JP2010099395A - Ｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】天板を移動させながら天板上の被検体を撮影する場合において、天板の移動速度を安定させることができるＭＲＩ装置を提供することである。
【解決手段】ＭＲＩ装置において、被検体Ｐを載せる天板１２と、天板１２を移動させるマイクロステップ駆動方式のステッピングモータ１３と、被検体Ｐに印加する静磁場を発生する静磁場発生部４と、被検体Ｐに印加する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部５と、被検体Ｐに印加するＲＦパルスを発生するＲＦパルス発生部６と、被検体Ｐから発生するＭＲ信号を受信するＭＲ信号受信部７と、被検体Ｐを撮影する撮影条件を入力する入力部１６と、入力された撮影条件に応じてステッピンクモータ１３による天板１２の移動速度を変更する移動速度制御部１５と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、天板に載せられた被検体を撮影するＭＲＩ装置に関する。

磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置は、撮影領域に位置する被検体に対して静磁場と傾斜磁場とＲＦ（高周波）パルスとを印加し、被検体から発生するＭＲ信号（磁気共鳴信号）を受信部で受信し、受信したＭＲ信号をコンピュータ処理することにより被検体のＭＲＩ画像を得る装置である。

このようなＭＲＩ装置においては、被検体を載せる天板を備えた寝台が設けられ、天板は、被検体を撮影領域内と撮影領域外とに移動させる向きに往復移動される。

天板を移動させる天板駆動機構としては、下記特許文献１に記載されているように、寝台の設置面積を小さく抑えることができ、及び、天板の移動距離を大きくして被検体の広い範囲を撮影可能とするものが種々提案されている。

従来のＭＲＩ装置における天板の駆動と撮影タイミングとの関係は、天板上の被検体が撮影領域に位置するまで天板を移動させ、被検体が撮影領域に移動した場合に天板の移動を停止させ、天板を停止させた状態で撮影を行なっている。

このため、天板の移動に関しては、天板を撮影領域で正確に停止させることができればよく、天板の移動速度のばらつきに関しては制約が少ない。そこで、天板を移動させる動力源としては、サーボモータ、ＡＣモータ、ＤＣモータ、ステッピングモータ等の多様なものが使用されている。

しかし、天板の移動を停止した状態で天板上の被検体を撮影する場合には、撮影領域における天板の移動方向に沿った両端部では、静磁場の不均一性や傾斜磁場の非直線性のために得られるＭＲＩ画像の画質が低下するという問題がある。また、移動中は撮影を休止しているために効率が悪い。

そこで、天板を移動させながら被検体を撮影し、撮影領域を天板の移動方向に沿った狭い範囲とすれば、撮影領域の中心付近であって静磁場が安定した範囲内で撮影することができ、高画質のＭＲＩ画像を得ることができる。また、移動中も撮影を行なうため、休止時間がなく効率が良い。

なお、ステッピンクモータを使用して天板を移動させるＭＲＩ装置においては、天板上の被検体を撮影位置に移動させるための天板の移動速度は、個々のＭＲＩ装置において１パターンのみが設定されている。
特開２００７−１９５９５４号公報

しかしながら、天板を移動させながら天板上の被検体を撮影する場合において、天板の移動速度にばらつきが有ると、得られるＭＲＩ画像の画質が低下する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、天板を移動させながら天板上の被検体を撮影する場合において、天板の移動速度を安定させることができるＭＲＩ装置を提供することである。

請求項１記載の発明の特徴は、ＭＲＩ装置において、被検体を載せる天板と、前記天板を移動させるマイクロステップ駆動方式のステッピングモータと、前記被検体に印加する静磁場を発生する静磁場発生部と、前記被検体に印加する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部と、前記被検体に印加するＲＦパルスを発生するＲＦパルス発生部と、前記被検体から発生するＭＲ信号を受信するＭＲ信号受信部と、前記被検体を撮影する撮影条件を入力する入力部と、入力された前記撮影条件に応じて前記ステッピンクモータによる前記天板の移動速度を変更する移動速度制御部と、を備えることである。

