JP2011015841A

JP2011015841A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2011015841A
Application number: JP2009162787A
Authority: JP
Inventors: Noboru Migishima; 昇右島
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】緊急減磁の際に、緊急減磁ヒータに流す電流のOn/Offを制御する開閉スイッチの誤動作が起こらずに信頼性の高い減磁を行え、超電導コイルの損傷が起こらないようにする。
【解決手段】永久電流スイッチに接続された超電導コイルと、超電導コイルの近傍に配置された緊急減磁ヒータと、を内部に有する超電導磁石が発生する静磁場を減磁する際に、超電導コイルの近傍に配置された緊急減磁ヒータに電流を供給する緊急減磁回路が、タイマ付電源を有して成り、緊急減磁ヒータへの電流供給を開始してから、タイマ設定部に設定された時間が経過後に、該緊急減磁ヒータへの電流供給を停止する。
【選択図】図2

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に、超電導磁石の静磁場を安全に消失させるため緊急減磁装置に関する。

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。撮影においては、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。

上記MRI装置では、静磁場発生装置として超電導磁石を用いる超電導タイプの装置がある。この超電導磁石は、その内部に配置された超電導コイルに、超電導状態を維持できる極低温にした状態で、永久電流を流す。これにより、超電導コイルを流れる永久電流が静磁場を発生し、超電導磁石が静磁場発生装置として機能する。

超電導コイルに流す永久電流の立ち上げ(励磁)処理と消失(減磁)処理を通常に行う場合は、例えば以下の通りとなる。即ち、
超電導コイルには、永久電流スイッチ(PCS；Permanent Current Switch)が直列に設けられ、永久電流スイッチの周囲にPCSヒータが設けられている。超電導コイルに永久電流を流して超電導磁石に静磁場を発生(励磁)させるためには、ヒータを通電して永久電流スイッチを加熱して常電導状態に保持した上で、この永久電流スイッチと並列に励減磁用電流電源を接続して、超電導コイルに所定の電流を流す。そして、PCSヒータによる永久電流スイッチの加熱を停止して永久電流スイッチを超電導状態に遷移させることにより、超電導コイルと永久電流スイッチとの間に永久電流が流れ続けることになる。

一方、静磁場を発生している超電導磁石の磁場を消失(減磁)させるためには、この永久電流を消失させてゼロにする必要がある。そのためには、永久電流スイッチと並列に励減磁用電流電源を接続して、PCSヒータに通電して永久電流スイッチを加熱して常電導状態に遷移させ、永久電流が励減磁用電流電源経由で流れるようにする。そして、励減磁用電流電源を制御して徐々に電流量を小さくしていく。

以上の通常の励磁及び減磁処理は、例えば、MRI装置の据付時やメンテナンス時に行う。

これに対して、何らかの障害(例えば、磁石への吸着事故など)が発生して緊急に減磁を行う必要が生じた場合には、緊急減磁処理を行う。その緊急減磁処理は、超電導コイルに流れる永久電流を消失させるために、超電導コイルを緊急減磁用ヒータで直接加熱して、該超電導コイルを超電導状態から常電導状態に強制的に遷移させ、永久電流の流れを保護素子側に変え、その保護素子の抵抗値で永久電流を消失させる。これにより、超電導磁石が発生する静磁場も消失させる。超電導コイルを常電導化させるためには、超電導コイルの近傍に配置された緊急減磁ヒータに電流を供給することにより、超電導コイルを加熱してその温度を上昇させる。

上記緊急減磁ヒータへの電流供給のon/offは、緊急減磁ヒータとヒータ用電源との間に設けられた開閉スイッチをon/offすることにより制御される(例えば特許文献1)。

特許第2659363号公報

しかし、[特許文献1]に記載の緊急減磁ヒータに流す電流のon/offを制御する開閉スイッチは、接点が一極(接点が一つ)であり、意図しない接点接触による作動を起こす可能性を否定できない。また開閉スイッチが閉状態を継続すると、緊急減磁ヒータへの電流が供給され続けることになるので、緊急減磁ヒータが発熱したままとなる。永久電流スイッチであれば、通常使用(励磁/減磁)時にヒータで加熱されるように設計されているが、超電導コイルは加熱されるように設計されていない。そのため、加熱が継続すると、静磁場が消失した後の意図しない温度上昇により、超電導コイルを損傷する恐れがある。[特許文献1]では、この課題が考慮されていない。

そこで、本発明の目的は、MRI装置において、緊急減磁の際に、緊急減磁ヒータに流す電流のon/offを制御する開閉スイッチの誤動作が起こらずに信頼性の高い減磁を行え、超電導コイルの損傷が起こらないようにすることである。

