JP3739574B2 - 核磁気共鳴診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は核磁気共鳴現象を利用して人体の診断等に用いる画像やスペクトルを得るための核磁気共鳴診断装置（以下、MRI装置という。)に関し、特に高周波ノイズを高度に除去した高画質のMRI装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のMRI装置においては、静磁場磁石、傾斜磁場コイル、高周波磁場を発生する照射コイルおよび被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受信コイルの計測系は、外部環境および装置自身の発生する高周波ノイズを遮蔽するためにシールドルーム内に設置されている。傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源、照射コイルの電力増幅器および受信コイルの信号増幅器等は、それぞれ個別の筐体か、統合化した筐体に収納され、シールドルームに設けられたラインフィルターユニット（ラインノイズ除去手段）を経由してシールドルーム内の傾斜磁場コイル、受信コイル、照射コイルに各々接続された構成となっている。ここで傾斜磁場電源、電力増幅器および信号増幅器等は、それぞれケーブルを介してラインフィルターユニットに接続され、その筐体または構成回路の接地点がシールドルームと共通するシステム接地に接続される。このようなMRI装置の構成は、例えば米国特許4638252号、GE社カタログNO.F7A1、シーメンス社カ夕ログNO.J620等に示されている。
【０００３】
シールドルーム及びラインフィルターユニットは、周囲に存在する高周波電磁波ノイズ及びシールドルーム外の装置自身が発生する高周波ノイズを遮断除去し、シールドルーム内の計測系にこれらノイズが受信されないような機能をしている。
【０００４】
一方、近年、MRIの画像計測は益々高速化、高機能化しており、それに伴い、傾斜磁場電源は高傾斜磁場、高スルーレイト化（例えば100mT/m/s以上）に対応したスイッチング方式の電源が用いられるようになっている。この方式の欠点は高周波ノイズを広い帯域で発生させることであり、上述したシールドルーム及びラインフィルターユニットだけでは十分に高周波ノイズを除去できない場合がある。
【０００５】
特にMRI装置の設置場所によって傾斜磁場電源、rf電力増幅器、rf信号増幅器等のユニットの配置条件は様々であり、その設置環境によっては特に傾斜磁場電源のノイズを除去できない場合がある。
【０００６】
傾斜磁場電源からの高周波ノイズを除去する他の方法として、その出力直近にMRI信号の計測帯域に対応した減衰率の高いローパスタイプのフィルターを、シールドルームのラインフィルターユニット以外に追加する方法もある。しかしこの場合、フィルターの形式を誘導性の形式にすると更に高いピーク電力が必要となる、また容量性の形式にすると、パルス出力電流に対しては早い立上りの高速応答特性が低下し、立上り部でのリンギングを押さえた平坦なフラットトップ波形を得るのが困難になる、などの問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、装置の発生する高周波ノイズ、特に傾斜磁場電源から発生される高周波ノイズがシールドルームのフィルターユニットを貫通して計測信号系のラインに混入するのを最小化して、偽像の無い高品質の画像を得ることができるMRI装置を提供することを目的とする。また本発明は、装置の設置環境や条件によらず、安定的にノイズの混入を最小化できるMRI装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、傾斜磁場電源の出力パルス応答特性や所要電力に影響を与えることなく、ノイズの最小化を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のMRI装置は、被検体の置かれる空間に静磁場を発生する手段、前記静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、前記被検体に高周波磁場を照射する照射コイルおよび前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを含む計測系と、前記傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源、前記照射コイルに電流を供給する電力増幅器および前記受信コイルが検出した信号を増幅する信号増幅器を含む信号・電力増幅系と、前記の傾斜磁場電源、電力増幅器および信号増幅器をそれぞれ制御するとともに前記核磁気共鳴信号をもとに前記被検体の断層像を再構成する信号処理系とを備え、前記計測系の各要素を電磁波遮蔽導体からなるシールドルーム内に配置し、前記計測系の各要素と前記信号・電力増幅系の各要素とを接続する電力・信号ライン間に、電磁波遮蔽導体に接続されたラインノイズ除去手段を挿入してなるMRI装置において、前記シールドルームは前記電磁波遮蔽導体と機構的且つ電気的に接続された筐体を備え、その筐体内に前記信号・電力増幅系の少なくとも１の要素と前記ラインノイズ除去手段を一体的に収納したものである。
【０００９】
これにより傾斜磁場電源等の信号・電力増幅系要素の出力ラインから伝導放射される高周波ノイズ電流は、フィルターユニットの接地点から極めて低い接地インピーダンスで傾斜磁場電源等のノイズ源へ戻り、ほかの信号回路系へ分流することがなくなるため、MRIの受信信号へ高周波ノイズが混入せず良好なS/N比と、それによる偽像の無い良質の画像を得ることができる。
【００１０】
また従来、個別の筐体に収納し、個々にノイズ除去が必要であったものを一体化することにより、ノイズ除去を集約化でき、また無配線化による装置の簡素化が可能となる。
【００１１】
信号・電力増幅系の各要素のうち、少なくとも主な高周波ノイズ発生源である傾斜磁場電源を筐体内に収納してラインノイズ除去手段と一体化することが好ましく、さらに電力増幅器および信号増幅器を筐体内に収納してもよく、これによりノイズの除去効果を高めることができる。
【００１２】
また信号・電力増幅系の各要素とラインノイズ除去手段を一体的に収納する筐体は、一つでも複数でもよく、複数の場合には、信号・電力増幅系の各要素を分割して収納することができる。分割することにより、各要素（機器）の大きさ等の制限があっても配置を容易にすることができる。また主たる高周波ノイズ源である傾斜磁場電源を他の要素から切り離して筐体に収納することにより、ノイズの低減効果を高めることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。
【００１４】
図１は本発明のMRI装置の全体構成を示すブロック図であり、このMRI装置は主として被検体の組織を構成する原子核に核磁気共鳴を生じさせ、また被検体から生じる核磁気共鳴信号を励起、受信するための計測系と、計測系の各要素に電流を供給し或いは要素の一つである受信コイルからの信号を増幅する信号・電力増幅系と、信号・電力増幅系の駆動を制御するとともに受信信号に基づき被検体の断層像を再構成する信号処理系とからなる。
【００１５】
計測系は静磁場を発生する磁石２と、直交する３軸方向にそれぞれ傾斜磁場を発生する３組の傾斜磁場コイル３と、高周波磁場を発生する照射コイル４と、被検体から発生する高周波磁場である核磁気共鳴信号を受信する受信コイル５とからなり、静磁場発生磁石２、傾斜磁場コイル３および照射コイル４は同心軸上に配置され、ガントリーを構成している。またこれら計測系を構成する各要素は外部からの電磁波ノイズを遮蔽するシールドルーム１内に設置されている。
【００１６】
シールドルーム１は、磁気遮蔽のためにその壁面全面に電磁波遮蔽導体、即ち電気的導体板若しくは導体箔１aが設けられており、この導体板又は導体箔は人体への電撃防止のためにシステム接地12に接続されている。また壁面の一部には、図２に示すように電気的導体板若しくは導体箔と電気的且つ機構的に一体に接続された筐体６が設けられており、この筐体６内にラインフィルターユニット７と信号・電力増幅系の各要素およびその他の関連機器が収納され、一体ユニットを構成している。筐体６は、シールドルーム１と一体に築造されていてもよく、或いはシールドルーム１とは別個に作り、これをシールドルーム１の壁面に取付け一体化してもよい。
【００１７】
