JP2008229008A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波磁場により発熱したセンサ回路によって動作するインタロック装置とその解除装置を付加し、同時に、該インタロック装置とその解除装置を制御して、インタロック動作後に再撮影するに当たっての迅速な復帰を行うことができること。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置に於いて、被検体の近傍に、高周波磁場により発熱し、発熱温度に応じて光透過率が変化する高熱伝導率物質１６が透明容器１５に収容されて配置され。そして、前記高熱伝導率物質１６の光透過率を検出するための発光素子１７及び受光素子１８が前記透明容器１５の両側に配置される。受光素子１８により検出された高熱伝導率物質１６の光透過率が所定値に達したときに、ＭＲＩシステム制御部１３により撮影を中断させるように制御されると共に、冷却装置２０により高熱伝導率物質１６を冷却する。そして、冷却装置２０の動作後は前記撮影の中断を解除する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波磁場で被検体の磁化スピンを励起し、励起後誘起される磁気共鳴信号を検出し、磁気共鳴信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に関するものである。

近年、磁気共鳴イメージング装置では、高速スピンエコー法等のように、高周波磁場のパルスデューティが高まるような高ＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）の条件下での撮影、つまり被検体に静磁場、勾配磁場、更にＲＦコイルからは被検体水素原子核の核スピンを励起するための高周波磁場を印加するような撮影が増加している。被検体に高周波磁場が印加されると、被検体の抵抗成分のある導電体としての性質に基づく渦電流損失、及び、被検体の誘電体としての性質に基づく誘電体損失によるエネルギー損失により、被検体は発熱する。このため、磁気共鳴イメージング装置にはインタロック機能（撮影中断機能）が設けられている。

従来のインタロック機能は、オペレータが入力した被検体の体重、送信パルスの電力（高周波磁場振幅）、所定のパルスシーケンスによるパルスデューティ等のパラメータから、例えば高周波電磁界により、被検体内で０．８Ｗ／kgのエネルギーが散逸して臨界温度まで上昇する電力損失量をモデル計算により撮影開始前に求め、必要に応じてインタロックがかかるようにしている。

しかし、発熱の度合いは、高周波磁場の周波数、被検体の電気的性質及び被検体の血流による内部組織の冷却状態等に依存し、被検体の体重の誤入力やモデル計算と実際の被検体内部との温度上昇の相違、更にＲＦコイルの不意の負荷上昇等、偶発的で不確定なアクシデントの発生する要素を多く含んでおり、完全とはいえなかった。

これに対して、下記特許文献１に記載の装置は、人体を模擬した発熱体をセンサとして使用し、実際に印加された高周波磁場により発熱を起こし、その発熱体の化学的性質（曇り点）による光透過度の変化からＭＲＩ装置に対してインタロックを掛けるようにしているものである。
特開平８−５６９２４号公報

前述した特許文献１に記載の磁気共鳴イメージング装置により、発熱モデルとの整合性を考慮することなく、不慮の過度な高周波磁場照射に対しても有効に機能することが期待されていた。しかしながら、前記発熱体は、一般的に粘性が高いため、一度発熱すると容易に自己放熱しない。そのため、一度インタロックが動作し、問題が除去されて再度撮影を開始しようとしても、すぐにはシステムが復帰できず、実用上問題があるものであった。

したがって本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波磁場により発熱したセンサ回路によって動作するインタロック装置に加え、そのインタロックを効率的に解除する装置を付加し、同時に、それらのインタロック回路とインタロックの解除装置を制御するアルゴリズムを提供することで、インタロック動作後に再撮影するに当たっての迅速な復帰を行う磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

すなわち本発明は、送信コイルからの高周波磁場で被検体の磁化スピンを励起し、励起後誘起される磁気共鳴信号を検出し、前記磁気共鳴信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に於いて、前記被検体の近傍に配置され、前記高周波磁場により発熱し、発熱温度に応じて光透過率が変化する物質と、前記物質の光透過率を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記物質の光透過率が所定値に達したときに撮影を中断させるように制御する制御手段と、前記物質の光透過率が前記所定値に達したときに前記物質を冷却する冷却装置と、を具備し、前記制御手段は、前記冷却装置の動作後は前記撮影の中断を解除することを特徴とする。

本発明によれば、高周波磁場により発熱したセンサ回路によって動作するインタロック装置に加え、そのインタロックを効率的に解除する装置を付加し、同時に、それらのインタロック回路とインタロックの解除装置を制御するアルゴリズムを提供することで、インタロック動作後に再撮影するに当たっての迅速な復帰を行う磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と略記する）の主要部の構成を示すブロック図である。

