JP4838124B2 - 磁気共鳴イメージングのためのテーブル位置センシング装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、診断イメージング技術に関する。本発明は、特に、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置において用いられる被検体テーブル又は他の可動式被検体支持台の位置の検出に関する。本発明については又、他の種類の診断イメージングスキャナにおいてアプリケーションを見出すことができることが理解できるであろう。

典型的には、ＭＲＩシステムは、被検体がイメージングボリューム内に被検体支持台上を搬送される及びイメージングボリューム内に位置決めされる、位置又は動き制御システムを必要とする。現在のＭＲＩシステムは、被検体のために支持台又はテーブルを用いる。この支持台はマグネットにより水平方向に移動し、モータ駆動の位置決めシステムにより駆動される。円筒状マグネット内において、テーブル面、それ故、被検体の垂直方向位置は、通常、一定であり、そのテーブルの位置は、マグネットの内腔に対して水平方向（即ち、軸方向）に調節される。垂直磁場システムにおいて、テーブル／被検体は、しばしば、垂直方向及び水平方向の両方において位置決めされる。

被検体の位置を制御するように所望されるために、一部のＭＲＩシステムは、テーブル面以外の構成要素に取り付けられているフィードバック装置による閉ループ制御を有する動き制御システムと協働する。しばしば、これは、モータシャフトに取り付けられたロータリエンコーダ、又はテーブル位置を制御且つ推測するプーリである。他の動きシステムはステッパモータ及び開ループ制御方法を用いる。それらの動き制御システムは、単純な被検体位置決めに対して一般に適切であり、ＭＲＩ画像を生成するために単純なＲＦコイルと固定カウチとを有するシステムの要求を満たす。

例えば、被検体が徐々に又は連続的に移動されるセンスイメージング又はアプリケーション等の、更に複雑なイメージングアプリケーションに対して、機械的システム誤差及び制御システム誤差は、ＭＲＩ画像を生成するとき、位置精度及び再現性を低レベルにする傾向にある。それらの機械的システム誤差は、ベルトの伸び、ギアの隙間、部品の磨耗、機械的接触、及び位置精度を達成困難にする他の要因によることが考えられる。

本発明においては、上記の問題点及び他の問題点を克服する、装置及び方法の改善を意図されている。

本発明の実施形態の一特徴に従って、ＭＲＩ装置を提供する。ＭＲＩ装置は、検査領域において主磁場を生成するための主マグネットと、主磁場において磁場勾配を生成するための複数の勾配マグネットと、被検体が配置された、磁気共鳴を励起し且つ検査領域に高周波信号を送信するための高周波コイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信するための高周波コイルと、被検体を支持するための被検体支持台とを有する。ＭＲＩ装置は又、検査領域内の被検体支持台の位置を制御するための位置制御器と、被検体支持台の位置を直接測定するための位置センサとを有する。

本発明の更に制限された特徴に従って、位置センサは、ＭＲＩ装置に対する固定位置と被検体支持台の少なくとも１つに備えられた複数の目盛尺と、目盛尺を読み取るための目盛尺と向かい側の且つＭＲＩ装置に対する固定位置及び被検体支持台の少なくとも１つに備えられた複数の読み取りヘッドと、を有する。

本発明の更に制限された特徴に従って、位置センサは、被検体支持台の絶対位置を検出する。

本発明の更に制限された特徴に従って、位置センサにより検出された被検体支持台の位置は、被検体支持台の位置を制御するための位置制御器により用いられる。

本発明の更に制限された特徴に従って、位置センサは、被検体支持台の少なくとも１つに備えられた導電性ストリップとＭＲＩ装置の固定部分とであって、導電性ストリップは、長さと、導電性ストリップとは向かい側であり、ＭＲＩ装置の固定部分及び被検体支持部の少なくとも１つに備えられた接触要素とストリップの長さに沿った可変抵抗と、を有し、接触要素は、導電性ストリップとの電気的接触をなし、それにより、被検体支持台の位置を示す関連電流を有する電気回路を構成している、導電性ストリップとＭＲＩ装置の固定部分とを有する。

本発明の更に制限された特徴に従って、位置センサは、ＭＲＩ装置に対する固定位置に備えられたレーザ源と被検体支持台に備えられたターゲットとであって、レーザ源はターゲットにレーザビームを方向付け且そのターゲットから反射される信号を検出し、それにより、被検体支持台の位置を表示する、レーザ源とターゲットとを有する。

本発明の実施形態の他の特徴に従って、検査領域内の主磁場を生成するための主磁場手段と、主磁場内に磁場勾配を生成するための勾配手段と、配置された被検体用に磁気共鳴を受信するための高周波受信手段と、検査領域における被検体支持台の位置を制御するための制御手段と、被検体支持台の位置を直接測定するための位置検知手段と、を有するＭＲＩ装置を提供する。