信号・電力増幅系は、各傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場電源８、受信コイル５の受信した信号を増幅する信号増幅器９および照射コイル４に電流を供給する電力増幅器10とからなり、信号増幅器９および電力増幅器10は同軸ケーブル13a、13bを介して受信コイル４および照射コイル５に接続される。また傾斜磁場電源８はフィルター７aおよび出力線13cを介して傾斜磁場コイル３に接続される。またこれら信号・電力増幅系の各要素は、上述したようにラインフィルターユニット７と一体的に筐体６内に収納、固定されている。
【００１８】
ラインフィルターユニット７は、信号・電力増幅系の各要素と計測系の各要素とを接続する信号ラインに挿入されるラインノイズ除去手段を構成し、以下述べるように筐体６を介してシールドルーム１の電磁波遮蔽導体に接続している。
【００１９】
図３は壁面取付型の筐体６ユニットの内部構造を示す図で、この筐体６は、シールドルーム１の天井１cに平行な天板及び底板と、これらを連結する両側板と、天板、底板および両側板によって囲まれる空間を分割するように設けられ、壁面１bに平行な隔壁６aと、取外し可能な前板および後板とからなり、前板側がシールドルーム１外にあって、後板側がシールドルーム１内にあるように、シールドルーム１の導体板または導体箔１aに固定されている。
【００２０】
筐体６を構成する各板のうち、天板、底板、側板および隔壁６aは、導体板または導体箔と同様の磁気遮蔽可能な材料（電気的導体）からなり、シールドルームの壁面と接する面がシールドルームの遮蔽導体の一部を構成し、シールドルーム１の導体板または導体箔に電気的にも接続されている。また隔壁６aは、システム接地12と電気的に接続されており、これによりシールドルーム1と壁取付形筐体６はシステム接地12に接続される。図示する実施例では、天板、底板、側板および隔壁６aが電磁波遮蔽可能な材料である場合を説明したが、筐体６は全体が電磁波遮蔽可能な材料であってもよく、或いは隔壁６aとそれを囲む２枚の板が電磁波遮蔽可能な材料であり、シールドルームとの接合面で電気的接続していてもよい。
【００２１】
また図示する実施例では筐体６の一部がシールドルーム１内にあるように配置されているが、筐体６が導体板または導体箔と上述するように電気的に接続されていれば、筐体６は、全体がシールドルーム内或いはシールドルーム外に位置していてもよい。
【００２２】
ラインフィルターユニット７は、このような筐体６の隔壁６aに直接取り付けられ、電気的にも面接触で接続される。一方、傾斜磁場電源８、信号増幅器９および電力増幅器10は、図示するように隔壁６aに一体的に設けられたラック６bに載せて固定するか、直接隔壁６aに固定され、そのグランドラインは各々のケースを介して電気的に低インピーダンスで隔壁６aに接続される。これにより、筐体６、ラインフィルターユニット７および信号・電力増幅系の各要素は一体として、シールドルーム１の電磁波遮蔽導体に接続されるとともにシステム接地12に接続される。
【００２３】
尚、これらユニット間を接続するケーブルは、装置が設置される床１dに形成された配線ピット１eに収納される。
【００２４】
信号処理系は、傾斜磁場電源８、信号増幅器９および電力増幅器10を所定のパルスシーケンスに従って制御するシーケンスコントローラー11aと、受信コイル５が受信した信号に信号処理、フーリエ変換等の演算を行い、画像再構成する画像処理プロセッサー11bとを備えた画像処理装置11から構成され、前述した傾斜磁場電源８、信号増幅器９および電力増幅器10は、制御線15を介して画像処理装置11に接続されている。この画像処理装置11は、撮影の条件等を入力する入力装置（図示せず）および再構成された画像を表示する表示装置（図示せず）とともに撮影室の近傍の操作室に設置されており、シールドルーム１と同様にシステム接地12に接続されている。
【００２５】
次にこのような構成におけるMRI装置において、高周波ノイズを防止する作用について図４を用いて説明する。
【００２６】
図４は、傾斜磁場電源８から発生した高周波ノイズが信号ラインに混入する様子を示す図で、ここでは傾斜磁場電源８、信号増幅器９および電力増幅器10は同軸ケーブル16を介してラインフィルター７に接続されており、ラインフィルター７はリターン線（接地線）14によりシステム接地に接続されている。
【００２７】
