JP2009183472A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、かつ画像撮影に電気磁気的に干渉すること無く、受信コイルの温度を監視可能なＭＲＩ装置を実現する。
【解決手段】受信コイル４はコイルカバー２１、２２を備え、コイルカバー２２に信号検出のための回路２３が内蔵され、回路素子２３１〜２３６の発熱がコイルカバー２１、２２に伝達される。抵抗１３は１本の導線で構成され、素子２３１〜２３６に沿って配置され、抵抗１３の抵抗値の変化により、素子の温度を検出する。受信コイル４の温度測定は、エコー計測後から次の高周波磁場印加の前に動作し、それ以外は動作しないように制御する。これにより、簡単な構成で画像撮影に電気磁気的に干渉すること無く、受信コイル４の温度を監視可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、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、傾斜磁場コイルや傾斜磁場電源といったコンポーネントの温度上昇を抑制するための対策を行うため、これらコンポーネントの温度を監視する方法が、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。

特開平０５−２１２０１２号公報 特開平１１−３１８８５４号公報

ところで、ＭＲＩ装置の受信コイルにおいて、被検体との接触部位の最大温度は、ＩＥＣ(International Electrotechnical Commission)規格によって４１度以下となるように定められている。受信コイルの温度上昇は、内蔵回路で使用されているダイオードやキャパシタ等の部品が、受信コイルの動作によって発熱するためである。

したがって、上記規格に適合した受信コイルを提供するために、発熱の少ない部品が選択され、発熱の少ない回路が工夫されている。

一方、画質向上のために、静磁場強度の高磁場化や、撮影手法(パルスシーケンス)の高機能化が図られており、それに伴って受信コイルの負荷が増大し、エネルギーの消費も上昇している。

このような背景の下、受信コイルの更なる信頼性確保のため、撮影時における受信コイルの温度を監視することは重要である。

ここで、受信コイルと被検体が接触する領域にわたって複数点の温度を計測することと、温度監視手法と撮影手法が電気磁気的に干渉しないことが必要である。

さらに、測定の結果、受信コイルの温度が上限値を超えた場合、撮影の中断または終了といった対策を講じる手順が必要である。

しかしながら、従来技術においては、温度監視手法と撮影手法が電気磁気的に干渉しないことが主因として、受信コイルの温度検出は困難であった。

例えば、赤外線を使用して非接触に、受信コイルの温度を検出することも考えられるが、赤外線温度検出装置をＭＲＩ装置に備えなければならず、コストアップとなってしまう。

本発明の目的は、簡便な構成で、かつ画像撮影に電気磁気的に干渉すること無く、受信コイルの温度を監視可能なＭＲＩ装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

本発明は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号を受信する受信手段と、画像表示手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段及び上記画像表示手段の動作を制御する制御手段を有する磁気共鳴イメージング装置において、上記受信手段に配置され、この受信手段の温度を検出する温度検出用抵抗を有し、この温度検出用抵抗の抵抗値に対応する信号を上記制御手段に出力する温度検出手段を備え、上記制御手段は、上記高周波磁場発生手段から高周波磁場が発生されていない期間にのみ、上記温度検出手段による受信手段の温度検出手段を動作させ、温度検出手段から出力された信号に基いて算出した温度が、上限温度を超過するときは、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段の動作を停止させる。

また、本発明は、磁気共鳴イメージング装置に用いられ、磁気共鳴信号を受信する受信コイル装置において、磁気共鳴信号を受信するコイルと、上記受信コイルにより受信した磁気共鳴信号を検出する検出回路と、上記検出回路の温度を検出する温度検出用抵抗と、上記温度検出用抵抗に接続され、この温度検出用抵抗の抵抗値を電圧値に変換する電圧変換手段と、上記温度検出用抵抗の一端と上記電圧変換手段との接続及び非接続を行うスイッチ手段とを備える。