本発明によれば、天板を移動させながら天板上の被検体を撮影する場合において、天板の移動速度を遅くしたい場合はステッピングモータの駆動パルス周波数を変えずにステップ角を変更することにより、高速時でも低速時でも移動速度変動を抑制でき、移動速度設定の微調整が必要な場合は駆動パルス周波数の変更で行なう。

以下、本発明の一実施の形態に係るＭＲＩ装置について、図面を用いて説明する。図１は、ＭＲＩ装置のブロック図を示しており、ＭＲＩ装置は、ガントリ１と寝台２とを備えている。ガントリ１は、後述する磁場発生部や送受信用のコイルを外装ケース１ａによって囲むことにより形成されている。

ガントリ１の中心部には、被検体Ｐが配置される撮影領域３が形成されている。ガントリ１内における撮影領域３の周囲には、静磁場発生部４と、傾斜磁場発生部５と、ＲＦパルス発生部である送信コイル６と、ＭＲ信号受信部である受信コイル７とが設けられている。

静磁場発生部４は、撮影領域３内に配置される被検体Ｐに印加する静磁場を発生する。この静磁場発生部４としては、永久磁石や電磁石を用いることができる。静磁場発生部４として電磁石を用いる場合には、電磁石に電流を供給する静磁場電源を設ける。

傾斜磁場発生部５は、撮影領域３内に配置される被検体Ｐに印加する傾斜磁場を発生する。この傾斜磁場発生部５は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれに対応した３組のコイルを組み合わせて形成されている。傾斜磁場発生部５には、傾斜磁場発生部５を構成する３組のコイルのそれぞれに対してパルス電流を供給する傾斜磁場電源８が接続されている。

送信コイル６は、撮影領域３内に配置される被検体Ｐに印加するＲＦパルスを発生する。送信コイル６は、送信部９から供給されるＲＦパルス信号に応じてＲＦパルスを発生する。

受信コイル７は、被検体Ｐから発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信部１０に送る。

傾斜磁場電源８と送信部９と受信部１０とには、これらのタイミングを一括して制御するシーケンス制御部１１が接続されている。

寝台２には、被検体Ｐを載せる天板１２が設けられている。天板１２は、天板１２に載せられた被検体Ｐをガントリ１の撮影領域３内と撮影領域３外とに移動させる水平方向向きに往復移動可能に設けられている。天板１２を往復移動させる駆動部として、マイクロステップ駆動方式のステッピングモータ１３が用いられている。ステッピンクモータ１３の回転軸には駆動プーリ（図示せず）が連結され、この駆動プーリと天板１１の移動方向に沿って配置された複数の従動プーリ（図示せず）との間にタイミングベルト（図示せず）が巻き掛けられている。タイミングベルトの一部は、天板１２に連結されている。タイミングベルトの一部が天板１２に連結されていることにより、ステッピンクモータ１３が正転又は逆転することに伴い天板１２が往復移動する。ステッピンクモータ１３には、ステッピングモータ１３を駆動するモータドライバ１４が入出力ケーブル１５を介して接続されている。

シーケンス制御部１１とモータドライバ１４とは、主制御部１６に接続されている。主制御部１６は、ＭＲＩ装置の各部を制御し、及び、その制御の一部である天板１２の移動速度を変更する移動速度制御部として機能する。さらに、この主制御部１６には、入力部１７と表示部１８とが接続されている。

入力部１７からは、ＭＲＩ装置を駆動するための各種の条件、例えば、被検体Ｐを撮影する撮影条件が入力される。この撮影条件としては、スピンエコー系、フィールドエコー系、ＩＲ系などの撮影シーケンスの種類や、有効撮影領域（ＦＯＶ）、マトリクスのサイズ、ＲＦパルスを印加する間隔である繰り返し時間（ＴＲ）等が挙げられる。

