JP4193690B2

JP4193690B2 - Ｍｒｉ装置

Info

Publication number: JP4193690B2
Application number: JP2003428633A
Authority: JP
Inventors: 亜希子長田; 博幸板垣; 陽谷口; 由香里山本; 久晃越智
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005185387A

Description

本発明は、ＭＲＩ装置に関する。

近年患者の術後早期回復を目的とした、低侵襲手術の技術が目覚しく進歩している。一方無侵襲の画像診断装置であるＭＲＩ装置は、オープンＭＲＩの普及ともに装置の新しい臨床利用方法が提案され、中でも術中ＭＲＩという新たな使用方法が注目されている。術中ＭＲＩとはＭＲＩ撮影と手術を並行して行う使用方法である。低侵襲治療の際、切開部が小さく術者から術部が肉眼では見えないことがある。そこでＭＲＩによる画像で術部の様子を見ながら治療するものである。術中使用を目指したとき、現在のオープンＭＲＩでは静磁場を発生するマグネットの配置により開口部が狭く、また開口部から術部までが遠い為、術者の術部へのアクセス性が悪いという問題点があった。

そこでアクセス性の向上を目指して、近年開口部から術部までの距離を短くする為、マグネットの体軸方向の長さを短くしたショートボア型ＭＲＩが開発された。しかしながら、この形状では上方がさえぎられ、術部へ上部から直接アクセスすることが困難であった。

そこで、新たに回転式ショートボア型マグネットが考案された。回転式のショートボア型マグネットとは、マグネットを支える支持部により静磁場中心を中心としてマグネットが回転することで、上部空間を開放したマグネットのことである（例えば、特許文献１を参照）。
静磁場の不均一の分布を求める技術は周知である（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００１−０４６３５５号公報

特開昭６１−１８０１３０号公報

図１は、従来技術の真円形の回転式ショートボア型ＭＲＩ装置の斜視図である。図１において、３は被検者、４は術者、５はマグネット、被検者３が置かれる２は被検者ベッドであり、１は術者の撮像部へのアクセスに障害となる場所を示す。

図２は、従来技術の真円形の回転式ショートボア型ＭＲＩ装置を横から見た図であり、（Ａ）真円形マグネットを回転させない状態、（Ｂ）真円形マグネットを回転させた状態を示す図である。図２において、Ｌ１は、マグネットを垂直に設置した場合のボア内上部の高さ、Ｌ２は、マグネットを傾けて設置した場合のボア内上部の高さを示す。

しかし、特許文献１では、例えば、撮像時に装置外部にいる者の撮像部位へのアクセスは、図１に示す形状の装置の場合、回転したマグネットによって図１に示す１の部分で足場が妨げられる。そのため、外部からボアの内部まで手が届きにくくなり、ボア内部での操作では困難が予想される。
また、マグネットが斜めに回転することで、ボア内の高さが、マグネットを通常のように垂直に設置した場合に図２（Ａ）に示すＬ１であったのが、図２（Ｂ）に示すＬ２になるため、内部で作業することは困難な上、内部にいる撮像対象となる者にも圧迫感があり、ＭＲＩ装置内での手術等を想定した場合の使い勝手は悪かった。そこで撮像時に、より外部からアクセスしやすいＭＲＩ装置が望まれていた。

また一方で、開放性を上げることを目的とした形状にすると、静磁場の均一性が極端に悪くなる。そこで静磁場の均一性が悪い空間でも画質の良い撮像が行えるよう、静磁場不均一の補正技術を組み込んだ装置を開発する必要がある。
本発明は、ＭＲＩによる画像撮像時の、装置外部から撮像対象位置へのアクセスを容易にし、マグネット回転時のボア内の空間を確保し、装置形状による静磁場不均一を補正することを課題とする。
本発明の目的は、アクセス性のよさと画質向上を可能とするＭＲＩ装置を提供することにある。