本発明の更に制限された特徴に従って、位置検知手段は、固定基準フレームに対する被検体支持台の絶対位置を測定する。

本発明の実施形態の他の特徴に従って、検査領域において主磁場を生成する段階と、主磁場において磁場勾配を生成する段階と、配置された被検体用に磁気共鳴を励起するための検査領域に高周波信号を送信する段階と、検査領域において被検体支持台の位置を制御する段階と、被検体支持台の位置を直接測定する段階と、を有するＭＲＩ方法を提供する。

本発明の実施形態の他の有利点は、本発明がＭＲＩシステムにおけるテーブル／被検体位置の高精度を実現することである。

本発明の実施形態の他の有利点は、本発明が位置制御システムに被検体支持台位置について直接報告するためにフィードバック装置を提供することである。

本発明の実施形態の他の有利点は、ＭＲＩ支持台動き制御システムにおける機械的及び電気的ヒステリシスエラーに対処することである。

多くの付加有利点及び優位性については、以下の好適な実施形態についての詳細説明を当該技術分野の当業者が読むとき、明らかになるであろう。

図１を参照するに、ＭＲＩ装置１０は、好適には、超伝導及び極低温シールドの状態の円筒状主マグネット１２を有する。主マグネット１２及び主マグネットが配置されているハウジング１３は、マグネットボア１４、又は検査領域を規定し、その検査領域の内部に、被検体５１はイメージングのために位置付けされる。主マグネット１２は、マグネットボア１４の長手（ｚ）方向の軸に沿って方向付けられた、空間的及び時間的に一定且つ一様な主磁場を発生させる。超伝導マグネットに代えて、非超伝導マグネットを用いることができる。更に、垂直マグネット、オープンマグネット、又は他のタイプの主マグネットを、図に示す円筒状水平主マグネット１２に代えて用いることができる。

ＭＲＩ装置は又、一次勾配コイル１６と、磁気共鳴信号を空間的にエンコーディングする、磁化スポイリング磁場勾配を生成する等のためにボア１４内に磁場勾配を協働して生成する、オプションのシールド勾配コイル１８とを有する。好適には、磁場勾配コイルは、ｘ方向及びｙ方向を含む３つの直交方向において磁場勾配を生成するように構成されているコイルを有する。シールドコイル１８に加えて、オプションのコールドシールド２０は、残留勾配磁場に対する高導電性渦電流表面を与え、それ故、マグネットコイルを更に保護している。

高周波コイルアセンブリ２２、例えば、全身用コイルは、磁気共鳴を励起するために高周波パルスを発生する。高周波コイルアセンブリ２２は又、磁気共鳴信号を検出する役割を果たす。任意に、付加的局部高周波コイル又は位相高周波コイルアレイ（図示せず）が、ボア１４の局部領域において磁気共鳴を励起及び／又は検出するために含まれる。

勾配パルス増幅器３０は、選択された磁場勾配を生成するために磁場勾配コイル１６、１８に制御された電流を供給する。高周波送信器３４、好適には、ディジタルの高周波送信器は、選択された磁気共鳴励起を生成するために高周波コイルアセンブリ２２に高周波パルス又はパルスパケットを供給する。高周波コイルアセンブリ２２に結合されている高周波受信器３６は又、磁気共鳴信号を受信する。２つ以上の高周波コイルが与えられる（局部コイル又は位相コイルアレイ）場合、異なるコイルが、磁気共鳴励起及び検出動作のために任意に用いられる。

シーケンス制御器４０は、被検体用の選択された過渡的又は定常状態磁気共鳴構成を生成するため、そのような磁気共鳴を空間的にエンコードするため、磁気共鳴を選択的にスポイリングするため、又は、被検体用の選択された時期共鳴信号特性を生成するために、勾配増幅器３０及び高周波送信器３４と通信する。生成された磁気共鳴信号は、高周波受信器３６により検出され、ｋ空間メモリ４２において記憶される。イメージングデータは、画像メモリ４６に記憶されている画像表現を生成するために再構成処理器４４により再構成される。一実施形態においては、再構成処理器４４は、逆フーリエ変換再構成を実行する。

結果として得られた画像再構成は映像処理器４８により処理され、次いで、ユーザインターフェース４９において表示され、そのユーザインターフェースは、パーソナルコンピュータ、ワークステーション又は記憶することができる他の種類のコンピュータであることが可能である。ユーザインターフェース４９は又、オペレータが磁気共鳴シーケンス制御器４０と通信することを、そして位置制御器６０が、磁気共鳴イメージングシーケンスを選択し、イメージングシーケンスを修正し、イメージングシーケンス、プロトコル等を実行することを可能にする。又は、シーケンス制御器は、イメージングシーケンスを有する被検体支持台の動きを調整するために位置制御器と通信する。