図１に於いて、被検体を収容できるように円筒状の内部空間を有する図示しないガントリに図示しない静磁場磁石ユニット、勾配磁場コイル、ＲＦコイル１１が装備される。勾配磁場コイルは、Ｘ軸勾配磁場コイル、Ｙ軸勾配磁場コイル、Ｚ軸勾配磁場コイルを有する。Ｘ軸勾配磁場コイルは、Ｘ軸勾配磁場電源から電流供給を受けて、Ｘ軸に沿って磁場強度が変化するＸ軸勾配磁場を発生する。Ｙ軸勾配磁場コイルは、Ｙ軸勾配磁場電源から電流供給を受けて、Ｙ軸に沿って磁場強度が変化するＹ軸勾配磁場を発生する。Ｚ軸勾配磁場コイルは、Ｚ軸勾配磁場電源から電流供給を受けて、Ｚ軸に沿って磁場強度が変化するＺ軸勾配磁場を発生する。これらＸＹＺ各軸の磁場強度が線形に変化する撮影可能領域内でデータ収集が可能であり、データ収集時には、被検体は寝台上に載置された状態で撮影可能領域に挿入される。

ＲＦコイル１１は、励起時（高周波磁場送信時）にはＲＦアンプ（高周波電源）１２に接続され、受信時には図示されない受信器に接続される。スライス選択励起法であれば、ＲＦコイル１１はＲＦアンプ１２から電流供給を受けて、特定の周波数成分を有するスライス選択用の高周波磁場を被検体に印加する。この励起終了後に、緩和過程で磁化スピンから磁気共鳴信号（以下エコーという）がＲＦコイル１１に誘起される。

ここでは、ＲＦコイル１２は送受信兼用のものとして説明したが、送信用と受信用と別々にコイルを設けてもよい。

ＭＲＩシステム制御部１３は、ＸＹＺ各軸の勾配磁場電源、ＲＦアンプ１２、受信器の各動作タイミングを制御することにより、所定のパルスシーケンスを実行する。図示されない信号処理部は、ＲＦコイル１１から受信器を介してエコーを取り込み、断層像を作成する。この断層像は、図示されない表示部に表示される。

また、前記ＭＲＩシステム制御部１３には、操作者が各種入力操作を行うための操作部１４が接続されている。この操作部１４は、オペレータからの各種指令や情報入力を受け付けるためのものである。操作部１４としては、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、モード切り替えスイッチ等の選択デバイス、或いはキーボード等の入力デバイスを適宜に利用可能である。

前記ＲＦコイル１１の近傍、より詳細には、被検体よりＲＦコイル１１に近い位置に、ＲＦコイル１１からの高周波磁場により発熱し、発熱温度に応じて光透過率が変化する高熱伝導率物質１６を充填した透明容器１５が配置される。例えば、この高熱伝導率物質１６としては、非イオン系界面活性剤水溶液が採用され、人体模擬発熱体として使用される。以下、高熱伝導率物質１６を、非イオン系界面活性剤水溶液１６として説明する。

非イオン系界面活性剤水溶液１６は、常温で透明（近似的な透明を含む、光透過率が高い）、且つ、特定温度（曇り点）以下で非イオン系界面活性剤が析出して白濁し、光透過率が急峻に低下する性質を有している。また、非イオン系界面活性剤水溶液１６は、高温から曇り点以下に温度が復帰（低下）することに応じて、白濁から透明状態に戻る可逆性を有している。

前記非イオン系界面活性剤水溶液１６の曇り点は、被検体が臨界温度に達するときの非イオン系界面活性剤水溶液１６の発熱温度、例えば４０°Ｃに設定される。この曇り点は非イオン系界面活性剤で固有に決まるが、曇り点の微調整は、非イオン系界面活性剤に強電解質の塩化ナトリウムを混合させ、その混合率を変化させることにより可能である。また、塩化ナトリウムを混合することで、導電率を変化させ、被検体の導電率に近付けたり、自身の発熱のし易さを変えることも可能である。

尚、この非イオン系界面活性剤水溶液１６の詳細については、前述した特許文献１に記載されているので、ここでは詳細な説明は省略する。

このような非イオン系界面活性剤水溶液１６を充填した透明容器１５を挟んで、発光素子１７と受光素子１８とが対向して配置されている。この受光素子１８は、発光素子１７より照射された光の量を受光して、その光量に応じた出力信号を信号レベル検出器１９に供給する。したがって、透明容器１５内の非イオン系界面活性剤水溶液１６の透明度に応じて受光量が変化する。非イオン系界面活性剤水溶液１６は、被検体と同様にＲＦコイル１１からの高周波磁場を受けて発熱し、その温度が曇り点まで上昇したとき透明状態から白濁状態に移行する。

