JP2015029676A - 磁気共鳴イメージング装置およびプロトコル設定方法 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置およびプロトコル設定方法 Download PDF

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征司 吉田
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Abstract

【課題】低SARに限定した撮像プロトコルを用意することなく、SAR値を低減したプロトコルを素早く選択できるMRI装置を提供する。【解決手段】複数の撮像シーケンスの組み合わせ、およびその順序をプロトコルとして記憶する記憶部と、被検体に応じてプロトコルを選択するプロトコル表示・選択部201と、被検体に対して許容する操作モードを入力する操作モード制限入力部203と、選択されたプロトコルに含まれる撮像シーケンスに基づき上限SAR値を算出するSAR演算部205と、算出した上限SAR値が選択した操作モードで許容されるSAR値の範囲を超えるか判定し、上限SAR値が許容されるSAR値の範囲より超える場合に、プロトコルを構成する撮像パラメータを調整し、許容される範囲内にSAR値を低減した新たなプロトコルを生成するプロトコル変換部204とを備える。【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SAR(Specific Absorption Ratio:比吸収率)を低減したプロトコル設定方法およびそれを備えるMRI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。
通常、撮像に用いるパルスシーケンスは、1被検体に対して複数を用い、連続してRFパルスを照射する。このため、MRI装置は、1被検体に1回で用いるパルスシーケンスの組み合わせおよび照射する順序を記憶しておくことができる。このようなパルスシーケンスの組をプロトコルと呼ぶ。
磁気共鳴撮像における再構成画像の画質、撮像の時間および比吸収率(SAR)は、撮像に用いるパルスシーケンスにより大きく異なるが、同種のパルスシーケンスであっても、その撮像パラメータの設定値(例えば、視野、パルスの繰返し時間(TR)、エコー時間(TE)、反転回復時間(TI)、スライス厚、スライス数、撮像のマトリクス数、信号の加算回数など)の違いにより大きな差を生じる。
従って、操作者は被検体の負担を考え、医師が正確な診断を行える画像を得るために、被検体毎に体調・撮像の時間・疾患種類・診断部位・撮像の領域を考慮し、細かに撮像パラメータの値を設定する必要がある。
非特許文献1には、傾斜磁場を印加している間の時間平均のSARの値に応じて、装置の状態を3段階に分割し、SARが低いものから通常操作モード、第一次水準管理操作モード、第二次水準管理操作モードと規定している。被検体への負担を抑えるため、一般的な被検体は通常操作モードまたは第一次水準管理操作モードにおいて撮像しなければならず、妊娠している被検体や体温調整が困難な被検体は通常操作モードだけで撮像しなければならない。
ところで、各撮像パラメータとSARの間には種々の相関関係がある。例えば、TRを短くすると、パルスの繰り返し間隔が短くなり、時間平均のSARが増大する。操作者は、このような相関関係に基づく制約の下で、許容されている操作モードにおける最適な撮像パラメータ値を探し、設定しなければならない。
また、特許文献1には、複数のパルスシーケンスを組み合わせて行う被検体の撮像において、パルスシーケンスのSAR予測値に基づいて、パルスシーケンスの順序を入れ替える、または待ち時間を挿入することで、時間平均のSARを低減するMRI装置が開示されている。
WO 2011/122340 A1
International Electrotechnical Commission著「IEC 60601-2-33 Ed.3: Medical electrical equipment-Part 2-33: Particular requirements for the basic safety and essential performance of magnetic resonance equipment for medical diagnosis」
妊娠している被検体や体温調整が困難な被検体を撮像する場合、操作者は通常操作モードのみで撮像する複数のパルスシーケンスを組み合わせたプロトコルを準備する必要がある。MRI装置は、過去の撮像に用いたプロトコルを流用できるように記憶しておくことができるので、すでに同様の疾患種類・診断部位に対応するプロトコルが記憶されていれば、プロトコルの準備は容易である。しかし、通常操作モードのみで撮像する被検体を撮像する頻度は稀であり、流用できるプロトコルが記憶されている確率は低いと考えられる。
そのため、多くの被検体で用いられる通常操作モードおよび第一次水準管理操作モードで撮像するプロトコルの各パルスシーケンスの撮像パラメータを調整し、通常操作モードの範囲にSARを低減することが現実的である。
しかしながら、特許文献1の従来技術では、複数のパルスシーケンスを組み合わせることによるSARの増加に対応するだけであり、個々のパルスシーケンスは所望のSARに抑えられていることを前提としているため、すべてのパルスシーケンスに対してSARを低減するためのパラメータ調整が必要である。
