傾斜磁場パルスの印加タイミングと同一であり、撮像シーケンスを参照すれば寝台２に振動が生じるタイミングを事前に把握することができる。

振動制御装置２７には、単一の傾斜磁場パルスを印加したときの応答として得られる寝台２の振動を、加速度センサ等により予めサンプリングして記憶させておく。図４は図１の傾斜磁場発生部３により発生される傾斜磁場パルスの波形の一例を示すグラフ、図５は図４の傾斜磁場パルスにより寝台２に発生する振動の波形の一例を示すグラフである。

このとき、設置した振動子２８〜３０と対応付けるため、サンプリングは（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の３軸について行われる。例えば、Ｘ軸について印加強度Ｇ、印加時間τからなる傾斜磁場パルスを印加したとき、寝台２に生じる振動を３軸方向についてサンプリングし、それぞれ（Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘ，Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｙ，Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｚ）とする。

但し、Ｆ（ｔ）は基準となる大きさの傾斜磁場パルスを印加したときの寝台２の基本振動であり、Ｒ（Ｇ，τ）は印加される傾斜磁場の変化と生じる振動の変化を関連付ける関数を表す。

この値は、傾斜磁場の印加軸により特性が異なることが予想されるため、ＧＣ−ｘ，ＧＣ−ｙ，ＧＣ−ｚのそれぞれについて取得する。つまり、（Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘ，Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｙ，Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｚ）と、（Ｒｙ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘ，Ｒｙ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｙ，Ｒｙ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｚ）と、（Ｒｚ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘ，Ｒｚ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｙ，Ｒｚ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｚ）とがサンプリングされる。

Ｒ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）を、撮像シーケンスに従い時間軸に渡って傾斜磁場パルス毎に加算することで、撮像時に寝台２に生じる振動を求めることが可能となる。例えば、３軸同時にＧＣを印加したときに寝台のＸ方向に生じる振動は、Ｒｘ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘ＋Ｒｙ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘ＋Ｒｚ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）−Ｘとなる。

しかし、ここで必要なのは、この振動を打ち消す波形である。振動はその波形の逆位相となる関数を加えることで打ち消すことができるので、図６に示すように、Ｒ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）の代わりに、逆位相となる関数−Ｒ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）を傾斜磁場パルス毎に加算し、撮像中の振動を抑制する波形を得る。図７は図１の傾斜磁場発生部３により印加される傾斜磁場パルスと振動発生部２６により与えられる振動との関係の一例を示す説明図である。

このように、寝台２に３軸で配置した各振動子２８〜３０について、求めた逆関数−Ｒ（Ｇ，τ）・Ｆ（ｔ）を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の各方向で印加することにより、寝台２に伝わる振動が軽減され、被検体１が体感的に知覚する騒音を軽くすることができる。

このような磁気共鳴イメージング装置では、傾斜磁場コイルではなく、寝台２に振動子を取り付け、寝台２の振動を抑制しているので、既設の装置にも容易に振動子を取り付けることができ、既設、新設に拘わらず、被検体１に与える振動・騒音を効率良く低減することができる。

なお、寝台２の振動は、被検体１の重量によっても変化すると考えられるので、被検体１の重量に応じた複数の振動特性を予め求めておき、撮像時には、被検体１の重量を入力することにより、その重量に応じた振動特性を選択して寝台２の振動を求めるようにしてもよい。
また、上記の例では、振動制御装置２７は、シーケンサ５からパルスシーケンス指令を取得したが、これに限定されるものではなく、例えばオブリーク後の波形やオブリーク計算後の波形を主制御装置から取得してもよい。
さらに、上記の例では、振動制御装置２７を信号処理部１６から独立させたが、主制御部と振動制御部とを一体化してもよい。即ち、主制御部のコンピュータにより振動発生部を制御させてもよい。

さらにまた、上記の例では、寝台２の振動低減について述べたが、磁気共鳴イメージング装置が設置されたシールドルームの壁についても、上記と同様の振動子を取り付けて抑制振動を与えることにより、磁気共鳴イメージング装置から伝搬する振動による壁の鳴りを抑え、隣接する部屋への影響を軽減することができる。このとき、磁気共鳴イメージング装置からシールドルームの壁に伝搬した振動は、伝搬に要する時間、伝搬中の変化、及び壁の振動特性等により寝台で生じる振動とは異なる可能性が高い。従って、制御振動算出用の基本振動を寝台とは別にサンプリングする必要がある。

この発明の実施の形態１による磁気共鳴イメージング装置を示す構成図である。 図１の寝台に対する振動子の配置状態の一例を示す説明図である。 図１の寝台の振動による歪み状態の一例を示す説明図である。 図１の傾斜磁場発生部により発生される傾斜磁場パルスの波形の一例を示すグラフである。 図４の傾斜磁場パルスにより寝台に発生する振動の波形の一例を示すグラフである。 図１の寝台に発生する振動をその逆位相の振動により打ち消す方法を示す説明図である。 図１の傾斜磁場発生部により印加される傾斜磁場パルスと振動発生部により与えられる振動との関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 被検体、２ 寝台、３ 傾斜磁場発生部、６ 照射部、１１ 受信部、２６ 振動発生部、２７ 振動制御装置（振動制御部）。

Claims (6)

1. 被検体が載せられる寝台、
   上記寝台上の被検体に高周波磁場パルスを照射する照射部、
   上記被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信部、
   上記核磁気共鳴信号をエンコードするための傾斜磁場を所定のパルスシーケンス指令に従って発生する傾斜磁場発生部、
   上記寝台に設けられ、上記寝台に振動を与える振動発生部、及び
   傾斜磁場の印加により発生する上記寝台の振動を打ち消す振動を上記振動発生部に発生させる振動制御部
   を備えていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 上記振動制御部は、上記傾斜磁場の印加による上記寝台の振動を事前に求め、上記パルスシーケンス指令と同期して上記振動発生部を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 上記振動制御部には、基準となる傾斜磁場パルスによる上記寝台の振動特性が記憶されており、
   上記振動制御部は、記憶された振動特性と上記パルスシーケンス指令とから、撮像中に上記寝台に発生する振動を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 上記振動発生部には、上記寝台をその幅方向へ加振する第１の振動子と、上記寝台をその厚さ方向へ加振する第２の振動子と、上記寝台をその長手方向へ加振する第３の振動子とが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 傾斜磁場の印加により発生する上記寝台の幅方向及び長手方向への振動は、上記寝台全体の平行移動であり、
   上記第１及び第３の振動子は、上記寝台の移動量分を均一に戻すように動作することを特徴とする請求項４記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 上記第２の振動子は、傾斜磁場の印加により発生する上記寝台の厚さ方向への振動の振幅が大きくなる箇所に配置されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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