JP3507568B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的広い範囲の撮影
のために天板移動を要求するいわゆる短軸コイルアセン
ブリを備えた磁気共鳴イメージング装置に係り、特に天
板移動に伴う高周波磁場の変動を抑えて所定のフリップ
角の安定的化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、廉価普及版として軸長の短い、い
わゆる短軸コイルアセンブリが登場している。コイルア
センブリとは静磁場磁石と傾斜磁場コイルとＲＦコイル
とを一体化したものである。この短軸コイルアセンブリ
は、線形磁場領域（ここで撮影がなされる）がＺ方向に
狭いため、例えば胸部等比較的広い範囲を撮影するとき
には、短軸コイルアセンブリに対して天板、つまり被検
体を移動させながら各位置で撮影を繰り返す必要があ
る。

【０００３】この種の磁気共鳴イメージング装置におい
て、磁気共鳴現象を引き起こさせる部分は、被検体の近
傍に設置されるコイルと、このコイルと共に直列共振回
路を構成するキャパシタとから構成される。一般にこの
ような装置では、電源インピーダンスと負荷インピーダ
ンスとを整合させて、電源から負荷装置（共振回路）へ
の電力の供給効率が最大になるように、電源と共振回路
間に整合器を挿入している。

【０００４】ところで、被検体とＲＦコイル間には浮遊
容量が存在し、この浮遊容量は被検体により、さらには
同一の被検体であっても部位により変わり、これに依存
してキャパシタの静電容量も変化する。これは、上述し
たように短軸コイルアセンブリに対して天板を移動させ
るとき、一度、整合状態に調整しても、その移動に伴っ
て負荷インピーダンスが変化し電源と負荷との間の整合
状態がずれて、電力の供給効率が低下するので、磁化ス
ピンを例えば90°倒すような所定の振幅の高周波磁場が
得られなくなり、磁化スピンのフリップ角が90°以外に
なって、90°印加後に磁化スピンに横磁化成分が含まれ
ることになり、再構成画像のコントラストが変化した
り、Ｓ／Ｎが低下してしまう不具合が生じてしまう。な
お、負荷インピーダンスは被検体の組成等予測不可能な
パラメータに依存するので、各位置での整合調整値を予
測することは不可能であり、また天板移動に伴ってその
各位置で整合調整を繰り返すことは撮影を極端に長時間
化するため非現実的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、天板
移動に伴う高周波磁場の振幅の変動を抑えてフリップ角
を安定化を実現する磁気共鳴イメージング装置を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、撮影
領域と被検体とを相対的に移動しながら第１から第ｎま
での各位置で順番に高周波磁場により被検体を励起し、
且つ励起後、被検体から誘起される磁気共鳴信号を収集
する磁気共鳴イメージング装置において、高周波電流を
出力するものであって、前記第１の位置で所定の高周波
磁場の振幅が得られるように出力電流の振幅が初期調整
されている電源と、前記電源からの出力電流を受けて高
周波磁場を被検体に印加するコイルと、前記電源と前記
コイルとの間に挿入され、前記第１の位置で前記電源と
前記コイルとの整合条件を満足するように調整されてい
る整合手段と、前記コイルから発生する高周波磁場の振
幅を検出する検出手段と、第ｍ−１（ｍ≦ｎ）の位置で
前記検出手段を介して取り込んだ高周波磁場の振幅を前
記第１の位置での高周波磁場の振幅に近付けるように第
ｍの位置での前記電源の出力電流の振幅を修正する手段
とを具備する。 請求項２の発明は、撮影領域と被検体
とを相対的に移動しながら第１から第ｎまでの各位置で
順番に高周波磁場により被検体を励起し、且つ励起後、
被検体から誘起される磁気共鳴信号を収集する磁気共鳴
イメージング装置において、高周波電流を出力するもの
であって、前記第１の位置で所定の高周波磁場の振幅が
得られるように出力電流の振幅が初期調整されている電
源と、前記電源からの出力電流を受けて高周波磁場を被
検体に印加するコイルと、前記電源と前記コイルとの間
に挿入され、前記第１の位置で前記電源と前記コイルと
の整合条件を満足するように調整されている整合手段
と、前記コイルに入力する高周波電流の振幅を検出する
検出手段と、第ｍ−１（ｍ≦ｎ）の位置で前記検出手段
を介して取り込んだ前記コイルの入力電流の振幅を前記
第１の位置での前記コイルの入力電流の振幅に近付ける
ように第ｍの位置での前記電源の出力電流の振幅を修正
する手段とを具備する。

