JP3749334B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴（以下「ＮＭＲ」と略記する）現象を利用して被検体（人体）の所望部位の断層像を得る磁気共鳴イメージング装置（以下「ＭＲＩ装置」と略記する）に関し、特に、撮影領域内で天板を回転させることにより被検体の姿勢に変更があっても、正確に撮影基準軸と傾斜磁場の基本軸とを一致させるようにし、かつ操作性を向上することができるＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＭＲＩ装置は、図１に示すように、撮影領域内の被検体１に静磁場を与える静磁場発生手段２と、この静磁場発生手段２によって発生された磁場の静磁場強度に傾斜をつけ互いに直交する三方向の傾斜磁場を形成する傾斜磁場印加手段３と、この傾斜磁場印加手段３に接続され電圧を印加する傾斜磁場電源４と、高周波パルスを発生し被検体に対して該高周波パルスを照射する高周波パルス発生手段としてのＲＦ送信部５及びＲＦコイル６と、この高周波パルス発生手段によって照射された高周波パルスにより被検体１内で生じた核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段としての信号検出部７及びＲＦプローブ８と、この信号検出手段により検出された核磁気共鳴信号から被検体１の断面画像を再構成する信号処理手段９と、この信号処理手段７により処理が行われた断面画像を表示する表示部１０と、被検体１を寝載する天板１１を有し該天板１１を駆動するベッド１２と、上記各構成要素を総合的に制御するコントロール手段１３とを有して成っていた。
【０００３】
このようなＭＲＩ装置における傾斜磁場は、互いに直交する３軸方向（ｘ，ｙ，ｚ方向）に形成されており、これに対してスライス方向Ｓ、位相エンコード方向Ｐ、周波数エンコード方向ｆという３方向の傾斜磁場を、上記コントロール手段における所定のパルスシーケンスに従って印加することで撮像断面を決定している。このＳ，Ｐ，ｆ３方向の傾斜磁場は、論理的な直交座標と考えることができ、傾斜磁場パルスを上記ｘ，ｙ，ｚ３軸のいずれかに１対１に対応させて印加することにより、体軸（例えばｙ軸方向）に直交もしくは平行の断面（ＴＲＳ（横断面）、ＣＯＲ（冠状断面）、ＳＡＧ（矢状断面））の断層像を得ることができる。ここでは、図１０に示すように、上記傾斜磁場の座標軸を１５ｘ，１５ｙ，１５ｚとし、これらの１５ｘ，１５ｙ，１５ｚを傾斜磁場の基本軸１５と定義する。また、上記ｘ，ｙ，ｚ方向に平行な被検体１の座標軸を１４ａ，１４ｂ，１４ｃとし、これらの座標軸１４ａ，１４ｂ，１４ｃを撮影基準軸１４と定義する。そして、従来のＭＲＩ装置における天板１１は、傾斜磁場の基本軸１５のいずれか一方向と一致した方向に平行移動するのみであったため、上記撮影基準軸１４とＭＲＩ装置の傾斜磁場の基本軸１５とは一致していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のＭＲＩ装置においては、ベッド１２による天板１１の移動は平行移動のみ可能となっていたので、ＭＲＩ装置内で手術を行なう際に、上記被検体１を回動させ様々な体位とすることができず、例えば手術オペレータの被検体１へのアクセス、カテーテルの挿入、補助機具の装着等を容易に行なうことができなかった。このため、被検体１を寝載した天板１１をＭＲＩ装置内で回転させ、被検体１の姿勢を変更することが必要となった。しかし、例えば図１１に示すように、15x-15y 平面内で天板１１をθ回転させると、撮影基準軸１４ａは符号１４ａ’の位置へと回転するため、傾斜磁場の基本軸１５に対してずれを生じてしまう。このまま撮影を行なうと、被検体１に対するオブリーク（傾斜断面）画像が撮影され、ＴＲＳ画像を得ることができない。よって、これを回避するために、操作者はＴＲＳと思われる断面をマニュアルにて設定し、再度撮影する必要があった。しかし、このマニュアルによる設定の操作を正確に行なうことは困難であり、しかも設定のための操作は煩雑であるため、操作性を悪化させてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、撮影領域内で天板を回転させることにより被検体の姿勢に変更があっても、正確に撮影基準軸と傾斜磁場の基本軸とを一致させるようにし、かつ操作性を向上することができるＭＲＩ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるＭＲＩ装置は、被検体が配置される撮影領域内に予め定められた方向へ互いに直交する三方向の基本軸を有する傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、上記被検体を寝載する天板を有し該天板を上記傾斜磁場の基本軸の一つに沿って移動する寝台と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、上記寝台の天板を撮影領域内で回動させてその配置角度を変更可能とし、上記撮影領域内での上記傾斜磁場の基本軸の一つに対して上記天板の配置角度が変更されその長手方向の軸が上記基本軸の一つとなす角度に対応させて、その角度が略ゼロとなるように上記傾斜磁場の基本軸を回転させるようにしたものである。