一方、一端発熱した非イオン系界面活性剤水溶液１６の温度が低下すると、その温度が前記曇り点を下回ったとき、白濁状態から透明状態に可逆する。このとき、受光素子１８からの出力信号のレベルは、急峻に変化、具体的には急峻に上昇する。受光素子出力信号レベル検出回路１９は、このレベル変化を検出したタイミングでインタロック解除信号をＭＲＩシステム制御部１３に供給する。ＭＲＩシステム制御部１３は、このインタロック解除信号を受けたタイミングで、ＸＹＺ各軸の勾配磁場電源、ＲＦアンプ１２、受信器を各々制御して、各部動作を再開させる。

そして、図示されない被検体の近傍となる位置、この場合、前記非イオン系界面活性剤水溶液１６を充填した透明容器１５の近傍に、冷却装置２０が配設されている。この冷却装置２０は、操作者の入力操作に応じて、前記非イオン系界面活性剤水溶液１６を冷却するものである。

この冷却装置２０には、例えば以下のものが適用可能である。

（１）非磁性体の管が人体模擬発熱体（非イオン系界面活性剤水溶液）に接触し、冷却水の循環をオン／オフするスイッチを有する冷却装置。これにより、操作者からＳＡＲ制限値を超える要因を除去した旨の知らせを受けて、直ちに循環水により非イオン系界面活性剤水溶液の冷却を開始し、インタロック装置の解除の条件になった時点で冷却を停止し、ＭＲＩ装置１０にインタロックの解除を通知するようにする。

（２）非磁性体の高熱伝導性を有する物質が人体模擬発熱体（非イオン系界面活性剤水溶液）に接触し、ペルチェ素子とその物質との熱伝導率により人体模擬発熱体の吸熱を行う冷却装置。これにより、操作者からＳＡＲ制限値を超える要因を除去した旨の知らせを受けて、直ちにペルチェ素子による人体模擬発熱体の冷却を開始し、インタロック装置の解除の条件になった時点で冷却を停止し、ＭＲＩ装置１０にインタロックの解除を通知するようにする。

（３）非磁性体の高熱伝導性を有する物質が人体模擬発熱体（非イオン系界面活性剤水溶液）に接触し、その人体模擬発熱体から離間した場所にて冷却を行うもので、密封された閉じた回路内の液化と気化により吸熱を行うヒートポンプ方式により外発熱体の吸熱を行う冷却装置。これにより、操作者からＳＡＲ制限値を超える要因を除去した旨の知らせを受けて、直ちにペヒートポンプ方式による発熱体の冷却を開始し、インタロック装置の解除の条件になった時点で冷却を停止し、ＭＲＩ装置１０にインタロックの解除を通知するようにする。

次に、このように構成されたＭＲＩ装置１０の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

尚、図示されない被検体を撮像するための動作は、従来より存在するＭＲＩ装置と同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。

図２は、本実施形態に於けるＭＲＩ装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。尚、この処理動作は、主にＭＲＩシステム制御部１３の制御によって行われる。

本シーケンスが開始されると、先ず、ステップＳ１に於いて、操作部１４を通じて、被検体である患者の情報や撮影情報が入力される。これらの情報が入力されると、続くステップＳ２にて撮影が開始される。そして、ステップＳ３にて、ＳＡＲ値の見積もりによるチェックが行われる。

次いで、ステップＳ４に於いて、撮影が続行可能であるか否かが判定される。この判定は、前述したように、非イオン系界面活性剤水溶液（高熱伝導率物質）１６が透明状態から白濁状態に移行したか否か、すなわちＲＦコイル１１からの高周波磁場を受けて発熱して、受光素子１８からの出力信号のレベルが急峻に低下したか否かが検出された結果による。その結果、撮影が停止される場合は、ステップＳ５に移行して、例えばスライス枚数の削減等、ＳＡＲ低減等のための対応がとられる。その後、前記ステップＳ１に移行する。

一方、前記ステップＳ４にて撮影が続行される場合は、ステップＳ６に移行して、人体模擬発熱体である非イオン系界面活性剤水溶液（高熱伝導率物質）１６によるＳＡＲインタロック装置が動作した（インタロックがかかる）か否かが判定される。ここで、ＳＡＲインタロック装置の動作が行われない場合は本撮影操作が終了する。

前記ステップＳ６にて、前記ＳＡＲインタロック装置の動作が行われると判定された場合は、ステップＳ７以降の人体模擬発熱体の冷却処理に移行する。すなわち、ステップＳ６にて、ＳＡＲインタロック装置の動作が行われると、続くステップＳ７にて信号レベル検出器１９からインタロック信号がＭＲＩシステム制御部１３に供給される。このＭＲＩシステム制御部１３では、前記インタロック信号を受けたタイミングで、ＸＹＺ各軸の勾配磁場電源、ＲＦアンプ１２を制御して、動作を停止させる。次いで、ステップＳ８にて、冷却装置２０により非イオン系界面活性剤水溶液１６が冷却される。