そこで、本発明の目的は特別に通常操作モードに限定した撮像プロトコルを用意していなくても、通常操作モード内にSAR値を低減したプロトコルを素早く選択できる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、本発明による磁気共鳴イメージング装置は以下の通りである。
被検体に対して複数の撮像シーケンスからなる検査を実行する磁気共鳴イメージング装置であって、複数の撮像シーケンスの組み合わせ、およびその順序をプロトコルとして記憶する記憶部と、被検体に応じてプロトコルを選択するプロトコル表示・選択部と、被検体に対して許容する操作モードを入力する操作モード制限入力部と、選択されたプロトコルに含まれる撮像シーケンスに基づき上限SAR値を算出するSAR演算部と、算出した上限SAR値が選択した操作モードで許容されるSAR値の範囲を超えるか判定し、上限SAR値が許容されるSAR値の範囲より超える場合に、プロトコルを構成する撮像パラメータを調整し、許容される範囲内にSAR値を低減した新たなプロトコルを生成するプロトコル変換部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、特別に通常操作モードに限定した撮像プロトコルを用意していなくても、通常操作モード内にSAR値を低減したプロトコルを素早く選択できるMRI装置を提供することができる。
本発明の全体構成の例を示す図である。 本発明の処理を行う機能ブロック図である。 本発明の全体の処理を示すフローチャートである。 本発明の全体の処理を示すフローチャートである。
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装置の全体概要の例を図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軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル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RF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RF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、ディスプレイ20とを有する。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MRI装置及び低SAR撮像のプロトコルを設定する方法についての実施例を説明する。
操作者は、複数のパルスシーケンスを組み合わせて成るプロトコルを検査の前に準備しておく。用意するプロトコルは、一般的に広く臨床で使用される、「第一次水準管理操作モード」で撮像するパルスシーケンスで構成されたものである。
磁気ディスク18に、プロトコルを予め記憶しておく。記憶する情報は、構成するパルスシーケンスを決定するための撮像パラメータ、パルスシーケンスの照射順序、プロトコルの名称、対象となる診断部位、撮像時間などである。プロトコルに含まれるパルスシーケンスは、実行順に1番目、2番目というようにして、番号が振られているものとする。
本実施例に係る演算の各機能を図2に示す演算処理部101の機能ブロック図に基づいて説明する。
プロトコル表示・選択部201は、磁気ディスク18に保持されているプロトコルをディスプレイ20に一覧で表示する。表示されたプロトコルを操作者が特定できるようにするため、プロトコルの名称、撮像時間、含まれるパルスシーケンスのシーケンス名などを表示する。操作者は、キーボード24やトラックボール又はマウス23を用いて、表示されているプロトコルを選択できる。選択したプロトコルは検査に使用する。
どのプロトコルを表示するかは、プロトコル表示制御部202が操作者によって指定された条件(プロトコルの名称や対象となる診断部位)に基づいて判定する。操作モード制限入力部203は、操作者が検査の操作モードを通常操作モードに限定するかどうかを入力するためのものである。操作モード制限入力部203に、通常操作モードに制限するように入力された場合、プロトコル変換部204は、磁気ディスク18に記憶されているプロトコルを読み出し、通常操作モードに制限したプロトコルを生成する。SAR演算部205はプロトコルに含まれるパルスシーケンスからSARを予測し、そのプロトコルを実施する際の操作モードを決定する。パラメータ調整部206は、任意のパルスシーケンスを通常操作モードに限定しても撮像できるように、撮像パラメータを変更する。
次に、上記演算処理部101の各機能部が連携して行う、本実施例の処理フローを図3、図4に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローチャートはプログラムとして予め磁気ディスク18に記憶されており、必要に応じてRAM22にロードされ、CPU8により実行されることで実施される。
最初に、図3に基づいて全体の処理フローを説明する。
ステップ301では、操作者は、キーボード24やトラックボール又はマウス23を用いて、被検体の名前、被検体の識別子、身長、体重、年齢、性別等の被検体情報を入力する。
ステップ302で、操作者は、プロトコルの抽出条件を入力する。
ステップ303で、操作者は、この被検体の撮像において、操作モードを通常操作モードに限定するかどうかを入力する。