本発明のＭＲＩ装置は、静磁場を発生する静磁場発生手段と、互いに直交する第１、第２、及び第３方向の傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、検査対象から発生する磁気共鳴信号を検出する手段と、検出された磁気共鳴信号を計算機のメモリ上に配置し所定の演算処理を施しＭＲＩ画像を作成する画像再構成手段と、前記傾斜磁場発生手段、前記高周波磁場発生手段、前記信号検出手段及び前記画像再構成手段を制御する制御手段とを有するＭＲＩ装置において、マグネットの形状が楕円であることを特徴とする。本発明のＭＲＩ装置は、以下の特徴を有する。（ａ）体軸方向幅４０ｃｍ〜７０ｃｍ程度をもつショートボア型マグネットを有する。（ｂ）（１）床に固定した支持部にマグネットを固定し、そのマグネット固定位置を中心に前後４５度程度マグネットが回転することにより、上部空間がフリー構造化すること、（２）上記マグネットの下部にステップを取り付け、外部からボア内部へのアクセスを容易にする。（ｃ）ボア内側の縁が切り欠きになっている。（ｄ）マグネットが縦長楕円形である。（ｅ）ＭＲＩ装置の静磁場に対して、磁場がほぼ垂直になるような形状を有する外付け受信コイルが使用される。（ｆ）静磁場の影響の異なる二つの撮影方法により取得した二つの位相データの位相差を用いて作成した、任意の位置における静磁場分布図を使用し、取得した二つの位相データを補正し、補正した位相データによって作成した静磁場分布図を用いて、装置形状による磁場不均一による画像の歪を後処理で補正する。

即ち、本発明では、ボア外側の下部にステップを設け、外からボア内にアクセスする際問題となる足元の妨げを解消し、撮像時の装置外部から撮像対象位置へのアクセス性を向上した。また、マグネットの形状を縦長の楕円にすることで、回転させたときのボア内上部の空間を確保できるようにした。さらに、マグネットを傾けて使用する際に必要な、角度に合わせた受信コイルも設計し、傾けた際に狭くなるボアの開口部内側の縁を切り欠きした。

また、装置形状によって低下した磁場の不均一による画像の歪を補正するため、撮像対象物を磁場から受ける影響が異なる二つの撮影法によって撮像し、取得した二つの信号の差分から磁場分布図を作成し、撮像対象物の画像を補正する方法（特許文献２）を拡張した。即ち、予め磁場分布図を作成しておき、撮像した画像を補正する機能を装置に搭載した。

以上のように、本発明によれば、マグネット外部にステップを設けることで、ＭＲＩ撮像時の装置外部から撮像対象へのアクセス性を向上させ、マグネットの形状を縦長楕円にすることで、ボア内の空間を広く確保し、静磁場不均一のある撮像環境において静磁場不均一の補正を実現できる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
まず、本発明のＭＲＩ装置の特徴ある構成について説明する。本発明のＭＲＩ装置は、検査対象が置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、静磁場発生手段の傾きを変更可能に支持する支持手段とを有し、静磁場発生手段のマグネットの形状が楕円である。このマグネットは、体軸方向に幅４０ｃｍ〜７０ｃｍ程度をもつショートボア型マグネットであり、マグネットの下部にステップを取り付けており、マグネットのボア内側の縁が切り欠きになっており、マグネットが縦長楕円形である。

図３は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の構成例を示す図である。図３において、１０１は水平な静磁場を発生する磁石、１０２は被験者などの検査対象、１０３は検査対象１０２を載せるベッド、１０４は高周波磁場を発生させるとともに検査対象１０２から生じるエコー信号を検出するための高周波磁場コイル、１０８、１０９、１１０はそれぞれｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場発生コイルである。１０５、１０６、１０７はそれぞれ傾斜磁場発生コイル１０８、１０９、１１０に電流を供給するためのコイル駆動装置である。１１５は計測されたＭＲ信号を処理し、画像再構成を行うための計算機、１１６は再構成画像を表示するためのＣＲＴディスプレイ、１１７は処理途中のデータや最終結果を格納するメモリである。

ＭＲＩ装置の動作の概要を説明する。まず、シンセサイザ１１１により発生させた高周波を、変調装置１１２で波形整形、増幅器１１３により電力増幅し、高周波磁場コイル１０４に電流を供給する。これにより、高周波磁場コイル１０４から高周波磁場が出力され、検査対象１０２の核磁化を励起する。検査対象１０２からのエコー信号は、高周波磁場コイル１０４により受信され、増幅器１１３で増幅、検波装置１１４で検波された後、計算機１１５に入力され、メモリ１１７上にｋ空間データの形式で保存される。その後、計算機１１５は画像再構成を行い、結果をＣＲＴディスプレイ１１６上に表示する。

図４は、本発明の実施例のＭＲＩ装置のショートボア型マグネットの回転を説明する図であり、図４（Ａ）は横から見た図、図４（Ｂ）は正面図である。図４において、２は被検者ベッド、５はマグネット、７は支柱、８は軸、９はステップを示す。
図４で示すように、体軸方向幅４０ｃｍのマグネットを床に固定した支柱７で固定する。マグネットは、この支柱を軸とし、軸を中心に、上部は体軸方向で被検者ベッド挿入口と反対側、下部は被検者ベッド挿入口側に４５度回転する。

