JP2010131291A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、MRIにおけるシーケンスとシーケンスの合間における、渦電流の補償のためのデジタル信号の初期化の時間をなくすることを目的とする。
【解決手段】 傾斜磁場発生手段は、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、その電源と、前記傾斜磁場コイルに印加された指示波形に対し、渦電流の影響を補正する補正手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
補正手段内に、シーケンスに対応させて指示波形を記憶する記憶手段を2つ以上備え、前記制御手段は、前記2つ以上の記憶手段のいずれか一方を使いながら2種類以上のシーケンスを実行し、前記2つ以上の記憶手段のいずれか一方を用いて撮像している最中に他の記憶手段を初期化する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(MRI)装置に係り、特に、渦電流損補正回路の内部に備えられている記憶メモリを好適に初期化する技術に関する。

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信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮像においては、NMR信号には、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NMR信号は、2次元又は3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。NMR信号に位置情報を与えるX，Y，Zの3軸方向への傾斜磁場は、3種類の傾斜磁場コイルを駆動することによって発生し、傾斜磁場コイルに印加される信号波形によって制御される。

近年、MRI装置においては傾斜磁場コイルを極めて短時間で切り換えて撮像する高速撮像法が主流となっている。このような撮像法では、傾斜磁場を高周波パルスで発生させるため、高周波成分が多くなり、この高周波成分によって傾斜磁場発生系に渦電流が発生するという問題が生じている。

特許文献1では、渦電流の発生を考慮に入れたデジタル信号を、傾斜磁場発生系の伝達関数の逆関数により表して、該デジタル信号により渦電流の補償を行う技術が開示されている。

また、特許文献2では、前記デジタル信号を、傾斜磁場の3軸方向毎、シーケンス毎に初期化する際の技術が開示されており、具体的には、1つのシーケンスが終わる毎に、傾斜磁場の3軸方向毎に容易された渦電流補正のためのデジタル信号を一度にメモリで初期化する技術が開示されている。そのことによって、1つのシーケンスが終わってから次のシーケンスが始まるまでの時間が短縮され、患者や操作者にとって好適な磁気共鳴イメージング装置が提供されている。

特開平7-177129号公報 特開2001-149343号公報

しかしながら、特許文献1に記載の技術をもってしてもなお、3つの傾斜磁場用に用意されたデジタル信号を記憶した3つのメモリを初期化するのに、ある程度の時間を要した。

本発明の目的は、MRIにおけるシーケンスとシーケンスの合間における、渦電流の補償のためのデジタル信号の初期化の時間をなくし、患者や操作者にとって好適な磁気共鳴イメージング装置が提供することにある。

上記目的を達成するため、被検体の置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場に重畳して傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記被検体を構成する原子核スピンを励起するための高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段および前記核磁気共鳴信号をもとに前記被検体の断層像を構成する画像再構成手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場発生手段と前記検出手段と前記画像再構成手段を制御する制御手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、その電源と、前記傾斜磁場コイルに印加された指示波形に対し、渦電流の影響を補正する補正手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段内に、前記指示波形を記憶する記憶手段を複数種類のシーケンスに対応させて2つ以上備え、前記制御手段は、前記2つ以上の記憶手段のいずれか一方を使いながら2種類以上のシーケンスを実行し、前記2つ以上の記憶手段のいずれか一方を用いて撮像している最中に他の記憶手段を初期化する。

本発明によれば、MRIにおけるシーケンスとシーケンスの合間における、渦電流の補償のためのデジタル信号の初期化の時間をなくし、患者や操作者にとって好適な磁気共鳴イメージング装置が提供することが可能となる。

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1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。撮影時には、スライス面(撮影断面)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、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、ＣＲＴ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、外部記憶装置の磁気ディスク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2次元もしくは3次元的に撮像する。