簡便な構成で、かつ画像撮影に電気磁気的に干渉すること無く、受信コイルの温度を監視可能なＭＲＩ装置及びＭＲＩ装置に用いられる受信コイル装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。図１において、ＭＲＩ装置は、均一な磁場空間を発生するための超伝導コイル１と、ｘ、ｙ、ｚの３軸方向に沿って磁場強度が線形に変化する傾斜磁場を発生するための３組の傾斜磁場発生コイル２と、被検体１０の磁気共鳴を誘起するための高周波磁場発生コイル３と、被検体１０の磁気共鳴信号を検出するための受信コイル４とを備える。

また、ＭＲＩ装置は、傾斜磁場電源５と、高周波磁場電源６と、被検体１０を静磁場発生コイル１内に搬送する寝台７と、傾斜磁場発生コイル２、高周波磁場発生コイル３および受信コイルの４動作を制御する制御ユニット８と、制御命令、画像再構成、および画像表示を行う操作卓（キーボード等の操作手段、ディスプレイ、ＣＰＵを有する本体からなるパソコン）９とを備える。なお、本願明細書では、制御ユニット８とパソコン９とを合わせて、制御手段と定義する。

図２は、本発明の一実施形態である温度検出部１００の回路図である。図２において、抵抗１２と抵抗１３は互いに直列に接続され、この抵抗１２と１３との接続点にトランジスタ１１のベースが接続されている。トランジスタ１１のエミッタは、抵抗１５を介して接地されている。トランジスタ１１のコレクタは、抵抗１４を介してバイアス電圧Ｖｃｃの電源端子１６に接続されている。

抵抗１２のトランジスタ１１のベースに接続されていない端部は、電源端子１６に接続されている。また、抵抗１３トランジスタ１１のベースに接続されていない端部は設置接地されている。トランジスタ１１のコレクタは出力Ｖｏｕｔの出力端子１７にも接続されている。

ここで、抵抗１３が温度を検出する部位であり、抵抗値の温度依存性を利用して温度を測定する。

なお、抵抗１２、１３、１４、１５の抵抗値を、それぞれ、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄとする。

図３は、本発明の一実施形態における受信コイル４の概略外観図である。受信コイル４はコイルカバー２１、２２を備え、コイルカバー２２に信号検出のための回路２３が内蔵されており、スイッチング機能やチューニング機能のための回路２３には、ダイオードやキャパシタ等の素子が用いられている。

受信コイル４が動作する時、これらの素子がエネルギーを消費するため発熱する。受信コイル４の温度上昇の要因は、これらの素子の発熱がコイルカバー２１、２２に伝達されるためである。ここでは説明のため、回路２３に、合計６個のダイオードとキャパシタが用いられているものとする。

これらの素子を順に２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６とし、図３に示すような配置になっているものとする。

図２に示した温度検出部１００において抵抗１３は１本の導線で構成されており、図３に示した受信コイル４において、前述の素子の配置に沿って配置されている。すなわち、１本の導線が６個の素子の温度変化を検出する構成となっている。導線はコイルカバー２１、２２の内側に貼り付けるか、コイルカバー２１、２２に埋め込んでも良い。また、図２に示した回路は、パソコン９の近辺に配置する。

ここで、抵抗１３の全長をＬとし、各素子の近傍（各素子に接触していてもよい）における抵抗１３の部分の長さを等しく（ｄＬ）とする。前述の素子２３１、２３２、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６に対応して、それぞれの（ｄＬ）に対応する部分を、符号１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６とする。

また、抵抗１３の室温における抵抗値をＲとし、１個の素子の発熱の影響によるΔＬの抵抗値の変化を（ｄＲ）とする。

例えば、素子２３１が発熱し、部分１２１の抵抗値が変化したものとすると、部分１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６の直列接続において、部分１２１の抵抗値がＲ＋（ｄＲ）に変化したものと考えることができる。この場合の合成抵抗は次式（１）で表すことができる。

((dL)/L)(R+（ｄR）+((L-(dL))/L)R=R+((dL)/L)(dR) ・・・（１）
また、例えば、素子２３１と２３４が発熱し、部分１２１と１２４の抵抗値が変化したものとすると、温度検出用抵抗１３の部分１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６の直列接続において、部分１２１と１２４の抵抗値がそれぞれＲ+ΔＲに変化したものと考えることができるので、この場合の合成抵抗は次式（２）で表すことができる。