【０００７】
また、上記傾斜磁場の基本軸の回転は、上記傾斜磁場印加手段が印加する各方向の傾斜磁場を制御することによって行なわれるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明によるＭＲＩ装置を示す模式図である。このＭＲＩ装置は、生体の大部分を構成する水素原子核の磁気共鳴現象が組織によって異なることを利用して、生体軟部組織を二次元或いは三次元的に画像化するもので、静磁場発生手段２と、傾斜磁場印加手段３と、傾斜磁場電源４と、高周波パルス発生手段（５，６）と、信号検出手段（７，８）と、信号処理手段９と、表示部１０と、ベッド１２と、コントロール手段１３とを有して成る。
【００１０】
上記静磁場発生手段２は、撮影領域内の被検体１に静磁場を与えるもので、例えば、永久磁石方式又は常電導方式あるいは超電導方式から成る。上記傾斜磁場印加手段３は、上記被検体１が配置される撮影領域内に予め定められた方向へ互いに直交するｘ，ｙ，ｚの三軸方向の基本軸を有する傾斜磁場Ｇx ，Ｇy ，Ｇz を印加するもので、例えばｘ，ｙ，ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイルから成る。上記傾斜磁場電源４は、上記傾斜磁場印加手段３に接続され該傾斜磁場印加手段３に電圧を印加するもので、上記三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイルを駆動するようになっている。上記高周波パルス発生手段は、高周波パルスを発生し被検体１に対して該高周波パルスを照射するものであり、例えば、高周波パルスを発生するＲＦ送信部５と、このＲＦ送信部５によって発生された高周波パルスを被検体１に対して照射するＲＦコイル６とから成る。上記信号検出手段は、上記高周波パルス発生手段のＲＦコイル６によって照射された高周波パルスにより、被検体１内で生じた核磁気共鳴信号を検出するものであり、例えば、上記核磁気共鳴信号を受信するＲＦプローブ８と、このＲＦプローブ８によって受信した核磁気共鳴信号を検出する信号検出部７とから成る。
【００１１】
上記信号処理手段９は、上記信号検出手段の信号検出部７により検出された核磁気共鳴信号から被検体１の断面画像を再構成するものである。上記表示部１０は、上記信号処理手段９により処理が行われた断面画像を表示する表示手段であり、例えば、ＣＲＴから成る。上記ベッド１２は、上記被検体１を寝載する天板１１を有し該天板１１を上記傾斜磁場の基本軸の一つに沿って移動する寝台となるものである。上記コントロール手段１３は、上記各構成要素を総合的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）から成る。
【００１２】
次に、上記ＭＲＩ装置によって行われる撮影シーケンスについて、図２を参照して説明する。図２（ａ），（ｂ）に示すように、被検体１に対して高周波パルスＲＦを照射すると同時に、スライスを選択する傾斜磁場パルスＧｓを印加する。次に位相エンコードを与えるパルスＧｐを印加する（同図（ｃ））。その後、読み出し傾斜磁場パルスＧｒを印加する（同図（ｄ））と、各位相エンコードのエコー信号signalが発生する（同図（ｅ））ので、これをサンプリングしてデータを得る。こうして得られた各エコー信号のデータにより画像を再構成する。このような一連の動作を繰り返すことにより、画像再構成に必要な全エコーを収集するのであるが、この一連の動作の繰り返し数、即ち位相エンコードＧｐの数は、１枚の画像あたり例えば１２８，２５６，５１２等の値が選ばれる。各エコー信号signalは、通常１２８，２５６，５１２，１０２４個のサンプリングデータから成る時系列信号として得られる。これらのデータを二次元フーリエ変換して一枚の断面画像を作成する。
【００１３】
ここで、本発明においては、上記ベッド１２の天板１１を撮影領域内で回動させてその配置角度を変更可能とし、上記撮影領域内で、図１０に示す上記傾斜磁場の基本軸１５（１５ｘ，１５ｙ，１５ｚ）の一つに対して上記天板１１の配置角度が変更されその長手方向の軸が上記基本軸１５の一つとなす角度に対応させて、その角度が略ゼロとなるように上記傾斜磁場の基本軸１５を回転させるように構成したものである。この傾斜磁場の基本軸１５の回転は、以下の二つの実施形態によって行われる。第一の実施形態は、上記傾斜磁場印加手段３が印加する各方向の傾斜磁場を制御することによって、上記傾斜磁場の基本軸１５の回転を行なうものである。第二の実施形態は、傾斜磁場印加手段３自体を回動可能に構成し、上記天板１１の回転の回転角に応じて傾斜磁場印加手段３を回転させ、図１０に示す撮影基準軸１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と傾斜磁場の基本軸１５とを一致させるようにしたものである。