また、装置外部にいる者がボア内部へアクセスしやすいよう、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すようにステップ９を設ける。
図５は、本発明の実施例のＭＲＩ装置の受信コイルの例を示す図であり、（Ａ）はコイル全体を示す斜視図、（Ｂ）は撮影時のコイル配置を横から示した図である。図５において、２は被検者ベッド、５はマグネット、６はガントリ、９はステップ、１０は、コイル自身が地面に水平な面に対して４５度の傾きをもつソレノイドコイル（４５度ソレノイドコイル）を示す。

受信コイルは、ボアに内蔵されているバードケージコイルや、図５（Ａ）で１０に示した４５度ソレノイドコイルやサーフェスコイルを用いて、図５（Ｂ）に示すようにマグネットの発生する静磁場に垂直になるよう設置する。
通常、水平磁場を発生するトンネル型マグネットを使用するＭＲＩ装置においては、静磁場の方向がソレノイドコイルの形成する磁場の方向と平行なため、高感度なソレノイドコイルは使用できない。しかしながら、４５度傾けたショートボアマグネットでは４５度ソレノイドコイルが使用可能であり、画像のＳ／Ｎを向上できる効果がある。

図６は、（Ａ）従来技術の真円形状をもつマグネットの正面図、（Ｂ）本発明の実施例のＭＲＩ装置における縦長楕円形状をもつマグネットの正面図である。
図２は、従来技術の真円形の回転式ショートボア型ＭＲＩ装置と楕円形回転式ショートボア型ＭＲＩ装置のマグネット部分を横から見た図であり、（Ａ）真円形マグネットを回転させない状態、（Ｂ）真円形マグネットを回転させた状態、（Ｃ）楕円形マグネットを回転させた状態、（Ｄ）楕円形マグネットを回転させた状態を示す。

図６（Ａ）の真円のマグネットを横から見た図を図２（Ａ）に示す。真円のマグネットを４５度傾けると、図２（Ｂ）のようにボア内の奥側の被検者ベッド上部空間が狭くなり、被検者ベッドからの高さは距離Ｌ１であったのが距離Ｌ２になってしまう。
そこで、マグネットの形状を図６（Ｂ）のように縦長の楕円形にする。通常の円形マグネットのボア内部の縦横の径の比率を横１：縦１として横１：縦１．４の比率の楕円形にすると、横幅を変えずに高さ方向の空間を広げることができる。縦長楕円形状のマグネットを横から見た図（図２（Ｃ））を傾けたときにも、図２（Ｄ）に示すとおり奥側の被検者ベッド上部空間の高さはＬ１の高さを確保できる。

図７は、本発明の実施例の楕円形マグネットの内側の角の切り欠きを説明する図であり、（Ａ）は切り欠きをしないマグネットを横から見た図、（Ｂ）は切り欠きしたマグネットを横から見た図である。図７において、２は被検者ベッド、５はマグネット、１１は切り欠き部分を示し、Ｌ３は切り欠きしない場合のボア内上部の高さ、Ｌ４は切り欠きした場合のボア内上部の高さを示す。

マグネットの体軸方向幅が４０ｃｍ〜７０ｃｍである根拠を示す。人体の幅がおよそ６０ｃｍである為、ボアの内側の横幅は６０ｃｍに設定される。横幅に対して高さは１．４倍である為、ボア内側の高さは８４ｃｍとなる。人の前後幅はおよそ２０ｃｍである為、被検者ベッドに寝た状態で人がこのボアの中に入っているためには、上部に２０ｃｍは必要である。

このことから、通常、マグネットが７０ｃｍでは、図７（Ａ）に示すＬ３のように４５度に回転させると２０ｃｍの高さが確保できないが、ボア開口部の内側の縁を図７（Ｂ）に示す１１のように切り欠きにすることにより、Ｌ４で示したように高さ２０ｃｍが確保される。マグネットの体軸方向幅が７０ｃｍを越すと、切り欠きを用いても２０ｃｍの空間維持は困難である。一方４０ｃｍとは、マグネットの成立する限界の大きさであることによる。
以上のことによって、ＭＲＩ撮像時の装置外部から撮像対象へのアクセス性を向上し、ボア内の空間を広く確保することが可能となるという効果がある。

また、ショートボア型マグネットは、体軸方向に短く、体軸方向の撮像可能な範囲が通常のオープンＭＲＩ装置やトンネル型ＭＲＩ装置に較べ、狭いという問題点がある。このため、例えば、術前に全身像を撮像しておく必要がある場合など、体軸方向に広い視野を撮像範囲とするためには被検者ベッド２を可動式にし、被検者ベッドを動かして被検者自身を移動することで、撮像範囲を移動させながら撮像する。