上記目的を達成するために、本発明のMRI装置は、超電導コイルの近傍に配置された緊急減磁ヒータに電流を供給する緊急減磁回路が、タイマ付電源を有して成り、緊急減磁ヒータへの電流供給を開始してから、所定時間が経過後に、該緊急減磁ヒータへの電流供給を停止する。

具体的には、本発明のMRI装置は、超電導コイルと、超電導コイルの近傍に配置された緊急減磁ヒータと、を内部に有する超電導磁石と、緊急減磁ヒータに電流を供給するための緊急減磁装置と、を備え、緊急減磁装置は、緊急減磁ヒータに電流を供給するヒータ電源と、ヒータ電源に電源を供給する主電源と、ヒータ電源と主電源との間に配置されて、主電源からヒータ電源への電源供給を制御する開閉スイッチと、を備え、ヒータ電源は、タイマとタイマ設定部とを有して、緊急減磁ヒータへの電流供給を開始してから、タイマ設定部に設定された時間が経過後に、該緊急減磁ヒータへの電流供給を停止することを特徴とする。

好ましくは、開閉スイッチは両切りスイッチとする。
また好ましくは、開閉スイッチは、タイマ制御部を有し、閉状態から所定時間経過後に、開状態となる。

本発明のMRI装置によれば、緊急減磁の際に、緊急減磁ヒータに流す電流のon/offを制御する開閉スイッチの誤動作が起こらずに信頼性の高い減磁を行え、超電導コイルの損傷が起こらないよう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基本構成を表すブロック構成図。本発明の実施例1の緊急減磁装置と静磁場発生装置の概略構成を示す図。タイマ付ヒータ電源の構成を示す図。開閉スイッチONとタイマ付ヒータ電源によるヒータ電流供給の動作関係を示す図本発明の実施例2の緊急減磁装置と静磁場発生装置の構成を示す図。

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101の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生磁石102と、傾斜磁場コイル103及び傾斜磁場電源109と、送信RFコイル104及びRF送信部110と、受信RFコイル105及び信号検出部106と、信号処理部107と、計測制御部111と、全体制御部108と、表示・操作部113と、被検体101を搭載してその被検体101を静磁場発生磁石102の内部に出し入れするベッド112と、を備えて構成される。

静磁場発生磁石102は、垂直磁場方式であれば被検体101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、それぞれ均一な静磁場を発生させるもので、内部に超電導コイルを含む静磁場発生源が配置されている。なお、静磁場発生磁石102には、その内部に配置された超電導コイルに永久電流を流して励磁を行うための、あるいは、永久電流を消失させて減磁を行うための、励減磁用電流電源が着脱可能に接続される。さらに、超電導コイルに直列に配置された永久電流スイッチを加熱するためにヒータに電流を供給する減磁装置が、着脱可能に接続される。

傾斜磁場コイル103は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に巻かれたコイルであり、それぞれの傾斜磁場コイルは、それを駆動する傾斜磁場電源109に接続され電流が供給される。具体的には、各傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源109は、それぞれ後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、それぞれの傾斜磁場コイルに電流を供給する。これにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzが発生する。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傾斜磁場パルス(Gs)が印加されて被検体101に対するスライス面が設定され、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傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード傾斜磁場パルス(Gf)が印加されて、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報がエンコードされる。

送信RFコイル104は、被検体101に高周波磁場(以下、RFという)パルスを照射するコイルであり、RF送信部110に接続され高周波パルス電流が供給される。これにより、被検体101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が誘起される。具体的には、RF送信部110が、後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、高周波パルスを振幅変調し、増幅した後に被検体101に近接して配置された送信RFコイル104に供給することにより、RFパルスが被検体101に照射される。

受信RFコイル105は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンのNMR現象により放出されるエコー信号(NMR信号)を受信するコイルであり、信号検出部106に接続されて受信したエコー信号を信号検出部106に送る。信号検出部106は、受信RFコイル105で受信したエコー信号の検出処理を行う。具体的には、RF送信コイル104から照射されたRFパルスによって誘起された被検体101の応答のエコー信号が被検体101に近接して配置された受信RFコイル105で受信され、後述の計測制御部111からの命令に従って、信号検出部106が、受信したエコー信号を増幅し、直交位相検波により直交する二系統の信号に分割し、それぞれを所定数(例えば128,256,512等)サンプリングし、各サンプリング信号をA／D変換してディジタル量に変換し、後述の信号処理部107に送る。従って、エコー信号は所定数のサンプリングデータからなる時系列のデジタルデータ(以下、エコーデータという)として得られる。