【００１４】
まず、第一の実施形態として、上記傾斜磁場印加手段３が印加する各方向の傾斜磁場を制御することによって、上記傾斜磁場の基本軸１５の回転を行なうＭＲＩ装置について説明する。図３は、本発明の第一の実施形態としてのＭＲＩ装置における天板１１の回動を示す模式図である。この天板１１は、15x-15y 平面内でθ回転しており、この回転により天板１１は符号１１’の位置へ、この天板１１上に寝載された被検体１は符号１’の位置へ、そして被検体１に対する撮影基準軸１４ａは符号１４ａ’の位置へそれぞれ移動する。この時、図４に示す変換マトリックスによって、撮影基準軸１４ａ’に対応するＧｓ，Ｇｐ，Ｇｒのパルス強度が決定され、傾斜磁場の基本軸１５を図３に示すように、天板１１の回転と同様、θ回転させる。即ち、天板１１の回転に基づいて、傾斜磁場の基本軸１５が各方向に発生する傾斜磁場の合成として決定され、合成した後の傾斜磁場の基本軸１５が撮影基準軸１４ａ’と一致するよう制御される。上述のように、第一の実施形態のＭＲＩ装置による傾斜磁場の基本軸１５の回転は、傾斜磁場印加手段３が印加する各方向の傾斜磁場を制御することによって行なわれるため、高周波パルス発生手段の新規開発が不要となり、ＭＲＩ装置の構成が複雑になるのを防止することができる。
【００１５】
図５は、上記第一の実施形態としてのＭＲＩ装置の動作手順を示すフローチャートである。まず、天板１１の位置をコントロール手段１３から数値入力する（ステップ１）。この入力に基づいて、天板１１が図示しないモータで駆動され、その位置が例えば図示しない位置センサによって検出された後設定される（ステップ２）。次に、ステップ２で設定された天板１１の位置に基づいて、撮影基準断面を決定する（ステップ３）。具体的には、天板１１の回転量がθの場合、撮影基準断面を角度θのオブリーク撮影と同一のＧＣパルス形状に設定する。そして、決定された撮影基準断面に基づいて、図４で示すマトリックスによって、基準ＧＣパラメータを決定する（ステップ４）。最後に、被検体１の撮影を行なって（ステップ５）、一連の操作手順が終了する。
【００１６】
次に本発明の第二の実施形態として、傾斜磁場印加手段３自体を回動可能に構成し、上記天板１１の回転の回転角に応じて傾斜磁場印加手段３を回転させ、撮影基準軸１４と傾斜磁場の基本軸１５とを一致させるようにしたＭＲＩ装置について説明する。図６は、本発明の第二の実施形態としてのＭＲＩ装置を示す模式図である。この図で示されるＭＲＩ装置は、静磁場発生手段２と、傾斜磁場印加手段３と、ＲＦコイル６と、天板１１と、回転支持体１６と、ガイド１７と、ＲＦコイル支持体１８とを有して成っている。上記静磁場発生手段２、傾斜磁場印加手段３、ＲＦコイル６及び天板１１は、上述の第一の実施形態で示されたものと同様なものである。本実施形態におけるＭＲＩ装置は、傾斜磁場印加手段３がガイド１７と回転支持体１６とによって保持されており、15x-15y 平面内で回動可能となっている。この回転支持体１６は、例えばボールベアリングで構成し、傾斜磁場印加手段３が15x-15y 平面内で滑らかに回動できるようになっている。なお、上記回転支持体１６は、上記ボールベアリングに限らず、傾斜磁場印加手段３を15x-15y 平面内で回動可能とするものであれば他のものであってもよい。上記構成により、天板１１の回転の回転角に応じて傾斜磁場印加手段３を回動可能とすることができ、撮影基準軸１４と傾斜磁場の基本軸１５とを一致させることができる。
【００１７】
更に、天板１１を15x-15z 平面内で回転させる場合、図７に示すように、筒状の傾斜磁場印加手段３を、回転支持体１６を介して静磁場発生手段２の内側に設置し、この傾斜磁場印加手段３の内側にＲＦコイル６を設置する。また、傾斜磁場印加手段３は、被検体１を寝載するための天板１１が傾斜磁場の基本軸１５ｙ方向に平行移動するのを許容しつつ、上記天板１１が15x-15z 平面内で回転する際には、その回転に伴って回転する構成となっている。このような構成により、天板１１が15x-15z 平面内で回動する際には、天板１１の回転と連動して傾斜磁場印加手段３も回転し、撮影基準軸１４と傾斜磁場の基本軸１５とを一致させることができる。よって、傾斜磁場の基本軸１５の回転は、少なくとも二方向の傾斜磁場印加手段３の機械的回転として行われるため、傾斜磁場の性能、特に軸方向の最大強度が低下するのを防止することができる。