表示部１８には、受信コイル７で受信されたＭＲ信号に基づいて主制御部１６において作成されたＭＲＩ画像が表示される。

図２は、マイクロステップ駆動方式のステッピングモータ１３における、駆動パルス周波数と回転速度との関係を示すグラフである。なお、図２における（１）のグラフは、ステッピングモータ１３の１ステップ当りの回転角（ステップ角）が０．７２°の場合を示し、図２における（２）のグラフは、ステップ角が０．７２°／５（＝０．１４４°）の場合を示している。図２に示すグラフから分かるように、ステップ角を小さくすると回転速度が遅くなり、また、駆動パルス周波数を大きくすると回転速度が速くなる。

図３は、マイクロステップ駆動方式のステッピンクモータ１３におけるステップ角の変化の様子を示すグラフである。図３における（１）のグラフは、ステップ角が０．７２°で、及び、１ステップ当りの回転時間が２００ｍｓである場合を示している。図３における（２）のグラフは、ステップ角を０．７２°／５（＝０．１４４°）とし、及び、１ステップ当りの回転時間を１／５（４０ｍｓ）とした場合を示している。

図３における（１）、（２）のグラフから、ステッピングモータ１３の特性として、１ステップ当りのステップ角は、回転の開始直後に大きく変化し、その後は回転が終了までほとんど変化しないことがわかる。即ち、ステッピンクモータ１３は、１ステップの回転内において、回転速度がばらつきを生じていることが、例えば、ステップ角を１／５にすれば、回転速度のばらつきも１／５になることが分かる。

もし、同じステップ角で回転速度を１／５にした場合、回転速度のばらつきは５倍になってしまう。そこで、図３における（２）のグラフに示すように、例えば回転速度を１／５にしたい場合は、同じ駆動パルス周波数でステップ角を１／５にすると、１ステップの回転内における回転速度のばらつきが小さくなり、回転速度のばらつきは５倍の駆動パルス周波数のときと同じになる。ステップ角をさらに小さくし、例えば、０．７２°／５０（＝０．０１４４°）にすると、ステッピンクモータ１３のステップ角の変化の様子は、図３における（３）のグラフに示すように略直線状となり、ステッピングモータ１３の回転がさらに滑らかになる。

天板１２を移動させながら撮影する場合の移動速度は、撮影シーケンスの種類によってほぼ定まるが、「有効撮影領域（ＦＯＶ）」、「マトリクスとのサイズ」、「ＲＦパルスを印加する間隔である繰り返し時間（ＴＲ）」等により多少の変更が必要となる。

そこで、撮影シーケンスの種類によってステッピングモータ１３のステップ角を設定し、その他の条件により設定変更は駆動パルス周波数の変更で行なう。

ＭＲＩ装置は、被検体Ｐから発生するＭＲ信号を受信し、その受信結果に基づいてＭＲＩ画像を作成するものである。そして、被検体Ｐから発生するＭＲ信号は微小な電波であるため、電磁波ノイズの影響を受け易く、電磁波ノイズの影響により作成されるＭＲＩ画像の画質が低下する。

そこで、このＭＲＩ装置では、電磁波ノイズの影響を抑えるため、以下に説明する種々の手段が講じられている。

まず、入出力ケーブル１５を介してステッピンクモータ１３に接続されるモータドライバ１４は電磁波ノイズを発生しやすい部分であるため、このモータドライバ１４が電磁波シールドされている。モータドライバ１４は、図４に示すように、外装ケース１９内に回路基板２０を収容して構成されている。外装ケース１９は、金属性の一対のケース１９ａ、１９ｂを連結することにより形成されている。ケース１９ａ、１９ｂには、ケース１９ａ、１９ｂを連結した場合に相手側のケース１９ｂ、１９ａに対して平面部分を対向させる折り返し２１が形成されている。さらに、ケース１９ａ、１９ｂを連結した場合に、折り返し２１とこの折り返し２１が対向する相手側のケース１９ｂ、１９ａとの間にガスケット２２が介装されている。ガスケット２２は、金属繊維を編むことにより形成されている。

