JP2009153741A

JP2009153741A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2009153741A
Application number: JP2007335791A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Itabashi; 輝昭板橋
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】磁石外部の磁場変動に基づく画質劣化の見過ごしを防止することが可能なＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】静磁場、傾斜磁場、及び高周波磁場を発生する磁場発生手段と、前記磁場発生手段が発生する磁場以外の外部磁場の変動を検出する検出手段と、を有し、前記検出手段による前記外部磁場変動の検出の有無を報知する報知手段を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する核磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に係り、磁石外部環境の磁場変動状態を報知/記録する技術に関する。

MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号(エコー信号)を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を二次元的に或いは三次元的に画像化する装置である。撮像においては、NMR信号に傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測された信号は、二次元又は三次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

被検体からのエコー信号に対し、傾斜磁場を印加して位相エンコードと周波数エンコードを付与していることから、計測空間の静磁場は、空間的に均一な磁場強度であって、且つ、時間的な安定な磁場強度であることが重要となる。静磁場が空間的に不均一、或いは時間的に不安定で変動する場合、被検体を撮像して得られる画像には、形状歪や、画像の流れなどの劣化が生じる場合がある。

また、計測空間の静磁場均一度の時間的安定性は、磁石自身による性能とは別に、磁石外部の環境変化によっても乱される場合がある。例えば、磁石近傍にて自動車、エレベーターなど磁性物体の移動が生じる場合、或いは、鉄道では、車両の磁性物体移動のみならず架線-レール間に流れる電流により磁場が発生する場合、磁石が発生している磁力線分布に変化が生じる。その結果、計測空間の磁場強度も変化するので画像劣化が生じる。

そこで、磁石外部の磁場が変化しても、良好な画像を得る為の技術が幾つか公知である。例えば、磁石を設置しようとする場所における磁場変動が、予め設置環境条件として決められた磁場変動量以下であることを、磁石設置前に試験し、その条件を満たす場所のみに磁石を設置することが行われている。しかしながら全ての設置場所がその設置環境条件を満足できるわけではない。そのため、設置環境条件を満足できない設置場所には、撮像室を覆うように高透磁率材料で磁気シールドを施している。或いは、特許文献1に開示されているように、外部環境の磁場変動が生じた場合に、磁場センサと補正制御回路を有した補正装置にて外部磁場変動をキャセルする技術がある。この技術を用いれば、撮像の大半を画像劣化無く行うことが出来る。

また、特許文献2のような技術もある。この技術は、外部磁場変動の有無を判別する手段である磁場センサにて磁場変動を取得し、その信号が設定された閾値を超えた場合、磁場変動が生じていた時間に計測されたエコー信号を破棄し、そのエコー信号の計測をやり直す処理を行う。

特開平5-220126号公報特開平10-277004号公報

しかし、[特許文献1]の技術によっても、画像劣化が生じる場合がある。それは補正装置で補正できる磁場変動量には限界があり、補正限度量以上の磁場変動が生じた場合には、その磁場変動を補正することは出来ないためである。ただし、上記設置環境条件を満足する場所に設置され、[特許文献1]の補正装置を有するMRI装置においては、このような画像劣化の頻度は稀となる。そのため、日に数十名も検査する施設においては、撮像終了とともに操作者が被検体の入れ替えを行うと、画像劣化が生じた時でも気付かずに被検体の入れ替えを実施し、後になって画像劣化の存在に気付くことがある。被検体を入れ替えてしまったので再撮像を行うことは容易ではない。

また画像劣化は外部環境の磁場変動のみならずMRI装置の不具合によっても生じる為、画像劣化原因の調査は、外部環境のみならず装置自身も必要となる。その際、画像劣化の原因が外部磁場変動である場合、外部磁場変動の再現性は低いため、画像劣化原因の判別が困難となる。

一方、[特許文献2]の技術では、必ずしも目的とする情報を再取得できるとは限らない。例えば、目的とする情報を得る為に、撮像中に被検体の協力を要する撮像方法、例えば脳機能解析のfunctional MRI、息止め撮像、整形可動領域撮像のキネマティック撮像などにおいては、被検体の動きと撮像中の時間とが一致する必要がある。この様な場合、操作者や被検体にはわからない任意の時間の信号を再計測すると、目的の情報とは異なる情報を取得してしまうことになる。

そこで、本発明の目的は、磁石外部の磁場変動に基づく画質劣化の見過ごしを防止することが可能なMRI装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のMRI装置は、以下のように構成される。即ち、
静磁場、傾斜磁場、及び高周波磁場を発生する磁場発生手段と、前記磁場発生手段が発生する磁場以外の外部磁場の変動を検出する検出手段と、を有し、前記検出手段による前記外部磁場変動の検出の有無を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