この場合、傾斜磁場電源８のノイズの一部は、１出力一対線の同軸ケーブル16を伝導してラインフィルター７を経由し、リターン線14（回路コモン線で接地線と共通）からノイズ源である傾斜磁場電源８に戻る。リターン線14の線路インピーダンスＺrが高いとノイズ電流ｉnの一部は、フィルター７を通り抜け傾斜磁場コイル３を経由して、静電結合、若しくは電磁結合で照射コイル４、又は受信コイル５に重畳し、ノイズ電流ｉn1として信号ラインの同軸ケーブル13a、13bの主にグランドラインを経由して信号増幅器９から傾斜磁場電源８のノイズ源ｅnに戻るループを構成する。一方、もう一つの主なノイズ電流のリターン経路は、ラインフィルタ７のコモンライン（フィルタの隔壁板）17から受信信号ラインの同軸ケーブル16のグランドラインを経由して信号増幅器９から傾斜磁場電源８のノイズ源ｅnに戻る。これらリターン経路におけるノイズ電流をｉn1、ｉn2としたとき、ノイズ電流ｉn1、ｉn2は次の式（１）および式（２）で表わすことができる。
【００２８】
【数１】
ｉn1＝ｉn｛Ｚg／（Ｚg＋Ｚ1）｝ （１）
ｉn2＝ｉn｛Ｚr／（Ｚr＋Ｚ2）｝ （２）
（式中、Ｚgはコモンライン17のインピーダンス、Ｚrはリターン線14の線路インピーダンス、Ｚ1、Ｚ2はそれぞれ同軸ケーブル13、16の線路インピーダンスを示す。）
従って、受信増幅器９の入力でクロスモードに変換されて増大するノイズ電圧ｅniは、式（３）で示される。
【００２９】
【数２】
ｅni＝ｉn｛Ｚ1［Ｚg／（Ｚg＋Ｚ1）］＋Ｚ2［Ｚr／（Ｚr＋Ｚ2）］｝ （３）
上記の式（３）において、受信信号に混入するノイズ電圧ｅniは、リターン線14の線路インピーダンスＺrをゼロ又は最小にするか、ラインフィルター７のコモンライン17のインピーダンスＺgをゼロ又は最小にすることでゼロ又は最小にできることがわかる。
【００３０】
本発明のMRI装置では、ノイズ源である傾斜磁場電源８をフィルターユニット７に一体に組込むことにより、ノイズ電流リターン線14を最短の長さにしているので、その線路インピーダンスＺrはほぼゼロに近くなり、ノイズ電圧ｅniを最小にすることができる。これにより高いＳＮの画像を得ることができる。
【００３１】
尚、以上の説明では傾斜磁場電源８が高周波ノイズ源であるとして説明したが、信号増幅器９と電力増幅器10から発生する高周波ノイズについても同様に低減することができる。即ち、図４におけるリターン線14のインピーダンスおよび同軸ケーブル16のインピーダンスが低インピーダンスとなるので、受信増幅器９におけるノイズ電圧を最小とすることができる。
【００３２】
次に本発明の他の実施例として、信号・電力増幅系の要素を分割して筐体に収納した実施例を図５を用いて説明する。この実施例のMRI装置は２つの筐体61、62をシールドルーム１と一体的に設けた構成を有している。個々の筐体61、62の構造は、図１ないし図３に示す実施例と同様であり、筐体61、62とその隔壁はシールドルーム１の導体板或いは導体箔と電気的且つ機構的に接続されるとともに、システム接地に接続されている。但しこの実施例では一つの筐体61には、傾斜磁場電源８とその関連のラインフィルターユニットが組込まれ、一体化ユニットを構成し、他の筐体62には信号増幅器９と電力増幅器10とその関連のラインフィルターユニットが組込まれ一体化ユニットを構成している。
【００３３】
この場合にも、傾斜磁場電源８はケースを介して低インピーダンスで隔壁６aに接続されるので、受信信号に混入するノイズ電圧を最小にすることができる。同様に信号増幅器９と電力増幅器10から発生する高周波ノイズについても最小にすることができる。さらにこの実施例では、最も大きなノイズ源である傾斜磁場電源８を信号増幅器９および電力増幅器10から分離することで、ノイズの信号増幅系への混入をさらに低減できる。
【００３４】
尚、以上の実施例では、ラインフィルターユニット、傾斜磁場電源、電力増幅器、信号増幅器、その他の構成機器への電力供給系統については特に触れなかったが、これは一次商用電源から個々に直接供給してもよいし、MRI装置の個々の機器に電力を供給する電源分配器が備えられている場合には、この電源分配器を介して供給するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば以下の効果を実現できる。
【００３６】
１．傾斜磁場電源とフィルターボックス（ラインフィルターユニットを収納する箱）の筐体を一体化構造にし、シールドルームの壁面に設置される構成とすることにより、装置自身の発生する高周波ノイズが受信信号系に混入するのを最小にすることができ、偽像がなく、信号−ノイズ比の高い高画質の画像が得られる。