このように、ケース１９ａ、１９ｂに折り返し２１を形成し、ケース１９ａ、１９ｂを連結する場合に、ケース１９ａ、１９ｂの折り返し２１と相手側のケース１９ｂ、１９ａとの間にガスケット２２を介装することにより、モータドライバ１４が電磁波シールドされ、回路基板２０から発生する電磁波ノイズがモータドライバ１４外に漏れ出すことが抑制される。これにより、モータドライバ１４から発生した電磁波ノイズが撮像領域３内に入り込むことが抑制され、電磁波ノイズの影響によるＭＲＩ画像の画質低下が抑制される。

また、図５に示すように、外装ケース１９の端部にコネクタ２３が設けられ、このコネクタ２３を覆う金属製のカバー２４がガスケット２５を介して外装ケース１９の端部に嵌合されている。ガスケット２５は、金属繊維を編むことにより形成されている。カバー２４には、入出力ケーブル１５を通す穴２６が形成され、入出力ケーブル１５の端部に設けられたコネクタ２７がコネクタ２３に接続されている。穴２６は、入出力ケーブル１８の直径より僅かに大きく形成されている。

このように、コネクタ２３、２７の接続部分がカバー２４により覆われ、入出力ケーブル１５がカバー２４に形成された穴２６に挿通され、さらに、カバー２４と外装ケース１９との嵌合部分にガスケット２５が介装されることにより、モータドライバ１４のコネクタ２３と入出力ケーブル１５のコネクタ２７との接続部分の周囲が電磁波シールドされる。これにより、モータドライバ１４から発生する電磁波ノイズがモータドライバ１４外に漏れ出すことが抑制され、及び、漏れ出した電磁波ノイズが撮像領域３内に入り込むことが抑制され、電磁波ノイズの影響によるＭＲＩ画像の画質低下が抑制される。

さらに、図５に示すように、モータドライバ１４内の回路基板２０と外装ケース１９とがアース線２８により接続され、回路基板２０のグランドパターンと外装ケース１９のグランドパターンとが共通化されている。これにより、回路基板２０から発生する電磁波ノイズが抑制される。

モータドライバ１４は、図１に示すように、天板１２の移動方向である静磁場発生部４の長手方向の側方であって、この長手方向の略中央位置に配置されている。静磁場発生部４は、永久磁石又は電磁石のいずれを使用している場合であっても金属が使用されており、電磁波ノイズが撮影領域３内に入り込むことに対する電磁波シールド効果を有する。このため、この静磁場発生部４の長手方向の側方にモータドライバ１４を配置することにより、モータドライバ１４から発生する電磁波ノイズが撮影領域３内に入り込むことが静磁場発生部４により抑制される。さらに、モータドライバ１４を静磁場発生部４の長手方向の略中央部に配置することにより、モータドライバ１４から発生した電磁波ノイズが撮影領域３の両端側（静磁場発生部４の両端側）の開口部分に回り込んで撮影領域３内に入り込むことが抑制される。

なお、モータドライバ１４を配置する位置は、静磁場発生部４の外周側と外装ケース１ａの内周側との間であることが好適であるが、外装ケース１ａの外周側に配置してもよい。

このような構成において、このＭＲＩ装置においては、天板１２上に載せられた被検体Ｐを撮影する場合に、２つの方法をとることができる。１つは、被検体Ｐが撮影領域３内の所定位置に位置するまで天板１２を移動させ、天板１２の移動を停止させた後に撮影する方法であり、従来から行なわれている方法である。他の１つは、天板１２を移動させながら撮影する方法である。

天板１２の移動を停止させた状態で被検体Ｐを撮影する場合には、ステッピングモータ１３を駆動させる１ステップ内における天板１２の移動速度にばらつきが生じても、何ら問題はない。

一方、天板１２を移動させながら撮影する場合には、ステッピングモータ１３を駆動させる１ステップ内における天板１２の移動速度にばらつきが生じると、撮影されたＭＲＩ画像の画質が低下する。