ステップ304で、SAR演算部205がステップ301にて入力された被検体情報とステップ303で入力された操作モード制限から、その被検体の撮像において許容される上限SAR値を計算する。
ステップ305で、ステップ302において入力されたプロトコルの抽出条件に基づいて、プロトコル表示制御部202が磁気ディスク18に記憶されているプロトコルの中から、該当するプロトコルを抽出する。
ステップ306で、抽出したプロトコルに含まれるすべてのパルスシーケンスを変更することで、操作モードを制限した状態で実施できるように、プロトコルを変換する。詳細は後述する。
ステップ307で、変換済みのプロトコルをプロトコル表示・選択部201に表示する。操作者は、プロトコル表示・選択部201の表示されているプロトコルの中から、最適なものを検討・選択することで、撮像を開始する。
以上が、本実施例の全体処理フローの説明である。
次に、図4に基づいて、図3で示すステップ306の詳細処理フローを説明する。
ステップ401で、操作モード制限入力部203に操作モードを制限するように入力されているかどうかを判定する。入力されていない場合(No)は処理を終了する。入力されている場合(Yes)はステップ402に移行する。
ステップ402で、プロトコルを構成するパルスシーケンスを順に処理するための識別子nを1で初期化する。その後、ステップ403に移行する。
ステップ403で、識別子nがパルスシーケンス数以下であるかどうか(n番目のパルスシーケンスが存在するかどうか)を判定する。パルスシーケンス数以下でない場合(No)は処理を終了する。パルスシーケンス数以下である場合、ステップ404に移行する。
ステップ404で、SAR演算部205が、被検体の情報を用いて、n番目のパルスシーケンスのSAR予測値を計算する。
ステップ405で、SAR演算部205が計算したSAR予測値に基づいて、そのパルスシーケンスを実施する際の操作モードを決定する。
ステップ406で、判定された操作モードが通常操作モードかどうかを判定する。通常操作モードでない場合(No)はステップ407に移行する。通常操作モードである場合(Yes)はステップ408に移行する。
ステップ407で、パラメータ調整部がn番目のパルスシーケンスが通常操作モードの範囲のSARに低減されるように、撮像パラメータを変更する。撮像パラメータの変更は、例えば、特開2006−280820号公報において述べられている、1個のパルスシーケンスの撮像パラメータを調整する方法を使用する。当該公報によれば、撮像パラメータの調整は、どのパラメータを変更し、どのパラメータを固定するかによって複数の方法があり得る。そこで、変更するパラメータに応じて複数のパルスシーケンスに変換し、それらを別のプロトコルとしてプロトコル表示・選択部201に表示することで、適切なパルスシーケンスを操作者が判断するようにしても良い。
ステップ408で、次のパルスシーケンスを処理するため、識別子nに1を加算する。その後、ステップ403に移行する。
以上までが、ステップ306の詳細処理フローの説明であるが、以下にステップ407で実行されるパラメータの調整の過程を具体例で説明する。
なお、下記に示す具体的な数値は、その時の種々パラメータやSARの係数によって変化するので、一例として示すものである。
≪パラメータの調整例≫
例えば、プロトコルAが保存されているとする。
プロトコルAのシーケンス数は3つで、下記のシーケンスで構成される。
シーケンス1:スキャノグラム
シーケンス2:T2強調画像
シーケンス3:T1強調画像
次に、図4の処理フローに当て嵌めてみると、以下のようになる。
まず、ステップ306のプロトコル変換を開始する。
<n=1の時>
ステップ402:n=1であるから、ステップ403の判定で「Yes」となり、ステップ404に至る。
ステップ404:上記シーケンス1を構成するスキャノグラムのSAR予測値を算出し、ステップ405に至る。
ステップ405:算出したSAR予測値に基づき操作モードを決定する。一般的にスキャノグラムのSARは低いので通常操作モード内となる。従って、判定は「Yes」となり、ステップ408へ至る。
ステップ408:n=n+1、すなわちn=2となり、ステップ403に戻る。
<n=2の時>
ステップ404:n=2であるから、2番目のシーケンスであるT2強調画像のSAR予測値を算出し、ステップ405へ至る。
ステップ405:算出したSAR予測値に基づき操作モードを決定する。全身SARの6分平均が、例えば、3.0[W/kg]で、10秒平均が5.0[W/kg]である場合、算出された操作モードは、第一次水準管理操作モードとなる。
ステップ406:従って、操作モードの判定は「No」となり、ステップ407へ至る。
ステップ407:全身SARの6分平均3.0[W/kg]を2.0[W/kg]、10秒平均5.0[W/kg]を4.0[W/kg]以下にするように、TRを下げる。例えば、TRを4500から5200に変更する。この様な調整で、SAR値は通常操作モード内に設定される。
ステップ408:n=n+2、すなわちn=3となり、ステップ403に戻る。
<n=3の時>
ステップ404:n=3であるから、3番目のシーケンスであるT1強調画像のSAR予測値を算出し、ステップ405へ至る。
ステップ405:算出したSAR予測値に基づき操作モードを決定する。全身SARの6分平均が3.0[W/kg]で、10秒平均が5.0[W/kg]である場合、算出された操作モードは、第一次水準管理操作モードとなる。