((dL)/L)(R+(dR))+ ((dL)/L)(R +(dR)）＋((L-2(dL))/L)R=R+2((dL)/L)(dR)・・・（２）
上記式（１）、（２）より、部分１２１の抵抗値がＲ+（ｄＲ）に変化した場合と、部分１２２の抵抗値がＲ+（ｄＲ）に変化した場合の合成抵抗値は同一である。また、部分１２１の抵抗値がＲ＋（ｄＲ）に変化した場合と、部分１２１と１２４の抵抗値がそれぞれ、Ｒ+（ｄＲ）／２に変化した場合の合成抵抗値は同一である。

このように、本発明の一実施形態においては、どの部分の抵抗値がどれだけ変化したか、すなわち、どの素子がどれだけ発熱したかを区別することはできないが、場所に関わらず、受信コイルの温度が上限値を超えたかどうかを知ることができれば良いので問題はない。

観測時間（ｄＴ）における抵抗値の変化率（ｄＲ）／（ｄＴ）に着目すれば、変化率の大きさから温度上昇を予測することができるので、受信コイルの温度が上限値を超える時期を予測することができる。

なお、図４は、受信コイル４の信号検出回路と温度検出部１００のより実際的な配置例を示す図である。図４に示す例においては、受信コイル４の信号検出回路が、入力端５１と出力端５２と、デカップリング部５３〜５６と、チューニング部５７とより構成され、この構成における温度センサである抵抗１３の配置が示されている。

デカップリング部５３〜５６は、さらに複数のダイオード、コンデンサより構成されており、デカップリング部５３〜５６の温度を検出するために、温度センサ１３はデカップリング部５３〜５６の近傍を通過するように配置されている。

図４における信号検出回路と温度センサ１３を図４のＡの方向から観察すると、図５に示すように、温度測定部分における温度センサ１３とデカップリング部５３〜５６のそれぞれとの距離ｄは等しく保たれている。これは測定部（デカップリング部５３〜５６）における温度センサ１３の感度を等しく保つためである。

さて、温度検出部１００の抵抗１３の抵抗値は、図２において、トランジスタ１１のベース電圧Ｖｂは、端子１６の電圧Ｖｃｃ、抵抗１２の抵抗値Ｒａ、抵抗１３の抵抗値Ｒｂを用いて次式（３）で表すことができる。

Vb = Vcc(Rb/(Ra + Rb)） ・・・（３）
さらに、トランジスタ１１のコレクタ電圧Ｖｃは、Ｖｂｅをベースエミッタ電圧として次式（４）で表すことができる。

Vc = Vcc- (Vb - Vbe)(Rc/Rd) ・・・（４）
このように、温度検出部１００の抵抗１３の抵抗値は、トランジスタ１１のベース電圧に変換され、さらにコレクタ電圧に変換され、出力端子１７から出力Ｖｏｕｔとして出力される。この出力信号は、パソコン９に入力され、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号化されて、温度値に換算される。換算された温度値は、パソコン９の内部メモリに格納され、以前の温度値と現時点での温度値とを比較すれば、その時間の温度変化を算出することができる。

なお、検出した受信コイル４の温度は、パソコン９のディスプレイに表示されるものとする。

ところで、ＭＲＩ装置では、高周波磁場及び傾斜磁場の印加手順と信号計測のタイミングを規定した、パルスシーケンスと呼ばれる計測手順によって画像の撮影が行われる。パルスシーケンスは撮影時間や、得られる画像コントラストの違いによって、ＳＥ(スピンエコー)法、ＧＥ(グラディエントエコー)法、ＦＳＥ(ファーストスピンエコー)法、ＥＰＩ(エコープレナー)法等が知られている。

図６は、ＧＥ法のパルスシーケンスを示す図である。図６は、高周波磁場（ＲＦ）４１、x方向傾斜磁場（Ｇｘ）４２、y方向傾斜磁場（Ｇｙ）４３、z方向傾斜磁場（Ｇｚ）４４の印加タイミング、及び磁気共鳴信号（エコー）４５の発生を時間軸に沿って表示している。