そこで、図２における（２）のグラフ、及び、図３における（２）のグラフに示すように、ステッピングモータ１３のステップ角を小さくしている。これにより、ステッピンクモータ１３の駆動パルス周波数が同じであれば、天板１２の移動速度が遅くなるが、１ステップ内における天板１２の移動速度のばらつきが小さくなり、被検体Ｐを撮影して得られるＭＲＩ画像の画質が高くなる。

しかも、このステップ角は、被検体Ｐを撮影する撮影条件の一つである撮影シーケンスの種類に基づいて予め設定されている。このため、入力部１６から入力される撮影シーケンスの種類に応じた最適なステップ角で天板１２が移動され、移動している天板１２上の被検体Ｐが撮影される。

さらに、入力部１６から入力される被検体Ｐを撮影する撮影条件である、有効撮影領域（ＦＯＶ）、マトリクスのサイズ、ＲＦパルスを印加する間隔である繰り返し時間（ＴＲ）等により、ステッピングモータ１３の駆動パルス周波数が自動的に設定される。これにより、天板１２の移動速度のばらつきを抑制することができるとともに、天板１２の移動速度を可能な範囲で上げることができ、被検体Ｐの撮影効率を上げることができる。

また、このＭＲＩ装置では、天板１２を移動させながら撮影を行なうため、天板１２を移動させることにより発生する電磁波ノイズ、特に、モータドライバ１４から発生する電磁波ノイズが撮影領域３内に入り込むことを抑制する必要がある。

そこで、図４ないし図６に示すように、モータドライバ１４を電磁波シールドし、モータドライバ１４から発生した電磁波ノイズが撮影領域３内に入り込むことを抑制している。

図４ないし図６に示すようにモータドライバ１４を電磁波シールドすることにより、モータドライバ１４から発生した電磁波ノイズが撮影領域３内に入り込むことが抑制され、被検体Ｐを撮影して得られるＭＲＩ画像の画質が高くなる。

本発明の一実施の形態に係るＭＲＩ装置の概略を示すブロック図である。 マイクロステップ駆動方式のステッピングモータにおける、駆動パルス周波数と回転速度との関係を示すグラフである。 マイクロステップ駆動方式のステッピンクモータにおける１ステップ当りの回転角度の変化の様子を示すグラフである。 モータドライバにおける電磁波シールドの構造を示す断面図である。 モータドライバにおける電磁波シールドの構造を示す断面図である。 モータドライバにおける電磁波シールドの構造を示す断面図である。

符号の説明

４…天板
５…静磁場発生部
６…傾斜磁場発生部
７…ＭＲ信号受信部
１２…天板
１３…マイクロステップ駆動方式のステッピングモータ
１５…移動速度制御部
１６…入力部
Ｐ…被検体

Claims (4)

1. 被検体を載せる天板と、
   前記天板を移動させるマイクロステップ駆動方式のステッピングモータと、
   前記被検体に印加する静磁場を発生する静磁場発生部と、
   前記被検体に印加する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部と、
   前記被検体に印加するＲＦパルスを発生するＲＦパルス発生部と、
   前記被検体から発生するＭＲ信号を受信するＭＲ信号受信部と、
   前記被検体を撮影する撮影条件を入力する入力部と、
   入力された前記撮影条件に応じて前記ステッピンクモータによる前記天板の移動速度を変更する移動速度制御部と、
   を備えることを特徴とするＭＲＩ装置。
2. 前記移動速度の変更は、前記ステッピンクモータの駆動パルス周波数を変更することにより行われると共にステップ角を変更することによっても行なわれることを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
3. 前記ステッピンクモータを駆動するモータドライバが設けられ、このモータドライバから発生する電磁波ノイズがシールドされていることを特徴とする請求項１又は２記載のＭＲＩ装置。
4. 前記ステッピンクモータを駆動するモータドライバが設けられ、このモータドライバが前記静磁場発生部の長手方向の側方に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＭＲＩ装置。

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