ステップ406:従って、操作モードの判定は「No」となり、ステップ407へ至る。
ステップ407:全身SARの6分平均3.0[W/kg]を2.0[W/kg]、10秒平均5.0[W/kg]を4.0[W/kg]以下にするように、TRを増加する。ただし、T1強調画像とするためのTR上限700を超えない範囲とし、それでもSARが超えているようであればFAを下げて調整する(例えば、TR600から700へFA8から7へ)。
ステップ408:n=n+3、すなわちn=4となり、ステップ403に戻る。
<n=4の時>
ステップ403:n(=4)≦3を満たさないので、プロトコル変換終了となる。
なお、SARを低減するために変更するパラメータで代表的なものに、TR、FA、Slice数、MultiAcqusition等がある。これらの数値を変更することによってSAR値が変わるがそれに伴って画質等への影響も生じる。
そこで、パラメータの調整にあたって、最初に調整するのはTRであるが、数値だけをみてパラメータ調整を行なうと、所望のコントラストが得られなくなる。
例えば、T2強調はTRを増加させてもT2強調画像を得られるが、T1強調はTRを増加しすぎるとT1コントラストがつかなくなる。そのため、プロトコル保存時にパラメータ変更の優先順を設定しておく。
または、WO2008/146551号公報(特願2009−516221)に開示されているような、画像の自動分類方法を用いて、撮影パラメータからT2強調なのかT1強調なのかを自動的に判断し、事前にT2強調の場合のパラメータ変更優先順とT1強調の場合のパラメータ変更優先順を設定しておいて、自動判断結果に応じてパラメータ変更優先順を決めることもできる。
以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。
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。

Claims (8)

  1. 被検体に対して複数の撮像シーケンスからなる検査を実行する磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記複数の撮像シーケンスの組み合わせ、およびその順序をプロトコルとして記憶する記憶部と、
    前記被検体に応じて前記プロトコルを選択するプロトコル表示・選択部と、
    前記被検体に対して許容する操作モードを入力する操作モード制限入力部と、
    前記選択されたプロトコルに含まれる撮像シーケンスに基づき上限SAR値を算出するSAR演算部と、
    前記算出した上限SAR値が前記選択した操作モードで許容されるSAR値の範囲を超えるか判定し、前記上限SAR値が許容されるSAR値の範囲より超える場合に、前記プロトコルを構成する撮像パラメータを調整し、許容される範囲内にSAR値を低減した新たなプロトコルを生成するプロトコル変換部と、を備えた
    ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記上限SAR値は、前記被検体に関する情報と前記操作モードとから算出される
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記撮像パラメータの調整は、前記記憶部に予め設定された撮像パラメータ変更の優先順に従ってなされる
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記操作モードは、SAR値の許容範囲の異なる複数の操作モードの内のいずれかであって、
    前記選択された操作モードがSAR値の許容範囲が低い操作モードの場合に、前記プロトコル変換部は前記新たなプロトコルを生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記プロトコルは、前記被検体に対する診断部位に応じて選択される
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 被検体の検査を実行する磁気共鳴イメージング装置における複数の撮像シーケンスを含むプロトコルの設定方法であって、
    前記複数の撮像シーケンスの組み合わせ、およびその順序をプロトコルとして記憶するステップと、
    前記被検体に応じて前記プロトコルを選択するステップと、
    前記被検体に対して許容する操作モードを入力するステップと、
    前記選択されたプロトコルに含まれる撮像シーケンスに基づき上限SAR値を算出するステップと、
    前記算出した上限SAR値が前記選択した操作モードで許容されるSAR値の範囲を超えるか判定するステップと、
    前記上限SAR値が許容されるSAR値の範囲より超える場合に、前記プロトコルを構成する撮像パラメータを調整し、許容される範囲内にSAR値を低減した新たなプロトコルを生成するステップと、を備えた
    ことを特徴とするプロトコル設定方法。
  7. 前記上限SAR値は、前記被検体に関する情報と前記操作モードとから算出される
    ことを特徴とする請求項6に記載のプロトコル設定方法。
  8. 前記撮像パラメータの調整は、前記記憶部に予め設定された撮像パラメータ変更の優先順に従ってなされる
    ことを特徴とする請求項6に記載のプロトコル設定方法。
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