次に、本発明の実施例1について図2を用いて説明する。
図2の示すように、渦電流補正回路はメモリコントローラ26と、X部、Y部、Z部の3系統の補正処理回路27a〜cを有している。
X部、Y部、Z部の補正処理回路27a、27b、27cの内部構成は共通しており、傾斜磁場波形制御部28と、デジタルデータ格納用メモリ29a、29bと、メモリへのアクセスを切り替える切替回路30と、メモリアクセスの切り替えを制御する切替制御回路31とを備える。

デジタルデータ格納用メモリ29aと29bは、どちらも傾斜磁場波形信号のデジタルデータを一時的に格納するメモリである。

切替回路30は、切替制御回路31からの切替信号に従って、選択的に、傾斜磁場波形制御部28と、メモリコントローラ26のいずれか一方のアドレスバス、データバス、制御信号線群をメモリ29aのアドレスバス、データバス、制御信号線群に接続し、他方のアドレスバス、データバス、制御信号線群をメモリ29bのアドレスバス、データバス、制御信号線群に接続する。すなわち、メモリコントローラ26がメモリ29aに接続された場合には、傾斜磁場波形制御部28は、メモリ29bに接続され、メモリコントローラ26がメモリ29bに接続された場合には、傾斜磁場波形制御部28は、メモリ29aに接続される。

ここで、制御信号線群とは、メモリを活性化させるためのチップセレクト信号や、データを書き込むためのライト信号や、データを読み出すためのリード信号などを含む。

傾斜磁場波形信号の補正処理に使われたメモリは、直前の傾斜磁場発生時に書き込んだ内容によって、次の傾斜磁場発生動作が誤動作しないように、1回の傾斜磁場発生が終了する度に、メモリの全アドレス領域に対してデータ"0"を書き込むことにより初期化する。

以下に、図3を用いながら、傾斜磁場発生時の補正処理とメモリの初期化動作について説明する。

ここで、補正処理回路27a、27b、27cが備えるメモリを区別するために、補正処理回路27aのメモリ29aをXM1、メモリ29bをXM2とし、同様に補正処理回路27bのメモリをYM1、YM2、補正処理回路25cのメモリをZM1、ZM2と示す。また、X部、Y部、Z部のメモリのうち、XM1、YM1、ZM1をメモリa群と、XM2、YM2、ZM2をメモリb群とを示す。

(ステップ301)
装置全体の起動と共に、メモリa群とメモリb群は初期化が行われ、各メモリの全アドレスに対して"0"が書き込まれる。

(ステップ302)
初期化作業が終わると、切替制御回路31からの制御信号により切替回路30は、傾斜磁場波形制御部28のアドレスバス、データバス、制御信号線群とメモリa群のアドレスバス、データバス、制御信号線群とを接続する。メモリコントローラ26のアドレスバス、データバス、制御信号線群とメモリb群のアドレスバス、データバス、制御信号線群とを、それぞれ接続する。

(ステップ303)
MRI装置が撮像を始めると、傾斜磁場発生指示信号(X入力)が補正処理回路29aに入力され、傾斜磁場波形制御部28は、入力データのメモリXM1へのライトとリードを繰り返しながら、傾斜磁場コイル9で生じる渦電流分を補正して最適な測定ができるように調整した傾斜磁場信号波形(X出力)を生成し、駆動制御信号として出力する。また、Y部ではY入力に対してY出力、Z部ではZ入力に対してZ出力と、同様の動作が行われる。
この傾斜磁場発生動作と共に、メモリコントローラと接続されたメモリb群は、その全アドレス領域に対してデータ"0"が書き込まれ初期化される。

(ステップ304)
撮像を終了する。

(ステップ305)
切替制御回路31からの制御信号により切替回路30は、傾斜磁場制御部28のアドレスバス、データバス、制御信号線群とメモリb群のアドレスバス、データバス、制御信号線群とを接続する。メモリコントローラ26のアドレスバス、データバス、制御信号線群とメモリa群のアドレスバス、データバス、制御信号線群とを、それぞれ接続する。
つまり、切替制御回路30によって、傾斜磁場制御部27とメモリコントローラ26とが接続するメモリa群とb群とをスワップさせる。