【０００７】

【０００８】

【作用】本発明では、コイルと被検体の相対位置が変位
して整合条件がずれても、長時間を要する整合条件の再
調整を行わないで、高周波磁場の振幅の変動を抑えるこ
とができる。つまり、コイルと被検体の相対位置が変位
すると、被検体の浮遊容量が変化することがあり、これ
に伴ってコイル側の負荷インピーダンスが変化する。こ
れにより第１の位置で調整した整合条件が他の位置では
ずれてしまい、電流供給効率が低下して所定の高周波磁
場の振幅が得られなくなってしまう。本発明では、それ
を整合条件不一致のままで、電源の出力を上げること
で、電流供給効率の低下を補償して、第１の位置での理
想的なフリップ角の高周波磁場の振幅を他の位置でも確
保しようとするものである。なお、本発明では、現在の
撮影位置（第ｍの位置）における電源の出力を、１つ前
の第ｍ−１の位置での高周波磁場の振幅が第１の位置で
の高周波磁場の振幅に近付くように調整する。したがっ
て、調整後の第ｍの位置での高周波磁場の振幅は、第１
の位置での理想的な高周波磁場の振幅とは若干の差異が
生じる可能性があると考えられるが、この差異は非常に
小さい。なぜなら、第ｍ−１と第ｍの両位置は距離的に
接近しており、両位置間での負荷インピーダンスが近似
しているからである。

【０００９】

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による磁気共鳴
イメージング装置の一実施例を説明する。図１に本発明
による磁気共鳴イメージング装置の一実施例の主要部で
あるところの高周波磁場の送信系の構成を示す。ＲＦコ
イルユニット１は、磁化スピンを励起して磁気共鳴現象
を起こさせるためにラジオ周波数域の高周波磁場をパル
ス状に被検体に印加するコイルと、このコイルと共に直
列共振回路を構成するキャパシタとから構成される。実
際には、ＲＦコイルユニット１は、被検体Ｐを挿入可能
なように円筒状の内部空間を有する短軸コイルアセンブ
リとして、この種の磁気共鳴イメージング装置に一般的
に備わっている静磁場磁石及び傾斜磁場コイルと共に一
体化されている。なお、短軸コイルアセンブリとは、磁
石軸長が短く、ＸＹＺの全ての軸に関して磁場強度が線
形をなす線形磁場領域（ここで撮影がなされる）がＺ方
向に比較的狭いものをいい、例えば胸部等比較的広い範
囲を撮影するときには、短軸コイルアセンブリに対して
スライド可能に設けられた天板２をスライドさせ、つま
り被検体を移動させながら各位置で撮影（データサンプ
リング）を繰り返すことを要求するものである。天板２
の位置は、例えば天板２の移動と共に回転するロータリ
エンコーダから一定角度毎に出力されるパルスを天板位
置検出器１２で計数することにより測定され、測定され
た天板位置情報はディジタルデータとしてＡＰＣコント
ローラ１１に取り込まれる。

【００１１】短軸コイルアセンブリの内部空間内であっ
て、ＲＦコイルユニット１による高周波磁場内には、ピ
ックアップコイル１３が設けられる。この高周波磁場の
振幅は、ピックアップコイル１３を介して高周波磁場検
出器１４で測定され、この振幅を示すディジタルデータ
としてＡＰＣコントローラ１１に取り込まれる。

【００１２】撮影時では、高周波磁場による励起後に磁
気共鳴現象により生じる磁気共鳴信号は、上記コイル又
はそれとは別に設けられた受信専用のコイル（図示せ
ず）に誘起され、コンピュータシステム（図示せず）に
取り込まれ、画像再構成に使用される。