図８は、本発明の実施例において、体軸方向に撮像領域が大きい時、（Ａ）はマグネットが垂直な状態での可動式の被検者ベッドの移動距離、（Ｂ）はマグネットが４５度に回転したときの可動式の被検者ベッド移動距離を説明する図である。図８において、２は可動式の被検者ベッド、６はガントリ、５０は撮像範囲、５１は静磁場が均一な範囲、Ｌ５はマグネットを垂直に設置した時の可動式の被検者ベッドの移動距離、Ｌ６はマグネットを４５度傾けて設置した時の可動式の被検者ベッドの移動距離を示す。

図８に示すように、マグネットを傾けず垂直に設置したままで撮る（Ａ）の時の、ベッドを体軸方向に動かす距離（Ｌ５）のほうが、傾けて設置して撮る（Ｂ）の時の、被検者ベッドを体軸方向に動かす距離（Ｌ６）に比べて、短い距離ですむ。
よって、撮像範囲を広げる為に被検者ベッドを移動する際、マグネットは傾けずに使用する。マグネットを傾けずに使用する場合は、４５度ソレノイド受信コイルは使用しない。以上のように、被検者ベッドを移動させて撮像することで撮像範囲を広げる効果がある。

ところで、ショートボア型ＭＲＩ装置は、従来のトンネル型ＭＲＩ装置に較べ、磁石の大きさが小さくなることで静磁場不均一が極端に大きくなる。そこで不均一を含む、ボア内の空間の磁場分布図を事前に作成し、得られた画像データの位置情報を磁場分布図によって補正する機能を本装置に搭載する。
図９は、本発明の実施例における、静磁場の不均一による画像の歪補正方法を説明するフローチャートである。
図１０は、本発明の実施例において画像補正に用いる、（Ａ）は通常のスピン・エコー法のシーケンス、（Ｂ）は静磁場の影響の強い変形スピン・エコー法のシーケンスを示す図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）において、ＲＦは９０度パルス、１８０度パルスを示し、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚはそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向の傾斜磁場を示し、Ｓｉｇｎａｌはエコー信号を示し、ＴＥはエコータイムである。

静磁場不均一による画像の歪補正方法は以下の手順である。図９に流れ図を示す。補正には位相法（特許文献２）による静磁場分布図計測を利用する。図１０（Ａ）に示す通常のスピン・エコー法と、図１０（Ｂ）に示す変形スピン・エコー法のシーケンスを用いてガントリ内に置いた試料を撮像し、二つのエコー信号Ｆ１、Ｆ２を計測する。

ここで９０度パルスと１８０度パルスの間の時間と１８０度パルスとエコー中心間の時間差が、静磁場不均一により位相がずれる時間εとなる。図１０（Ａ）の通常のスピンエコー法では、９０度パルスと１８０度パルスの間の時間と１８０度パルスとエコー中心間の時間の間隔を等しくすることにより静磁場不均一の影響を相殺するが、９０度パルスと１８０度パルスの間の時間と１８０度パルスとエコー中心間の時間に時間差を設けることで静磁場不均一の影響を与えることができる。静磁場の影響が入らない図１０（Ａ）の位相と、時間εの分だけ静磁場の影響の入った図１０（Ｂ）の位相との場所ごとの差を取り、時間で微分することによって、撮像範囲の静磁場の磁場分布がわかることになる。以上により、静磁場不均一の分布図（図９に示す磁場分布図Ａ）が作成できる。

次に、上記で作成した静磁場不均一の分布図を使って図１０（Ａ）、（Ｂ）のシーケンスで取得した撮像範囲の位相分布（図９に示す位相分布ａ、ｂ）の歪をそれぞれ補正する（図９に示す位相分布ａ´、ｂ´）。さらに、図９に示す位相位相ａ´、ｂ´を用いて、新たな静磁場不均一の分布図（図９に示す磁場分布図Ｂ）を作成し、対象画像Ｃを補正する。図９に示す補正された画像Ｄを得る。ただし、図９に示す不均一分布図Ａを使って、対象画像Ｃを補正して補正された画像Ｄを得てもよい。以上により、マグネット形状や、マグネットの回転による静磁場不均一を補正する効果がある。