【００１８】
図８は本発明を水平磁場方式のＭＲＩ装置に適用した場合の、天板１１の回動を示す上面から見た模式図であり、図９は上記天板１１の回動を示す側面から見た模式図である。なお、図の中で符号１９は、静磁場発生手段２から発生された磁束を示す。これらの図に示すように、水平磁場方式のＭＲＩ装置において、天板１１を15x-15y 平面内で回転させる場合であっても、傾斜磁場の基本軸１５を被検体を寝載する天板１１の回転と連動させて回転させることにより、上述と同様に撮影基準軸１４と傾斜磁場の基本軸１５とを合致させるための煩雑な設定を省くことができ、操作性を向上することができる。この場合において、傾斜磁場の基本軸１５の回転は、第一の実施形態と同様に、天板１１の回転に基づいて、傾斜磁場の基本軸１５を各方向に発生する傾斜磁場の合成として決定し、合成した後の傾斜磁場の基本軸１５が撮影基準軸１４と一致するよう制御してもよいし、第二の実施形態と同様に、傾斜磁場印加手段３自体を回動可能に構成し、上記天板１１の回転の回転角に応じて傾斜磁場印加手段３を回転させ、撮影基準軸１４と傾斜磁場の基本軸１５とを一致させるようにしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されたので、寝台の天板を撮影領域内で回動させてその配置角度を変更し、撮影領域内での傾斜磁場の基本軸の一つに対して上記天板の配置角度が変更された場合に、その長手方向の軸が上記基本軸の一つとなす角度に対応させて、その角度が略ゼロとなるように上記傾斜磁場の基本軸を回転させることができる。これにより、被検体の姿勢に変更があっても、正確に撮影基準軸と傾斜磁場の基本軸とを一致させることができ、かつ操作性を向上することができる。
【００２０】
また、上記傾斜磁場の基本軸の回転は、傾斜磁場印加手段が印加する各方向の傾斜磁場を制御することによって行なわれることにより、高周波パルス発生手段の新規開発が不要となり、ＭＲＩ装置の構成が複雑になるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一の実施形態のＭＲＩ装置の全体を示す模式図である。
【図２】上記ＭＲＩ装置によって行われる撮影シーケンスを示すタイムチャートである。
【図３】上記ＭＲＩ装置における天板及び傾斜磁場の基本軸の回動を示す上面から見た模式図である。
【図４】上記ＭＲＩ装置における傾斜磁場の基本軸の変換マトリックスを示す表である。
【図５】上記ＭＲＩ装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る第二の実施形態における、天板を15x-15y 平面内で回転させる場合のＭＲＩ装置の中央横断面図である。
【図７】本発明に係る第二の実施形態における、天板を15x-15z 平面内で回転させる場合のＭＲＩ装置の中央横断面図である。
【図８】本発明を水平磁場方式のＭＲＩ装置に適用した場合の、天板の回動を示す上面から見た模式図である。
【図９】上記天板の回動を示す側面から見た模式図である。
【図１０】上記ＭＲＩ装置の被検体に対する撮影基準軸及び傾斜磁場の基本軸を示す模式図である。
【図１１】従来のＭＲＩ装置における天板の回転及び傾斜磁場の基本軸を示す模式図である。
【符号の説明】
１…被検体
２…静磁場発生手段
３…傾斜磁場印加手段
４…傾斜磁場電源
５…ＲＦ送信部
６…ＲＦコイル
７…信号検出部
８…ＲＦプローブ
９…信号処理手段
１０…表示部
１１…天板
１２…ベッド
１３…コントロール手段
１４…撮影基準軸
１５…傾斜磁場の基本軸

Claims (2)

1. 被検体が配置される撮影領域内に予め定められた方向へ互いに直交する三方向の基本軸を有する傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、上記被検体を寝載する天板を有し該天板を上記傾斜磁場の基本軸の一つに沿って移動する寝台と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
   上記寝台の天板を撮影領域内で回動させてその配置角度を変更可能とし、上記撮影領域内での上記傾斜磁場の基本軸の一つに対して上記天板の配置角度が変更されその長手方向の軸が上記基本軸の一つとなす角度に対応させて、その角度が略ゼロとなるように上記傾斜磁場の基本軸を回転させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 上記傾斜磁場の基本軸の回転は、上記傾斜磁場印加手段が印加する各方向の傾斜磁場を制御することによって行なわれることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。

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