【００１３】ＲＦコイルユニット１から高周波磁場を発
生させるためにＲＦコイルユニット１に高周波電流を供
給する電源２は、被検体Ｐの特定原子核に固有の共鳴周
波数の連続波を発生する発信器４と、この発信器４から
の信号を減衰する減衰器５と、この減衰器５からの信号
を増幅し、共鳴周波数の高周波電流を出力するパワーア
ンプ６とから構成される。減衰器５は減衰量を変化でき
るように可変抵抗器を含んでいる。ＡＰＣコントローラ
１１からの制御電圧に応じて、可変抵抗器の抵抗値が変
化して、結果的にパワーアンプ６からの出力電流の振幅
が変化するようになっている。

【００１４】ＡＰＣコントローラ１１は、整合状態下に
おける減衰量とパワーアンプ６からの出力電流（高周波
電流）の振幅との対応表データを保持している。ＡＰＣ
コントローラ１１はこの対応表データを用いて、必要な
振幅の高周波電流に対応する減衰量に減衰器５を設定す
る。

【００１５】パワーアンプ６からの高周波の出力電流
は、切替器７及び整合器８を介してＲＦコイルユニット
１に供給される。これによりＲＦコイルユニット１から
高周波磁場が発生する。整合器８は整合調整できるよう
に可変キャパシタを含んでいる。ＡＰＣコントローラ１
１からの制御電圧に応じて、可変キャパシタの静電容量
が変化して、結果的に整合調整がなされるようになって
いる。整合調整は、整合器８の静電容量を変化させなが
ら、磁気共鳴信号の信号値変化に基づき行われ、この磁
気共鳴信号の信号値が最も強いときの静電容量に調整さ
れる。この整合調整はＡＰＣコントローラ１１を制御主
体ととして自動で行ってもよいし、信号値変化をモニタ
表示してそれをオペレータが見ながら手動で整合器８の
静電容量を調整するようにしてもよい。ここでは自動整
合調整として説明する。

【００１６】整合調整は、１回の撮影につき１回のみ行
われる。通常、図２（ａ）に示すように、撮影を開始す
る最初の位置Ｓ0 で、撮影前に行われる。整合調整時に
は、天板２は位置Ｓ0 に固定される。整合調整は、マッ
チングコントローラ１５により減衰器５を所定の減衰量
に固定した状態で行われる。マッチングコントローラ１
５は、切替器７を方向性結合器１６側に接続し、アンプ
１７からある一定振幅の連続した高周波電流を出力させ
る。マッチングコントローラ１５は、方向性結合器１６
から得られた反射波を検波した振幅値が最小になるよう
に、静電容量に整合器８を設定することで自動整合調整
が終了する。この整合器８の静電容量は、撮影中固定さ
れる。したがって、天板位置（被検体位置）によっては
この整合状態がずれる可能性が十分考えられる。本発明
では、整合状態がずれて、ＲＦコイルユニット１への入
力電流が低下し、これにより高周波磁場の振幅が低下し
て、所定のフリップ角（例えば90°）が得られなくなる
という事態を、時間のかかる整合調整及び後述のオート
パワーコントロールを再実行することなく、不整合状態
（供給効率低下）のままで減衰器５の減衰量を低下させ
て、不整合に伴うＲＦコイルユニット１への入力電流の
低下を強制的に抑えようとするものである。