高周波磁場ＲＦとx方向傾斜磁場Ｇｘは撮影したい領域を励起し、y方向傾斜磁場Ｇｙはエコーの周波数に位置情報をエンコードし、z方向傾斜磁場Ｇｚはエコーの位相に位置情報をエンコードする。

ＧＥ法では、ａを９０度以下の値として、ａ度励起パルスを照射し、時刻ＴＥにおいてエコーを得る。ＧＥ法ではパルスシーケンスの繰り返し時間ＴＲの中で、１個のエコーが得られる。ここで、画像再構成にＬ個のエコーを要するものとすると、パルスシーケンスをＬ回繰り返すので、パルスシーケンスの実行時間はＬ×ＴＲとなる。

上記パルスシーケンスの実行と並行して、受信コイル４の温度変化を検出するためには、抵抗１３の温度検出部１００は、期間４６に示すように、エコー計測後から次の高周波磁場印加の前に動作し、それ以外は動作しないように制御する。これは、図３に示したように、抵抗１３は、素子２３１〜２３６の近辺に沿って配置されるため、ループを形成する。これにより、抵抗１３は、アンテナとしての機能を持ち、受信コイル４との干渉やシステムノイズの原因となる可能性があるからである。

そこで、図７に示すように、図２に示した回路の抵抗１３の一端と接地との間にスイッチ３１を接続し、パルスシーケンスの高周波磁場、傾斜磁場印加およびエコー計測と同期して回路をオンオフして、抵抗１３の一端と後述する電圧変換回路との接続及び非接続を行えばよい。このオンオフ制御は、制御ユニット８からスイッチ３１に動作信号を供給して行うことができる。このため、例えば、スイッチ３１には電磁リレーやトランジスタ等を組み合わせると良い。この場合、上記パルスシーケンスの定義から明らかなように、受信コイル４の温度測定間隔はＴＲである。なお、図７に示した抵抗１２、１４、１５、トランジスタ１１により電圧変換手段が構成される。

受信コイル４の温度または温度変化を測定し、受信コイル４が上限温度を超えるとき、パソコン９から制御ユニット８にその旨を示す信号を供給して、パルスシーケンスの実行を一時停止する。

つまり、受信コイル４の温度変化を（ｄＴ）、受信コイル４の初期温度をＴ0、上限温度をＴmaxとすると、Ｔmax＞Ｔ0 + ｎＴＲ（ｄＴ）（ｎ＝０、１、２、・・・Ｌ）を満足する時、パルスシーケンスの実行を許可し、Ｔmax＞Ｔ0 + ｎＴＲ（ｄＴ）を満足しない時、パルスシーケンスの実行を一時停止するように、制御ユニット８に命令すればよい。この場合、パソコン９は、受信コイル４の温度が上昇したため、シーケンスが停止中である旨及びそのときの受信コイルの温度をディスプレイに表示させる。

あるいは、上限変化率を（ｄＴmax）／ＴＲとすると、（（ｄＴmax）／ＴＲ）＞（ｄＴ）／ＴＲを満足する時、パルスシーケンスの実行を許可し、（（ｄＴmax）／ＴＲ）＞（ｄＴ）／ＴＲを満足しない時、パルスシーケンスの実行を許可せず、一時的に停止するように制御ユニット８にパソコン９が命令すればよい。

そして、受信コイル４の温度が低下し、上記条件を満足する状態となったと判断すると、パソコン９は制御ユニット８にパルスシーケンスを実行するように命令する。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、受信コイル４に内蔵された回路素子近傍の温度変化を効率良く検出できるので、パルスシーケンスの実行を受信コイル４の温度と連動して制御することができる。

つまり、受信コイル４に内蔵された回路素子の近傍に抵抗線１３を配置し、その抵抗変化により、回路の温度を検出するように構成したので、構成が複雑で高価な温度検出素子を使用しなくても、受信コイル４における回路の温度を検出することができる。

そして、受信コイル４の温度測定は、エコー計測後から次の高周波磁場印加の前に動作し、それ以外は動作しないように制御するように構成したので、画像撮影に電気磁気的に干渉すること無く、受信コイルの温度を監視可能である。