ＭＲＩ撮像時の撮像対象へのアクセス性を向上させ、静磁場不均一のある撮像環境において静磁場不均一の補正を実現できるＭＲＩ装置を提供できる。

従来の真円形の回転式ショートボア型ＭＲＩ装置の斜視図。従来技術の真円形の回転式ショートボア型ＭＲＩ装置と楕円形回転式ショートボア型ＭＲＩ装置のマグネット部分を横から見た図であり、（Ａ）真円形マグネットを回転させない状態、（Ｂ）真円形マグネットを回転させた状態、（Ｃ）楕円形マグネットを回転させた状態、（Ｄ）楕円形マグネットを回転させた状態を示す図。本発明が適用されるＭＲＩ装置の構成例を示す図。図４は、本発明の実施例のＭＲＩ装置のショートボア型マグネットの回転を説明する図であり、（Ａ）は横から見た図、（Ｂ）は正面図。本発明の実施例のＭＲＩ装置の受信コイルの例を示す図であり、（Ａ）はコイル全体を示す斜視図、（Ｂ）は撮影時のコイル配置を横から示した図。（Ａ）従来技術の真円形状をもつマグネットの正面図、（Ｂ）本発明の実施例のＭＲＩ装置における縦長楕円形状をもつマグネットの正面図。本発明の実施例の楕円形マグネットの内側の角の切り欠きを説明する図であり、（Ａ）は切り欠きをしないマグネットを横から見た図、（Ｂ）は切り欠きしたマグネットを横から見た図。本発明の実施例において、体軸方向に撮像領域が大きい時、（Ａ）はマグネットが垂直な状態での可動式の被検者ベッドの移動距離、（Ｂ）はマグネットが４５度に回転したときの可動式の被検者ベッド移動距離を説明する図。本発明の実施例における、静磁場の不均一による画像の歪補正方法を説明するフローチャート。本発明の実施例において画像補正に用いる、（Ａ）は通常のスピン・エコー法のシーケンス、（Ｂ）は静磁場の影響の強い変形スピン・エコー法のシーケンスを示す図。

符号の説明

１…術者の撮像部へのアクセスに障害となる場所、２…被検者ベッド、３…被検者、４…術者、５…マグネット、６…ガントリ、７…支柱、８…軸、９…ステップ、１０…４５度ソレノイドコイル、１１…切り欠き部分、５０…撮像範囲、５１…静磁場が均一な範囲、１０１…静磁場を発生する磁石、１０２…検査対象、１０３…ベッド、１０４…高周波磁場コイル、１０８…ｘ方向の傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場発生コイル、１０９…ｙ方向の傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場発生コイル、１１０…ｚ方向の傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場発生コイル、１０５…傾斜磁場発生コイル１０８に電流を供給するためのコイル駆動装置、１０６…傾斜磁場発生コイル１０９に電流を供給するためのコイル駆動装置、１０７…傾斜磁場発生コイル１１０に電流を供給するためのコイル駆動装置、１１１…シンセサイザ、１１２…変調装置、１１３…増幅器、１１４…検波装置、１１５…計算機、１１６…ＣＲＴディスプレイ、１１７…メモリ、Ｌ１…マグネットを垂直に設置した場合のボア内上部の高さ、Ｌ２…マグネットを傾けて設置した場合のボア内上部の高さ、Ｌ３…切り欠きしない場合のボア内上部の高さ、Ｌ４…切り欠きした場合のボア内上部の高さ、Ｌ５…マグネットを垂直に設置した時の可動式の被検者ベッドの移動距離、Ｌ６…マグネットを４５度傾けて設置した時の可動式の被検者ベッドの移動距離。

Claims

検査対象が置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、該静磁場発生手段の傾きを変更可能に支持する支持手段とを有し、前記静磁場発生手段のマグネットの形状が楕円であることを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１に記載のＭＲＩ装置において、前記マグネットは、体軸方向に幅４０ｃｍ〜７０ｃｍ程度をもつショートボア型マグネットであることを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１に記載のＭＲＩ装置において、前記マグネットの下部にステップを取り付けたことを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１のＭＲＩ装置において、前記マグネットのボア内側の縁が切り欠きになっていることを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１のＭＲＩ装置において、前記マグネットが縦長楕円形であることを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１に記載のＭＲＩ装置において、前記静磁場に対して磁場がほぼ垂直になるような形状をもつ外付け受信コイルを有することを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１に記載のＭＲＩ装置において、前記静磁場の影響の異なる二つの撮影方法により取得した二つの位相データの位相差を用いて作成した、任意の位置における静磁場分布図を使用し、前記取得した二つの位相データを補正し、補正した位相データによって作成した静磁場分布図を用いて、装置形状による磁場不均一による画像の歪を後処理で補正することを特徴とするＭＲＩ装置。