【００１７】また、この整合調整に前後して、オートパ
ワーコントロール（ＡＰＣと呼ばれる）がＡＰＣコント
ローラ１１を主体として実行され、所定のフリップ角
（通常は、90°）が得られるようないわゆる90°条件を
満足する電源３出力（高周波電流振幅）が選定される。
オートパワーコントロールは、１回の撮影につき１回の
み行われる。通常、図２（ａ）に示すように、撮影を開
始する最初の位置Ｓ0 で、撮影前に行われる。オートパ
ワーコントロール時には、天板２は位置Ｓ0 に固定され
る。オートパワーコントロールは、ＡＰＣコントローラ
１１により整合器８を固定した状態で行われる。ＡＰＣ
コントローラ１１は、切替器７を電源３側に接続し、減
衰器５の初期的減衰量のもとで電源３から初期的振幅の
高周波電流を出力させる。これによりＲＦコイルユニッ
ト１から静磁場の存在下（傾斜磁場は印加する必要がな
い）で、初期的振幅の高周波磁場が被検体に印加されて
磁気共鳴現象が生じる。高周波磁場の印加終了後、切替
器７がプリアンプ９側に切替えられて、ＲＦコイルユニ
ット１を介して受信された磁気共鳴信号がプリアンプ９
で増幅された後、２系統の信号に分岐されて検波器１０
に与えられ、90°位相の異なる共鳴周波数と同じ２つの
参照周波数とそれぞれ別々に位相検波され、さらにアナ
ログディジタル変換器でディジタル化され磁気共鳴信号
の強度に応じた磁気共鳴信号データ（ＭＲ信号データ）
としてＡＰＣコントローラ１１に送られる。このような
磁気共鳴信号データの収集動作を減衰器５の減衰量（抵
抗値を変えることに対応）を変えて電源出力を変えなが
ら所定回数繰り返し、図４に示すような電源出力（減衰
量を変えることに対応）の変化に対する磁気共鳴信号の
強度変化の情報を得る。ＡＰＣコントローラ１１は、こ
の磁気共鳴信号が最大強度になる減衰量を特定し、この
減衰量に減衰器５を初期設定する。

【００１８】このような整合調整及びオートパワーコン
トロールの初期設定が終了した後、胸部全体等の比較的
広い範囲の撮影動作が開始される。撮影期間中は、上述
した整合調整により得られた静電容量、つまり初期位置
Ｓ0 で整合条件を満足する静電容量に整合器８が固定さ
れる。撮影は、天板２が連続的に又は間欠的に移動しな
がら、図２（ａ）の初期位置Ｓ0 から同図（ｂ）のＳm
の位置を経て同図（ｃ）の最終位置Ｓn に至までの各位
置でスピンエコー法等周知の撮影法のいずれかで繰り返
される。以下の表に、各天板位置に対する高周波磁場振
幅、電源３のパワーレベル（出力電流振幅）を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】この表において、天板位置Ｓ0 では整合条
件が満足されており、この状態で９０°条件を満足する
高周波磁場振幅Ｂ0 を得るには電源出力としてパワーレ
ベルＰ0 が必要になることを確認されたい。理想的に
は、位置Ｓ0 から位置Ｓn までの全ての位置で高周波磁
場振幅Ｂ0 に一定していること、換言するとＲＦコイル
ユニット１への入力電流の振幅が９０°条件を満足する
Ｂ0 の対応値で一定していることである。しかし、被検
体ＰとＲＦコイルユニット１のコイル間には浮遊容量が
存在し、この浮遊容量は被検体Ｐにより、さらには同一
の被検体Ｐであっても部位により変わり、これに依存し
てＲＦコイルユニット１のキャパシタの静電容量も変化
し、負荷インピーダンスの変化により電源３と負荷（Ｒ
Ｆコイルユニット１）との間の整合状態がずれて、電力
の供給効率が低下し、減衰量と実際のパワーアンプ６の
出力電流の振幅（ＲＦコイルユニット１への入力電流の
振幅）との関係が対応表のそれに対してずれが生じてし
まい、90°条件を満足する高周波磁場の振幅が得られな
くなってしまう。しかも、撮影中に整合状態がずれたと
き、上述したような整合調整を再実行することは、撮影
時間を極端に長時間化するために好ましくない。さら
に、整合調整を再実行せず、整合状態がずれたままで、
つまり電流の供給効率が低下したままで、上述したオー
トパワーコントロールを再実行して、90°条件を満足す
る高周波磁場振幅Ｂ0 が得られる電源出力を詮索するこ
とは、やはり撮影時間を極端に長時間化するために好ま
しくない。本実施例では、整合調整及びオートパワーコ
ントロールの再実行を不要にして、撮影シーケンスに時
間的に影響を及ぼすこと無く、90°条件を満足する高周
波磁場振幅Ｂ0 をほぼ安定的に得ようとするものであ
る。