本発明のMRI装置によれば、外部環境による磁場変動が生じたことを操作者に情報提供する機能を設けて、外部磁場変動による画質劣化が生じている可能性を操作者に認識させることができる。その結果、操作者が磁石外部の磁場変動に基づく画質劣化を見過すことを低減でき、操作者の読影効率を向上させることができる。また、画質劣化の原因を容易に特定できるようになる。

以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施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。

最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。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、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向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、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源(図示せず)が配置されている。

傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)である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軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮像時には、スライス面(撮像断面)に直交する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、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの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。

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の断層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。

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、被検体1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(送信コイル)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。

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(受信コイル) 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た被検体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。

信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、ハードディスク18等の外部記憶装置と、CRT、液晶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、外部記憶装置のハードディスク18等に記録する。

操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。

なお、図1において、送信側の高周波コイル14a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、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むように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、機能を二次元もしくは三次元的に撮像する。

本発明のMRI装置は、さらに、磁石制御・監視ユニット26と状態監視装置27と、を備える。

磁石制御・監視ユニット26は、磁石に備え付けられており、磁石の状態、例えば超電導磁石の場合には液体ヘリウム量、磁石内圧、磁石内温度等を監視する。また、外部環境にて磁場変動が生じた場合に計測空間の磁場を乱さないようにする磁場補正装置の制御や動作の監視を行う。

状態監視装置27は、MRI装置を構成する各機器の動作状況や状態(通常/警告/エラー状態)を監視し、監視結果の通知とその監視結果に対応する必要な処置の要求をCPU8に対し行う。

磁石制御・監視ユニット26が、外部環境の磁場変動の有無を検出すると、磁場変動が起きていることを状態監視装置27との通信、例えばRS-232C、ＲS-422、CAN通信などを使用して状態監視装置27に通報する。状態監視装置27は、磁場変動を認識するとCPU8に必要な処理を行うよう指令を出す。例えば、CPU8を介して、ディスプレイ20に磁場変動が生じたことを表示させ、磁場変動の発生に係る情報、例えば、磁場変動の状態変移(磁場変動の発生と終息)が発生した日時等、をハードディスク18等の外部記憶装置に保存させる。

(第1の実施形態)
次に、本発明のMRI装置の第1の実施形態について説明する。本実施形態は、磁場補正装置を内蔵しているMRI装置において、外部磁場変動の発生を検出し、操作者へ報知する形態である。以下、本実施形態の処理フローを、図2に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

ステップ201で、撮像が開始される。シーケンサ4は、操作者により選択されたパルスシーケンスに基づいて撮像を開始する。本実施形態は、任意のパルスシーケンスが実行可能である。

ステップ202で、磁石制御・監視ユニット26が、内蔵してある磁場補正装置の動作状態を監視することにより、外部環境の磁場変動の有無を検出する。外部磁場変動が検出された場合にはステップ203に移行し、検出されない場合は、ステップ209に移行する。

ステップ203で、外部環境にて磁場変動が生じており、磁石制御・監視ユニット26は磁場変動が生じていることを状態監視装置27に通知し、状態監視装置27は、CPU8を介して、ディスプレイ20に磁場変動が生じている旨を表す情報を表示させる。例えば、ディスプレイ20に、ポップアップウィンドウでメッセージを表示させたり、アイコンを表示させたり、或いはそれらの表示態様を変化させたりして、外部磁場変動が発生したことの情報提供を操作者に対して行う。また、状態監視装置27は、CPU8を介して、磁場変動の発生に係る情報、例えば、磁場変動が発生した日時とその強さ等の情報、をハードディスク18に保存させる。これらの情報は、装置の保守時に利用される。

ステップ204で、磁石制御・監視ユニット26は、外部磁場変動を補正する補正装置が、それ自身の補正処理を実行中であるか否かを確認する。補正処理を行っている場合は、ステップ206に移行し、補正処理を行っていない場合はステップ205に移行する。補正装置は、例えば、シムコイルとこれに電流を供給するシム電源であっても良い。

ステップ205で、磁石制御・監視ユニット26は、補正装置に、外部磁場変動の補正を開始させる。なお、ステップ204とステップ205は省略されても良い(図2の点線枠は省略可能であることを表している)。

ステップ206で、磁石制御・監視ユニット26は、撮像中の外部磁場変動の終息をチェックする。外部磁場変動が終息した場合は、ステップ207に移行し、終息していない場合は、再度外部磁場変動の終息を確認する。

ステップ207で、磁石制御・監視ユニット26は、磁場変動が終息したことを状態監視装置27に通知し、状態監視装置27は、CPU8を介して、外部磁場変動が終息した旨を表す情報をディスプレイ20に表示させる。例えば、ディスプレイ20に、ポップアップウィンドウでメッセージを表示させたり、アイコンを表示させたり、或いはそれらの表示形態を変化させたりして、外部磁場変動が終息したことの情報提供を操作者に対して行う。また、状態監視装置27は、CPU8を介して、磁場変動の終息に係る情報、例えば、磁場変動が終息した日時等の情報、をハードディスク18等の外部記憶装置に保存させる。これらの情報は、装置の保守時に利用される。

