JP3384876B2 - 勾配磁場用電源供給方法及び核磁気共鳴画像診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は核磁気共鳴画像診断（Ｍ
ＲＩ）装置に用いる３軸の勾配磁場コイルに勾配電流を
供給する勾配磁場用電源供給方法及びこのような勾配磁
場用電源供給が可能な核磁気共鳴画像診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は核磁気共鳴現象を利用して
被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度
分布，緩和時間分布等を計測して、その計測データから
被検体の断面を画像表示する画像診断装置の一種であ
る。

【０００３】均一で強力な静磁場発生装置内に置かれた
被検体の原子核スピンは、静磁場の強さによって定まる
周波数（ラーモア周波数）で静磁場の方向を軸として歳
差運動を行う。そこで、このラーモア周波数に等しい周
波数の高周波パルスを外部より照射すると、スピンが励
起されて高いエネルギー状態に遷移する。これを核磁気
共鳴現象と言う。この高周波パルスの照射を打ち切る
と、スピンはそれぞれの状態に応じた時定数で元の低い
エネルギー状態に戻り、この時に外部に電磁波を照射す
る。これをその周波数に同調した高周波受信コイル（Ｒ
Ｆコイル）で検出する。このとき、空間内に位置情報を
付加する目的で、三軸の勾配磁場を静磁場空間に印加す
る。この結果、空間内の位置情報を周波数情報として捕
らえることができる。このような勾配磁場を発生するた
めに、以下に説明する勾配電流を勾配磁場用電源装置か
ら勾配磁場コイルに供給する。

【０００４】図４（ａ）は勾配電流ｉの一例を示す波形
図であり、図４（ｂ）は勾配磁場用電源装置の出力電圧
Ｖの一例を示す波形図である。この図４において、勾配
電流ｉは最大電流値ｉmax に達している。このような場
合、勾配電流ｉが最大電流値ｉmax に達する瞬間に出力
電圧Ｖのピーク値が最大許容電圧値Ｖmax に達する条件
であって、かつ、スルーレート（slew rate ：単位時間
あたりの電流変化、ここではdi／dt）が最大になるよう
に各部の値が定められている。

【０００５】すなわち、コイルのインダクタンスをＬ，
抵抗をＲとすると、出力電圧のピーク値は、Ｌ・di／dt
＋ｉmax ・Ｒであり、これが勾配磁場用電源装置の最大
許容電圧値Ｖmax に一致するように定められている。こ
のように各値を設定することで勾配磁場用電源装置が許
容する性能を最大限有効に活用することになり、勾配電
流ｉがｉmax に達する時間（ｔ1 〜ｔ2 ）が最小にな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５（ａ）は勾配電流
ｉ’がｉmax より小さい場合の様子を示す波形図であ
り、図５（ｂ）は勾配電流ｉ’を流す場合の勾配磁場用
電源装置の出力電圧（Ｖ）の一例を示す波形図である。
この場合、スルーレート（di／dt）は前述の最大電流値
ｉmax について定めた値をそのまま用いており、時刻ｔ
1 の電圧Ｌdi／dtが図４と同じであり、電流の立上りの
傾きも図４の場合と同じになっている。

【０００７】この図５（ｂ）に示したように、勾配電流
ｉ’が電流最大値ｉmax に達していない場合の出力電圧
（Ｖ）は、勾配磁場用電源装置が許容する最大許容電圧
値Ｖmax に至っていない。従って、勾配磁場用電源装置
が許容する性能を最大限有効に活用しておらず、勾配電
流ｉがｉmax に達する時間（ｔ1 〜ｔ2 ’）が最小にな
っていない。

【０００８】また、立下がりについては、図４，図５共
に最大許容電圧値−Ｖmax に達しておらず、勾配電流ｉ
が０になるまでの時間が最小になっていない。本発明は
上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、勾配磁
場用電源装置が許容する性能を最大限有効に活用するこ
とが可能な勾配磁場用電源供給方法を実現し、また、こ
のような勾配磁場用電源供給が可能な核磁気共鳴画像診
断装置を実現することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する第
１の手段は、核磁気共鳴画像診断装置の勾配磁場コイル
に勾配電流（ｉ）を供給する勾配磁場用電源供給方法で
あって、勾配磁場用電源装置の出力電圧（Ｖ）が勾配磁
場用電源装置の最大許容電圧（Ｖmax ）に達するよう
に、勾配電流（ｉ）の値に応じて勾配磁場用電源装置の
出力のスルーレート（di／dt）を設定して勾配電流を供
給することを特徴とする勾配磁場用電源供給方法であ
る。