【００２１】このために撮影のためにＲＦコイルユニッ
ト１から発生される高周波磁場の振幅が、ピックアップ
コイル１３を介して高周波磁場検出器１４で検出され
る。この高周波磁場の振幅データは、天板位置検出器１
２からの天板位置データと共に、ＡＰＣコントローラ１
１に取り込まれる。ＡＰＣコントローラ１１は、現在位
置Ｓm （ｍ≦ｎ）の撮影に際して、この直前の位置Ｓm-
1 を撮影したときに実測した高周波磁場の振幅Ｂm-1 を
用いて、現在位置Ｓm を撮影するときに電源３から出力
される高周波電流の振幅（パワーレベル）Ｐm を予測決
定し、このＰm に対応する減衰量に減衰器５を調整す
る。このＰm は、直前の位置Ｓm-1 を撮影したときの電
源３からの高周波電流の振幅（パワーレベル）をＰm-1
とすると、以下の（１）式にしたがって計算される。 Ｐm ＝Ｐm-1 ・（Ｂ0 ／Ｂm-1 ）² …（１） ＡＰＣコントローラ１１は、対応表からこのＰm に対応
する減衰量に減衰器５を調整する。この減衰量では、整
合状態では電源出力がＰm となるが、不整合状態では初
期位置Ｓ0 での電源出力Ｐ0 に近似する。つまり、初期
位置Ｓ0 での理想的な高周波磁場振幅Ｂ0 に対する直前
の位置Ｓm-1 での高周波磁場振幅Ｂm-1のずれが、現在
位置Ｓm では是正される。換言すると、直前の位置Ｓm-
1 において電源３からの高周波電流が振幅Ｐm に対応す
る減衰量で出力されていたとしたら、その高周波磁場の
振幅Ｂm-1 が、初期位置Ｓ0 での理想的な高周波磁場振
幅Ｂ0 に一致する。したがって、現在位置Ｓm での高周
波磁場の振幅Ｂm は、必ずしも初期位置Ｓ0 での理想的
な高周波磁場振幅Ｂ0 に一致するとは限らないが、現在
位置Ｓm と直前の位置Ｓm-1 とでは被検体Ｐの組織組成
が類似しており、浮遊容量が近似しているので、Ｂ0 に
対するＢm のずれは少ないと考えられる。さらに、位置
が変位する毎に順次直前の位置におけるＢ0 に対するＢ
m-1 のずれが解消されていくので、このずれが累積して
いくという不具合が生じない。

【００２２】このように本実施例によれば、非常に時間
を要する整合調整及びオートパワーコントロールの再実
行を不要にして、90°条件を満足する高周波磁場振幅Ｂ
0 をほぼ安定的に得ることが可能になる。

【００２３】なお本実施例では、次のように変形でき
る。この変形例は、その構成図を図３に示しているよう
に、高周波磁場検出器１４に代えて、整合器８からＲＦ
コイルユニット１への入力電流の振幅を抵抗を介して検
出する高周波電流検出器１５を設けたものである。変形
例では、ＲＦコイルユニット１への入力電流の振幅は、
実際に形成される高周波磁場の振幅に比例することに着
目して、電源３から出力される高周波電流の振幅を制御
するための入力データとして、ＲＦコイルユニット１へ
の入力電流の振幅データを取り扱うものである。