ステップ208で、CPU8は、撮像が終了したか否かを確認する。終了していなければ、ステップ202に戻って、磁石制御・監視ユニット26による外部環境の磁場変動の検出が継続される。終了していれば、本処理フローを終了する。

ステップ209で、磁石制御・監視ユニット26は、磁場変動が無いことを状態監視装置27に通知し、状態監視装置27は、CPU8を介して、外部磁場変動が無い旨の情報をディスプレイ20に表示させる。なお、この表示は省略されても良い。そして、ステップ202に戻って、磁石制御・監視ユニット26による外部環境の磁場変動の検出が継続される。以後、ステップ202を繰り返して磁石制御・監視ユニット26による外部磁場変動の有無を常時監視する。

以上までが、本実施形態の処理フローの一例である。なお、図2の処理フローは、撮像が実施されていない場合においても、つまりステップ201、208が実行されない場合でも、装置が起動されている間は、ステップ202〜209を実行して、常時外部磁場変動の監視を行い、外部磁場変動の有無の表示とその発生・終息の記録を実施しても良い。この場合、図2の処理フローとは異なり、外部磁場変動の有無等の表示は、撮像処理に関係なく行われることになる。

以上説明したように、本実施形態のMRI装置によれば、磁石外部環境にて磁場変動が発生した場合において、操作者は、外部磁場の変動が報知されるので、外部磁場変動による画質劣化が生じている可能性を認識できるようになる。その結果、操作者は、外部磁場変動による画質劣化の見過を低減することができ、読影の効率を向上することができる。

また、保守者は、装置点検時に、画像劣化が生じた場合に、その画像の撮像時刻と、ハードディスク18に保存されている外部磁場変動の発生時刻とを照らし合わせることで、画質劣化の原因が、外部磁場変動によるものなのか、或いはMRI装置の問題なのか、を容易に特定できるようになる。

(第2の実施形態)
次に、本発明のMRI装置の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、磁石自体が磁場補正装置を搭載していないMRI装置に、磁場補正装置を取り付けて補正する形態である。以下、図3を用いて本実施形態を説明する。

図3は、本実施形態に係るMRI装置のブロック図である。第1の実施形態と異なる点は、磁石外に磁場補正装置28が取り付けられたMRI装置に本発明を適用した点である。それ以外は、図1と同様なので説明を省略する。

磁場補正装置28は、例えば、外部磁場変動を検出する磁場センサ、補正磁場を発生させる補正コイル、検出した外部磁場変動量より静磁場空間における磁場補正量を計算し、補正コイルに流す電流パターンや電流量を制御する制御装置などから構成されている。

磁場センサは、静磁場発生系2の周囲に配置され、静磁場方向の外部磁場変動を検出するものであり、一例としてはホール素子を用いたセンサなどを使用することができる。

制御装置は、磁場センサにて検出された磁場変動量を受信し、増幅器を介して補正コイルによって静磁場発生系2の磁場変動分を補正する磁場、つまり静磁場発生系2の外部で発生した磁場と反対向きの補正磁場を静磁場発生系2に印加するための電流を補正コイルに出力する。

補正コイルは、制御装置より出力された電流により補正磁場を発生する。コイルの配置は、静磁場発生系2の静磁場方向により異なるが、どの方向においても磁場方向と垂直にする。例えば、特開平7-100125号公報に開示されている補正コイルを流用しても良い。

CPU8は、磁場補正装置28と状態監視装置27との通信、例えばRS-232C、422、CAN通信など、を介して磁場補正装置28の動作状況を監視することにより、外部磁場変動の有無を検出する。

第2の実施形態の動作は、図2の処理フローと同じなので説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態のMRI装置によれば、磁石自体が磁場補正装置を搭載していない場合であっても、磁場補正装置を別途取り付けることで、外部磁場変動を検出し、MRI装置に外部磁場変動有無の状態を通信できるようになるので、前述の第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明に係るMRI装置の第1実施形態における全体基本構成の斜視図。本発明に係るMRI装置の第1実施形態の処理フローを示すフローチャート。本発明に係るMRI装置の第2実施形態における全体基本構成の斜視図。

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 ハードディスク、20 ディスプレイ、21 ROM、22 RAM、23 トラックボール又はマウス、24 キーボード、26 磁石制御・監視ユニット、27 状態監視回路、28 磁場補正装置、51 テーブル、

Claims

静磁場、傾斜磁場、及び高周波磁場を発生する磁場発生手段と、前記磁場発生手段が発生する磁場以外の外部磁場の変動を検出する検出手段と、を有する磁気共鳴イメージング装置において、
前記検出手段による前記外部磁場変動の検出の有無を報知する報知手段を備えた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、
前記検出手段による前記外部磁場変動の検出の有無を記録する記録手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。