計測制御部111は、被検体101の断層画像の再構成に必要なデータデータ収集のための種々の命令を、主に、傾斜磁場電源109と、RF送信部110と、信号検出部106に送信してこれらを制御する制御部である。具体的には、計測制御部111は、後述する全体制御部108の制御で動作し、ある所定のパルスシーケンスに基づいて、傾斜磁場電源109、RF送信部110及び信号検出部106を制御して、被検体101へのRFパルスと傾斜磁場パルスの印加及び被検体101からのエコー信号の検出を繰り返し実行し、被検体101の断層画像の再構成に必要なエコーデータを収集する。

全体制御部108は、計測制御部111の制御、及び、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等の制御を行うものであってCPU及びメモリを内部に有する演算処理部と、光ディスク、磁気ディスク等の記憶部とを有して成る。具体的には、計測制御部111を制御してエコーデータの収集を実行させ、信号処理部107からのエコーデータが入力されると、演算処理部が信号処理、フーリエ変換による画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体101の断層画像を、後述の表示・操作部108に表示させると共に記憶部に記録する。

表示・操作部113は、被検体101の断層画像を表示するディスプレイと、MRI装置の各種制御情報や上記全体制御部108で行う処理の制御情報を入力するトラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部と、から成る。この操作部はディスプレイに近接して配置され、操作者がディスプレイを見ながら操作部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RF送信コイル104と傾斜磁場コイル103は、被検体101が挿入される静磁場発生磁石102の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の受信RFコイル105は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

現在の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MRI装置の実施例1について説明する。本実施例は、ヒータに電流を供給する電源がタイマ機能を有して、予め設定された電流供給時間が経過後は、ヒータへの電流供給を自動で停止する。以下、図2〜4に基づいて本実施例を詳細に説明する。

図2は、超電導磁石102と、これに接続された緊急減磁装置200の概略構成を示す図である。

超電導磁石102は、超電導コイル205を超電導状態に保持できるようにするために、内部に液体ヘリウム槽206を備え、液体ヘリウム槽206内部に超電導コイル205を液体ヘリウムに浸漬して保持する。また、緊急減磁の際に超電導コイル205を加熱するための緊急減磁ヒータ203が、該超電導コイル205の近傍に配置されている。また、この緊急減磁ヒータ203へ電流を供給するためのリード線に繋がれたコネクタ端子207-1,207-2が超電導磁石102の表面に設けられている。さらに、超電導コイル205と並列に、緊急減磁時に超電導コイル205に流れる電流を消費するための抵抗である保護素子204が、超電導コイル205と並列に備えられている。

一方、緊急減磁装置200は、緊急減磁ヒータ203に電流を供給するためにタイマ付電源207と、タイマ付電源207に電源を供給するための主電源201と、タイマ付電源207と主電源201の間に接続されて主電源201によるタイマ付電源207への電源供給をon/offする2極開閉(両切り)スイッチ202-1,202-2と、を備える。そして、緊急減磁装置200の出力端子がコネクタ端子207-1,207-2に接続されることにより、緊急減磁装置200と緊急減磁ヒータ203とが電気的に接続される。

図2に示す様に、2つの接点を有する2極開閉スイッチ202を使用することで、意図しない接点接触を防ぐことが可能となり、1極開閉スイッチよりも安全となる。具体的には、1極開閉スイッチの場合、スイッチとして機能する以外の2個の接点(スイッチから伸びたコネクタなど)が金属面に接触するとスイッチが押されなくてもと導通し、回路が動作してしまう。2極開閉スイッチであれば4個の接点が金属に接触しても回路は動作せず、通電することはない。その結果、2極開閉スイッチ202を使用することで、誤動作が起こらずに信頼性の高い減磁を行うことができるようになる。

タイマ付電源207は、予め設定された時間だけ緊急減磁ヒータ203に電流を供給する。つまり、このタイマ付電源207が起動して一度緊急減磁ヒータ203への電流供給を開始しても、この設定時間を経過後は自動的に緊急減磁ヒータ203への電流供給を停止する機能を有する。例えば、図3に示す様に、タイマ付電源207は、タイマ設定部301と、タイマ302と、制御部303と、内部電源回路305と、を有し、制御部303で内部電源回路305を制御し、緊急減磁ヒータ203への電流供給が開始されると、タイマ302で緊急減磁ヒータ203への電流供給時間のカウントを開始する。予めタイマ設定部301に設定された電流供給時間が経過すると、制御部303が内部電源回路305を制御し、緊急減磁ヒータ203への電流供給を停止する。これにより、タイマ付電源207から緊急減磁ヒータ203への電流供給が、予め設定された電流供給時間後に自動で停止される。この電流供給時間の設定は、操作者が行っても良いし、全体制御部108が図示せぬ制御信号線を介して設定してもよい。