【００１０】前記の課題を解決する第２の手段は、勾配
磁場用電源装置の出力電圧（Ｖ）が勾配磁場用電源装置
の最大許容電圧（Ｖmax ）に達するように、勾配電流
（ｉ）の値に応じて勾配磁場用電源装置の出力のスルー
レート（di／dt）を設定した波形を発生する波形発生手
段と、この波形発生手段が発生した波形に応じた勾配電
流を供給する電流供給手段とを具備することを特徴とす
る核磁気共鳴画像診断装置である。

【００１１】

【作用】課題を解決する第１の手段である勾配磁場用電
源供給方法において、勾配磁場用電源装置の出力電圧
（Ｖ）が勾配磁場用電源装置の最大許容電圧（Ｖmax ）
に達するように、勾配電流（ｉ）の値に応じて勾配磁場
用電源装置の出力のスルーレート（di／dt）が設定され
て勾配電流が供給される。

【００１２】課題を解決する第２の手段である核磁気共
鳴画像診断装置において、勾配磁場用電源装置の出力電
圧（Ｖ）が勾配磁場用電源装置の最大許容電圧（Ｖmax
）に達するように、勾配電流（ｉ）の値に応じて勾配
磁場用電源装置の出力のスルーレート（di／dt）が設定
されて勾配電流が供給される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は投影画像処理方法の処理手順を示し
たフローチャート、図２は本発明の一実施例の投影画像
処理装置の概略構成を示す構成図、図３は電圧と電流と
の波形を示す波形図である。

【００１４】まず図２を用いて本実施例の核磁気共鳴画
像診断装置の構成について説明する。シーケンスコント
ローラ１は以下に説明する所定の電圧波形を発生する波
形発生手段を構成するもので、波形発生プログラムが搭
載されたコンピュータ装置若しくは処理プロセッサ等の
ハードウェア，ファームウェアを有している。ドライバ
２は前述のシーケンスコントローラ１が発生した電圧波
形に応じた電圧の勾配電流を供給するものであり、電流
供給手段を構成している。勾配コイル３は前述のドライ
バ２に接続されており、勾配電流の供給を受けるもの
で、インダクタンス成分Ｌ及び直流抵抗成分Ｒを有して
いる。

【００１５】このように構成した核磁気共鳴画像診断装
置の動作及び勾配磁場用電源供給方法について説明す
る。シーケンスコントローラ１は図外のＭＲＩ装置のコ
ンピュータ等から勾配電流の電流値ｉ’のデータを受け
取っている。また、勾配磁場用電源装置の最大許容電圧
値Ｖmax ，勾配コイルのインダクタンスＬ，抵抗Ｒのデ
ータを予め記憶している。そして、これらＶmax ，Ｌ，
Ｒ，ｉ’に応じて、出力電圧のピーク値Ｖｐ（Ｌ・（di
／dt）’＋ｉ’・Ｒ）が勾配磁場用電源装置の最大許容
電圧値Ｖmaxに一致するように立上がり時の電圧波形の
傾斜（スルーレート）（di／dt）’を算出する（図１ス
テップ）。

【００１６】図３では実線で本発明の実施例の波形を示
し、破線では比較のために従来の波形を示している。す
なわち、図３（ａ）の波形では、立上がりの傾斜（di／
dt）’及び立ち下がりの傾斜（di／dt）”をそれぞれ算
出する。

【００１７】そして、このようにして算出された傾斜を
有する入力波形をシーケンスコントローラ１が生成し
（図１ステップ）、この入力波形に応じた勾配電流を
ドライバ２が勾配コイル３に供給する（図１ステップ
）。

【００１８】すなわち、勾配電流を流し始める時刻ｔ1
における初期電圧はＬ（di／dt）’であり、時刻ｔ2 ”
において電流が定常値ｉ’になったときの出力電圧のピ
ーク値ＶｐはＬ・（di／dt）’＋ｉ’・Ｒである。従っ
て、最大許容電圧値Ｖmaxよりｉ’・Ｒだけ低い値を初
期電圧Ｌ（di／dt）’として定めることで、出力電圧の
ピーク値Ｖｐが勾配磁場用電源装置の最大許容電圧値Ｖ
max に一致する。

【００１９】同様に、勾配電流の立下がりの開始時刻ｔ
3 ”における電圧はＬ・（di／dt）”であり、時刻ｔ4
”で電流が０となる直前の出力電圧の負のピーク値−
Ｖｐは（Ｌ・（di／dt）”）である。従って、負側の最
大許容電圧値−Ｖmax よりｉ’・Ｒだけ大きい値を立ち
下がり時電圧Ｌ（di／dt）”として定めることで、出力
電圧の負側のピーク値−Ｖｐが勾配磁場用電源装置の負
側の最大許容電圧値−Ｖmax に一致する。