このように、冷却装置２０による冷却が行われると共に、ステップＳ９に於いて、冷却が終了であるか否かが判定される。これは、撮影中断から時間が経過すると非イオン系界面活性剤水溶液１６の温度が低下するが、その温度が所定の温度である曇り点を下回ったとき、白濁状態から透明状態に可逆する。つまり、非イオン系界面活性剤水溶液１６の温度が低下して、その温度が曇り点を下回らないうちは、冷却装置２０による冷却が続行されて前記ステップＳ８〜Ｓ９が繰り返される。そして、非イオン系界面活性剤水溶液１６の温度が曇り点を下回ったならば、白濁状態から透明状態に可逆なり、ステップＳ１０に移行する。

このとき、受光素子１８からの出力信号のレベルは、急峻に変化、具体的には急峻に上昇する。すると、受光素子出力信号レベル検出回路１９は、このレベル変化を検出したタイミングでインタロック解除信号をＭＲＩシステム制御部１３に供給する。ＭＲＩシステム制御部１３は、このインタロック解除信号を受けたタイミングで、ＸＹＺ各軸の勾配磁場電源、ＲＦアンプ１２、受信器を各々制御して、各部動作を再開し、停止していた撮影を再開させる（インタロックを解除する）。その後、前記ステップＳ５に移行する。

このように、本実施形態によれば、高周波磁場により発熱したセンサ回路によって動作するインタロック装置を効率的に解除すると共に、インタロック動作後に再撮影するに当たって迅速な復帰を行うことができる。

尚、前述した実施形態に於いては、発光素子１７と受光素子１８が、非イオン系界面活性剤水溶液１６を充填した透明容器１５を挟んで対向して配置されていたが、これに限られるものではない。例えば、図３に示されるように、発光素子１７と受光素子１８を透明容器１５の同一面側に配置してもよい。つまり、前述した実施形態では、非イオン系界面活性剤水溶液１６を透過する光を検出するようにしていたが、この図３に示される配置では、非イオン系界面活性剤水溶液１６で反射される光を検出するようにしている。

このようにしても、非イオン系界面活性剤水溶液１６が発熱温度に応じて光反射率が異なるので、高周波磁場により発熱したセンサ回路によって動作するインタロック装置を効率的に解除することができる。

このように本実施例によれば、高周波磁場による被検体の発熱状態を、水溶液の光透過率若しくは反射率を介して直接実測し、この実測値に基づいて撮影の中断を制御するので、ＲＦコイルの不意の負荷上昇等偶発的で不確定なアクシデント要素が発生する場合でも、これに影響されず、高周波磁場による被検体の発熱に対する安全性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。

更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の主要部の構成を示すブロック図である。 本実施形態に於ける磁気共鳴イメージング装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態の変形例に係る磁気共鳴イメージング装置の主要部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０…磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）、１…ＲＦコイル、１２…ＲＦアンプ（高周波電源）、１３…ＭＲＩシステム制御部、１４…操作部、１５…透明容器、１６…高熱伝導率物質（非イオン系界面活性剤水溶液）、１７…発光素子、１８…受光素子、１９…信号レベル検出器、２０…冷却装置。

Claims (13)

1. 送信コイルからの高周波磁場で被検体の磁化スピンを励起し、励起後誘起される磁気共鳴信号を検出し、前記磁気共鳴信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に於いて、
   前記被検体の近傍に配置され、前記高周波磁場により発熱し、発熱温度に応じて光透過率が変化する物質と、
   前記物質の光透過率を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記物質の光透過率が所定値に達したときに撮影を中断させるように制御する制御手段と、
   前記物質の光透過率が前記所定値に達したときに前記物質を冷却する冷却装置と、
   を具備し、
   前記制御手段は、前記冷却装置の動作後は前記撮影の中断を解除することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記物質は非イオン系界面活性剤水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記物質は非イオン系界面活性剤が高含水高分子化合物に溶解されたものであることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記物質は常温からの温度上昇により所定の臨界点で光透過率が低下し、温度低下により光透過率が回復する可逆的性質を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記物質は常温から温度上昇に伴って光透過率が低下する性質を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記物質は高温から常温への温度低下に伴って光透過率が回復する可逆性を有していることを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記検出手段は前記物質を介して対向配置された発光素子と受光素子とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記物質は常温から温度上昇に伴って光反射率が低下する性質を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記物質は高温から常温への温度低下に伴って光反射率が回復する可逆性を有していることを特徴とする請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記検出手段は前記物質に対向配置された発光素子と、該発光素子と同一面側に配置された受光素子とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記冷却装置は、高熱伝導率物質を介して冷却水により冷却することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記冷却装置は、ペルチェ効果による吸熱により冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記冷却装置は、密封された閉じた回路内の液化と気化により吸熱を行うヒートポンプにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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