超電導磁石102へ磁性体が吸着することなど不測の事態が発生し、緊急に超電導磁石102が発生している静磁場を消失させる必要が生じた場合等に、操作者が開閉スイッチ202を閉状態(on)とすることにより、緊急減磁装置200内では、主電源201がタイマ付電源207に接続されて、主電源201からタイマ付電源207への電源供給が開始される。これにより、タイマ付電源207から緊急減磁ヒータ203への電流の供給が開始される。その結果、緊急減磁ヒータ203により加熱された超電導コイル205は超電導状態から常電導状態に遷移し、超電導コイル205を流れる永久電流が常電導化した超電導コイルが有する抵抗で保護素子204側に流れて消費され減磁処理が開始される。その結果、液体ヘリウムに浸漬された保護素子204が急激に温度上昇し、その保護素子204の発熱により液体ヘリウムが気化する。気化したヘリウムガスにより液体ヘリウム槽206内部の圧力が上昇し、膨張したヘリウムガスが保護板を破ってから排気管から外部に放出される。

永久電流がゼロに消失した後にも、開閉スイッチ202は閉状態を継続するので、主電源201からタイマ付電源207への電源供給が継続する。しかし、タイマ付電源207に設定された電流供給時間が経過すると、タイマ付電源207は自動的に緊急減磁ヒータ203への電流供給を停止することなる。以上のような、開閉スイッチの動作と緊急減磁ヒータ203に供給される電流の時間的変化の一例を図4に示す。

このように、タイマ付ヒータ電源207を設けることにより、開閉スイッチ202が閉状態(on)であっても予め設定された電流供給時間経過した直後から、緊急減磁ヒータ203への電流供給を自動で遮断することができ、超電導コイル205の加熱を自動で停止して、温度上昇による超電導コイル205の損傷を防ぐことが可能になる。

次に、本発明のMRI装置の実施例2について説明する。本実施例は、開閉スイッチ202の閉動作をタイマ制御する。以下、前述の実施例1と異なる箇所のみを図5に基づいて説明し、同一の箇所については説明を省略する。

本実施例の緊急減磁装置200は、図5に示すように、開閉スイッチ202をタイマ制御する開閉スイッチタイマ制御部501を内部に有している。開閉スイッチ202が閉状態(on)とされて、緊急減磁動作が開始された後から、予め設定された閉状態持続時間が経過後に、開閉スイッチタイマ制御部501が動作して、開閉スイッチ202を自動で開状態(off)にする。開閉スイッチタイマ制御部501の具体的構成例は、図3で説明した、タイマ設定部301とタイマ302と制御部303とを有する構成および動作と同様であるので、詳細な説明は省略する。

以上のように、開閉スイッチタイマ制御部501を備えて、開閉スイッチ202が閉状態(on)とされてから閉状態持続時間が経過後に、該開閉スイッチ202を自動で開状態(off)とすることにより、より信頼性の高い緊急減磁ヒータ203による超電導コイルの加熱制御が行われ、超電導コイルの損傷を防ぐことが可能となる。なお、本実施例において、前述の実施例で説明したタイマ付ヒータ電源207を併用しても良い。

101 被検体、102 静磁場発生磁石、103 傾斜磁場コイル、104 送信RFコイル、105 受信RFコイル、106 信号検出部、107 信号処理部、108 全体制御部、109 傾斜磁場電源、110 RF送信部、111 計測制御部、112 ベッド、113 表示・操作部

Claims

超電導コイルと、前記超電導コイルの近傍に配置された緊急減磁ヒータと、
を内部に有する超電導磁石と、
前記緊急減磁ヒータに電流を供給するための緊急減磁装置と、
を備えて成る磁気共鳴イメージング装置であって、
前記緊急減磁装置は、前記緊急減磁ヒータに電流を供給するヒータ電源と、前記ヒータ電源に電源を供給する主電源と、前記ヒータ電源と前記主電源との間に配置されて、前記主電源から前記ヒータ電源への電源供給を制御する開閉スイッチと、を備え、
前記ヒータ電源は、タイマとタイマ設定部とを有して、前記緊急減磁ヒータへの電流供給を開始してから、タイマ設定部に設定された時間が経過後に、該緊急減磁ヒータへの電流供給を停止する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、
前記開閉スイッチは両切りスイッチであることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記開閉スイッチは、タイマ制御部を有し、閉状態から所定時間経過後に、開状態となることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。