なお、受信コイル４の回路温度が上限温度を超えた場合、受信コイル4内部を冷却する手段を配置する構成としてもよい。例えば、ペルチェ素子を用いて、素子の温度低下を促進するように構成することも可能である。

また、上述した例においては、図２、図７に示した回路は、受信コイル４のコイルカバー２１、２２とは別個に配置するように構成したが、この回路を受信コイル４のコイルカバー２１、２２内の配置することも可能である。

また、本発明は、磁気共鳴イメージング装置のみならず、この磁気共鳴イメージング装置に用いられる受信コイル装置であっても成立する。この受信コイル装置は、受信コイルと、この受信コイルが受信した磁気共鳴信号を検出する検出回路と、この検出回路の温度を測定する温度検出手段とを備える。この温度検出手段が、上述した温度検出部１００に対応する。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態である温度検出部の回路図である。 本発明の一実施形態における受信コイルの概略外観図である。 本発明の一実施形態における受信コイルの信号検出回路と温度検出部の実際的な配置例を示す図である。 本発明の一実施形態における温度検出の説明図である。 本発明の一実施形態におけるＧＥ法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である温度検出部の回路図である。

符号の説明

１・・・超伝導コイル、２・・・傾斜磁場発生コイル、３・・・高周波磁場発生コイル、４・・・受信コイル、５・・・傾斜磁場電源、６・・・高周波磁場電源、７・・・寝台、８・・・制御ユニット、９・・・パソコン（操作卓）、１０・・・被検体、１１・・・トランジスタ、１２、１４、１５・・・抵抗、１３・・・温度検出用抵抗、１６・・・電源端子、１７・・・出力端子、２１、２２・・・コイルカバー、２３・・・受信コイルの回路、３１・・・スイッチ、５１・・・入力端子、５２・・・出力端子、５３〜５６・・・デカップリング部、５７・・・チューニング部、１００・・・温度検出部、１２１〜１２６・・・温度検出用抵抗の部分、２３１〜２２３６・・・素子

Claims (6)

1. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号を受信する受信手段と、画像表示手段と、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段及び上記画像表示手段の動作を制御する制御手段を有する磁気共鳴イメージング装置において、
   上記受信手段に配置され、この受信手段の温度を検出する温度検出用抵抗を有し、この温度検出用抵抗の抵抗値に対応する信号を上記制御手段に出力する温度検出手段を備え、
   上記制御手段は、上記高周波磁場発生手段から高周波磁場が発生されていない期間にのみ、上記温度検出手段による受信手段の温度検出手段を動作させ、温度検出手段から出力された信号に基いて算出した温度が、上限温度を超過するときは、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波磁場発生手段、上記受信手段の動作を停止させ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、
   上記制御手段は、温度検出手段から出力された信号に基いて算出した温度を上記画像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。
3. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記受信手段は、核磁気共鳴信号検出回路を有し、この検出回路の発熱素子近傍に上記温度検出用抵抗が配置されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記温度検出手段は、この温度検出手段から上記温度検出用抵抗を切り離すスイッチ手段を有し、上記制御手段は、上記高周波磁場発生手段から高周波磁場が発生されている期間には上記スイッチ手段をオフとして上記温度検出手段から切り離し、上記高周波磁場発生手段から高周波磁場が発生されていない期間に上記スイッチ手段をオンとして上記温度検出手段と接続することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 磁気共鳴イメージング装置に用いられ、磁気共鳴信号を受信する受信コイル装置において、
   磁気共鳴信号を受信するコイルと、
   上記受信コイルにより受信した磁気共鳴信号を検出する検出回路と、
   上記検出回路の温度を検出する温度検出用抵抗と、
   上記温度検出用抵抗に接続され、この温度検出用抵抗の抵抗値を電圧値に変換する電圧変換手段と、
   上記温度検出用抵抗の一端と上記電圧変換手段との接続及び非接続を行うスイッチ手段と、
   を備えることを特徴とする受信コイル装置。
6. 請求項５記載の受信コイル装置において、
   上記検出回路は、複数の発熱素子を有し、これら発熱素子近傍に沿って上記温度検出用抵抗が配置されることを特徴とする受信コイル装置。

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