【００２４】さらに、人体に印加される高周波電力（S.
A.R.(specific absorption ratio)）を管理するため
に、切換器７と整合器８の間に方向性整合器を入れて、
電力をモニターしつつ制限を加えてもよい。その他、本
発明は上述した実施例に限定されることなく種々変形し
て実施可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明では、コイルと被検体の相対位置
が変位して整合条件がずれても、長時間を要する整合条
件の再調整を行わないで、高周波磁場の振幅の変動を抑
えることができる。つまり、コイルと被検体の相対位置
が変位すると、被検体の浮遊容量が変化することがあ
り、これに伴ってコイル側の負荷インピーダンスが変化
する。これにより第１の位置で調整した整合条件が他の
位置ではずれてしまい、電流供給効率が低下して所定の
高周波磁場の振幅が得られなくなってしまう。本発明で
は、それを整合条件不一致のままで、電源の出力を上げ
ることで、電流供給効率の低下を補償して、第１の位置
での理想的なフリップ角の高周波磁場の振幅を他の位置
でも確保しようとするものである。なお、本発明では、
現在の撮影位置（第ｍの位置）における電源の出力を、
１つ前の第ｍ−１の位置での高周波磁場の振幅が第１の
位置での高周波磁場の振幅に近付くように調整する。し
たがって、調整後の第ｍの位置での高周波磁場の振幅
は、第１の位置での理想的な高周波磁場の振幅とは若干
の差異が生じる可能性があると考えられるが、この差異
は非常に小さい。なぜなら、第ｍ−１と第ｍの両位置は
距離的に接近しており、両位置間での負荷インピーダン
スが近似しているからである。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による磁気共鳴イメージング
装置の主要部である送受信系の構成図。

【図２】天板の移動について示す図。

【図３】本発明の他の実施例による磁気共鳴イメージン
グ装置の主要部である送受信系の構成図。

【図４】初期位置で実行されるＲＦパルスのパワーレベ
ル調整の説明図。

【符号の説明】

１…ＲＦコイルユニット、 ２…天板、３…電源、
４…発信器、５…減衰器、
６…パワーアンプ、７…切替器、
８…整合器、９…プリアンプ、
１０…検波器、１１…ＡＰＣコントローラ、 １２
…天板位置検出器、１３…ピックアップコイル、 １
４…高周波磁場検出器、１５…マッチングコントロー
ラ、１６…方向性整合器、１７…アンプ、
１８…検波器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影領域と被検体とを相対的に移動しな
   がら第１から第ｎまでの各位置で順番に高周波磁場によ
   り被検体を励起し、且つ励起後、被検体から誘起される
   磁気共鳴信号を収集する磁気共鳴イメージング装置にお
   いて、 高周波電流を出力するものであって、前記第１の位置で
   所定の高周波磁場の振幅が得られるように出力電流の振
   幅が初期調整されている電源と、 前記電源からの出力電流を受けて高周波磁場を被検体に
   印加するコイルと、 前記電源と前記コイルとの間に挿入され、前記第１の位
   置で前記電源と前記コイルとの整合条件を満足するよう
   に調整されている整合手段と、 前記コイルから発生する高周波磁場の振幅を検出する検
   出手段と、 第ｍ−１（ｍ≦ｎ）の位置で前記検出手段を介して取り
   込んだ高周波磁場の振幅を前記第１の位置での高周波磁
   場の振幅に近付けるように第ｍの位置での前記電源の出
   力電流の振幅を修正する手段とを具備することを特徴と
   する磁気共鳴イメージング装置。
2. 【請求項２】 撮影領域と被検体とを相対的に移動しな
   がら第１から第ｎまでの各位置で順番に高周波磁場によ
   り被検体を励起し、且つ励起後、被検体から誘起される
   磁気共鳴信号を収集する磁気共鳴イメージング装置にお
   いて、 高周波電流を出力するものであって、前記第１の位置で
   所定の高周波磁場の振幅が得られるように出力電流の振
   幅が初期調整されている電源と、 前記電源からの出力電流を受けて高周波磁場を被検体に
   印加するコイルと、 前記電源と前記コイルとの間に挿入され、前記第１の位
   置で前記電源と前記コイルとの整合条件を満足するよう
   に調整されている整合手段と、 前記コイルに入力する高周波電流の振幅を検出する検出
   手段と、 第ｍ−１（ｍ≦ｎ）の位置で前記検出手段を介して取り
   込んだ前記コイルの入力電流の振幅を前記第１の位置で
   の前記コイルの入力電流の振幅に近付けるように第ｍの
   位置での前記電源の出力電流の振幅を修正する手段とを
   具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。