【００３７】
２．装置の設置環境に関わりなく、ノイズのない高画質画像を安定して得ることができる。
【００３８】
３．フィルターボックス内に傾斜磁場電源などMRIの構成ユニット（信号・電力増幅系の要素）を一体化することにより、機器構成が単純化される。即ち、筐体数の削減、機器間ケーブルの削除ができ、コスト低減、材料使用の削減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のMRI装置のシステム構成を示すブロック図
【図２】 本発明のMRI装置の一実施例によるシールドルーム外観の斜視図
【図３】 図２のMRI装置の要部を示す断面図
【図４】 本発明のMRI装置によるノイズ遮蔽効果を説明する図
【図５】 本発明のMRI装置の他の実施例によるシールドルーム外観の斜視図
【符号の説明】
1…シールドルーム
2…磁石
3…傾斜磁場コイル
4…照射コイル
5…受信コイル
6、61、62…筐体
7…ラインフィルターユニット
8…傾斜磁場電源
9…信号増幅器
10…電力増幅器
11…画像処理装置
11a…シーケンスコントローラー
11b…画像処理プロセッサー
12…システム接地

Claims (4)

1. 被検体の置かれる空間に静磁場を発生する磁石、前記静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、前記被検体に高周波磁場を照射する照射コイルおよび前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを含む計測系と、
   前記傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源、前記照射コイルに電流を供給する高周波増幅器および前記受信コイルが検出した信号を増幅する信号増幅器を含む信号・電力増幅系と、
   前記傾斜磁場電源、前記高周波増幅器および前記信号増幅器をそれぞれ制御するとともに前記核磁気共鳴信号をもとに前記被検体の断層像を再構成する信号処理系とを備え、
   前記計測系の各要素を、電磁波遮蔽導体を備えるシールドルーム内に配置し、前記計測系の各要素と前記信号・電力増幅系の各要素とを接続する信号ライン間に、前記電磁波遮蔽導体に接続されたラインノイズ除去手段を挿入してなる核磁気共鳴診断装置において、
   前記シールドルームは前記電磁波遮蔽導体と機構的且つ電気的に接続された筐体を備え、前記筐体内に前記信号・電力増幅系の少なくとも１の要素と前記ラインノイズ除去手段とを一体的に収納したことを特徴とする核磁気共鳴診断装置。
2. 前記筐体を複数備え、前記信号・電力増幅系の各要素を分割して前記ラインノイズ除去手段とともに各筐体に収納したことを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴診断装置。
3. 被検体の置かれる空間に静磁場を発生する磁石、前記静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル、前記被検体に高周波磁場を照射する照射コイルおよび前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを含む計測系と、
   前記傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源と、
   前記核磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の画像を再構成する信号処理系と、
   前記計測系が内部に配置され、電磁波遮蔽導体を備えるシールドルームと、
   前記傾斜磁場コイルと前記傾斜磁場電源との間に接続されたラインノイズフィルタと、
   前記傾斜磁場電源と前記ラインノイズフィルタとが内部に配置され、前記シールドルームの電磁波遮蔽導体と電気的に接続された筐体とを有することを特徴とする核磁気共鳴診断装置。
4. 前記傾斜磁場電源と前記ラインノイズフィルタとを一体として前記筐体内に配置することにより、前記傾斜磁場電源から前記ラインノイズフィルタへ伝導したノイズを接地まで導く線は、最短の長さを有することを特徴とする請求項３記載の核磁気共鳴診断装置。

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