(ステップ306)
切替回路29により傾斜磁場制御部27に接続されたメモリb群は初期化された状態であるので、メモリの初期化を行う時間を設けることなく、また以前の傾斜磁場発生時に書き込んだ内容によって、傾斜磁場発生動作が誤動作することなく、次の傾斜磁場発生動作を行うことが可能である。

(ステップ307)
MRI装置が次の撮像を始めると、傾斜磁場発生指示信号(X入力)が補正処理回路27aに入力され、メモリb群へのライトとリードを繰り返しながら、前記と同様の動作を行い、駆動制御信号を出力する。Y部、Z部もまた前記補正処理を行い、駆動制御信号を出力する。
この傾斜磁場発生動作と共に、メモリコントローラと接続されたメモリa群は、その全アドレス領域に対してデータ"0"が書き込まれ初期化される。

(ステップ308)
撮像終了する。
切替制御回路30からの制御信号により切替回路29は、前記傾斜磁場制御部27とメモリコントローラ26とが接続するメモリをスワップさせる。(302)
これにより傾斜磁場制御部27に接続されたメモリa群は、初期化された状態であるので、メモリの初期化を行う時間を設けることなく、次の傾斜磁場発生動作を行うことが可能である。

この一連の動作による、各メモリ群とその動作状態と切替信号を図4に示す。
以上のような本実施例によれば、被検体の置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場に重畳して傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記被検体を構成する原子核スピンを励起するための高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段および前記核磁気共鳴信号をもとに前記被検体の断層像を構成する画像再構成手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場発生手段と前記検出手段と前記画像再構成手段を制御する制御手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、その電源と、前記傾斜磁場コイルに印加された指示波形に対し、渦電流の影響を補正する補正手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段内に、前記指示波形を記憶する記憶手段を複数種類のシーケンスに対応させて2つ以上備え、前記制御手段は、前記2つ以上の記憶手段のいずれか一方を使いながら2種類以上のシーケンスを実行し、前記2つ以上の記憶手段のいずれか一方を用いて撮像している最中に他の記憶手段を初期化する。そのため、傾斜磁場発生動作と次の傾斜磁場発生との間に、傾斜磁場信号波形の補正処理に必要なメモリの初期化時間を設けることなく、常に次の傾斜磁場発生動作を待機することができるようになる。また、傾斜磁場駆動の際の誤動作やそれに伴う画像劣化を防止し、傾斜磁場の高速切り替えや、高速撮像を可能にすることができる。

本発明に係るMRI装置の一実施例における全体構成を示すブロック図 本発明の渦電流補正処理回路の一実施例を示すブロック図 渦電流補正処理回路とメモリコントローラのフローチャートの一例 渦電流補正処理回路とメモリの動作フローチャートの一例

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 磁気ディスク、19 光ディスク、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、25 補正処理回路、26 メモリコントローラ、27 傾斜磁場波形制御部、28 メモリ、29 切替回路、30 切替制御回路

Claims (1)

1. 被検体の置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場に重畳して傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記被検体を構成する原子核スピンを励起するための高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段および前記核磁気共鳴信号をもとに前記被検体の断層像を構成する画像再構成手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場発生手段と前記検出手段と前記画像再構成手段を制御する制御手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、その電源と、前記傾斜磁場コイルに印加された指示波形に対し、渦電流の影響を補正する補正手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
   前記補正手段内に、前記指示波形を記憶する記憶手段を複数種類のシーケンスに対応させて２つ以上備え、前記制御手段は、前記２つ以上の記憶手段のいずれか一方を使いながら２種類以上のシーケンスを実行し、前記２つ以上の記憶手段のいずれか一方を用いて撮像している最中に他の記憶手段を初期化することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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