【００２０】このように勾配電流の電流値ｉに応じて立
上がり，立下がりの傾斜（（di／dt）’，（di／d
t）”）を算出するようにすることで、勾配電流の電流
値の大小にかかわらず勾配磁場用電源装置が有する能力
を最大限活用することができるようになる。尚、以上の
場合の傾斜（di／dt）’，（di／dt）”は以下のように
表せる。 （di／dt）’＝（Ｖmax −ｉ’・Ｒ）／Ｌ （di／dt）”＝（−Ｖmax ）／Ｌ また、このように出力電圧のピーク値Ｖｐが勾配磁場用
電源装置の最大許容電圧値Ｖmax に一致するように傾斜
を定めることで、従来より傾斜が大きくなり、勾配電流
が定常値に達する時間（図３（ａ），（ｂ）実線ｔ1 〜
ｔ2 ”）が、図３の破線で示す従来（ｔ1 〜ｔ2 ’）よ
り短縮される。同様に、電流の立ち下がりの時間（ｔ3
”〜ｔ4 ”）も従来（ｔ3 ’〜ｔ4 ’）より短縮され
る。従って、ＭＲＩのスキャンに要する時間が短縮され
る利点を有している。

【００２１】以上説明したように、核磁気共鳴画像診断
装置の勾配磁場コイルに勾配電流（ｉ）を供給する勾配
磁場用電源供給方法であって、勾配磁場用電源装置の出
力電圧（Ｖ）が勾配磁場用電源装置の最大許容電圧（Ｖ
max ）に達するように、勾配電流（ｉ）の値に応じて勾
配磁場用電源装置の出力のスルーレート（di／dt）を設
定して勾配電流を供給する勾配磁場用電源供給方法によ
れば、勾配電流の電流値の大小にかかわらず勾配磁場用
電源装置が有する能力を最大限活用することができるよ
うになる。

【００２２】また、勾配磁場用電源装置の出力電圧
（Ｖ）が勾配磁場用電源装置の最大許容電圧（Ｖmax ）
に達するように、勾配電流（ｉ）の値に応じて勾配磁場
用電源装置の出力のスルーレート（di／dt）を設定した
波形を発生する波形発生手段と、この波形発生手段が発
生した波形に応じた勾配電流を供給する電流供給手段と
を具備する核磁気共鳴画像診断装置によれば、勾配磁場
用電源装置の出力電圧（Ｖ）が勾配磁場用電源装置の最
大許容電圧（Ｖmax ）に達するように、勾配電流（ｉ）
の値に応じて勾配磁場用電源装置の出力のスルーレート
（di／dt）が設定されて勾配電流が供給され、勾配電流
の電流値の大小にかかわらず勾配磁場用電源装置が有す
る能力を最大限活用することができるようになる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明では、
勾配磁場用電源装置の出力電圧（Ｖ）が勾配磁場用電源
装置の最大許容電圧（Ｖmax ）に達するように、勾配電
流（ｉ）の値に応じて勾配磁場用電源装置の出力のスル
ーレート（di／dt）を設定して勾配電流を供給するよう
にしているので、勾配電流の電流値の大小にかかわらず
勾配磁場用電源装置が有する能力を最大限活用すること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の勾配磁場用電源供給方法を
示すフローチャートである。

【図２】本発明の一実施例の勾配磁場用電源装置の構成
を示す構成図である。

【図３】本発明の一実施例の勾配電流及び電圧の波形を
示す波形図である。

【図４】従来の勾配電流及び電圧の波形を示す波形図で
ある。

【図５】従来の勾配電流及び電圧の波形を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

１ シーケンスコントローラ ２ ドライバ ３ 勾配コイル

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核磁気共鳴画像診断装置の勾配磁場コイ
   ルに勾配電流を供給する勾配磁場用電源供給方法であっ
   て、 勾配磁場用電源装置の出力電圧が勾配磁場用電源装置の
   最大許容電圧に達するように、勾配電流の値に応じて勾
   配磁場用電源装置の出力のスルーレートを設定して勾配
   電流を供給することを特徴とする勾配磁場用電源供給方
   法。
2. 【請求項２】 勾配磁場用電源装置の出力電圧が勾配磁
   場用電源装置の最大許容電圧に達するように、勾配電流
   の値に応じて勾配磁場用電源装置の出力のスルーレート
   を設定した波形を発生する波形発生手段と、 この波形発生手段が発生した波形に応じた勾配電流を供
   給する電流供給手段とを具備することを特徴とする核磁
   気共鳴画像診断装置。