ＭＲＩ装置は又、検査領域内で被検体を動かすための可動式被検体支持台５２を有する。一実施形態においては、被検体支持台は、磁気共鳴イメージング装置と機械的にドッキングするように適合される、車輪の付いたテーブル又は他の可動式支持台である。他の実施形態においては、被検体支持台は、ＭＲＩシステムと統合され、ＭＲＩシステム内で移動可能である。支持台の種類に拘らず、被検体支持台は、検査領域内で被検体を位置決めするために移動可能である。

支持部５２の位置は位置制御器６０により制御される。一実施形態においては、一制御器６０は、当業者に周知であるような、患者支持台の位置を制御することができる、患者支持台へのリンケージ及びモータードライブを有する。又は、ドライブピニオン、プーリシステム、ステッパモータ等がテーブルの位置を制御する。

下で更に詳しく述べるように、ＭＲＩ装置は又、所定の基準フレームに対して被検体支持台の位置を直接検出するために、位置センサ又はエンコーダ５３を有する。

図２を参照するに、位置センサ５３が更に詳細に示されている。一実施形態においては、位置センサは、ＭＲＩハウジング１３に配置されている第１（又は、粗い）読み取りヘッド５５及び第２（又は、細かい）読み取りヘッド５６と、被検体支持台に配置されている目盛尺５４を有する。

目盛尺は、図３に示すように、目盛の２つの集合であって、第１（又は、粗い分解能の）集合及び第２（細かい分解能の）集合５８を有する。図３に示す実施形態から分かるように、各々の目盛尺の目盛りは、左から右に動くにつれて可変な間隔になっている。例えば、粗いスケールに関しては、目盛間の距離はスケールに沿って左から右に行くにつれて減少する。細かいスケールに関しては、粗いスケールの目盛の間の目盛の各々の集合に対して、目盛間の距離は左から右に行くにつれて減少する。そのような目盛間の可変距離を組み込むことにより、被検体支持台の絶対位置をモニタリングすることができる。

一実施形態においては、目盛尺は、被検体支持台に取り付けられたポリエステルフィルムのストリップから成る。

粗い読み出しヘッド５５及び細かい読み出しヘッド５６はそれぞれ、粗いスケール５７及び細かいスケール５８に向けられている光学カメラを有する。各々の読み出しヘッドは、それぞれのスケールの目盛又はチェックマークを検出するための光学マスクを有する。従って、読み取りヘッドに対する目盛尺の動きとして、読み取りヘッドは、読み取りヘッドを通るチェックマスク数を検知する。粗いスケールについてのチェックマークと細かいスケールについてのチェックマークとの間の距離を与えることにより、被検体支持台の絶対位置が読み取りヘッドの信号から決定されることができる。

読み取りヘッドは被検体支持台に配置されることが可能であり、スケールはＭＲＩハウジングに配置されることが可能であり、被検体支持台の位置は上記のように、直接、決定されることが可能であることが理解されるであろう。

他の実施形態においては、目盛の１つの集合のみ及び１つの読み取りヘッドを用いることができる。

図４に示すような他の実施形態においては、抵抗位置エンコーダを用いることができる。この実施形態においては、導電性ストリップの長さ方向に沿った可変抵抗を有する導電性ストリップ８０が被検体支持台に備えられている。例えば、電圧Ｖ１が、導電性ストリップの一端部８１に印加される。接触要素８２がＭＲＩハウジングにおいて配置され、それは導電性ストリップとの電気的接触をなし、それにより、電流系８３により測定される関連電流を有する電気回路が構成される。従って、被検体支持台が動くとき、測定される電流は、被検体支持台の位置の指示度数を与える。従って、被検体支持台が動くとき、回路に電流が供給され、そして電圧が測定される。

図５に示すような他の実施形態においては、レーザに基づく位置エンコーダを用いることができる。この実施形態においては、被検体支持台にターゲットが置かれ、レーザ源９２はそのターゲットに定められる。レーザはターゲットに信号を方向付け、レーザに反射して戻り、それにより検出される。レーザからターゲットに、そしてレーザに戻る移動時間は、被検体支持台の位置の指示度数を与える。代替の実施形態においては、レーザは、置かれているターゲットではなく、被検体支持台それ自体に方向付けられている。

線形トランスジューサではなく、ロータリトランスジューサを又備えることが可能であることが理解されるであろう。

作動中、被検体を画像化するための対象領域及びイメージングプロトコルのパラメータが選択される。被検体は被検体支持台５２上に位置付けられ、対象領域は検査領域１４に、好適には、主磁場のアイソセンタに移動される。被検体支持台の移動は位置制御器６０により制御され、位置センサ５３は、所定の基準フレームであって、例えば、ＭＲＩハウジングに取り付けられている基準フレームに対して、支持台５２の位置を、直接、測定する。

一実施形態においては、被検体支持台の位置は、位置制御器によりもたらされる支持台の動きを、直接、制御するために、位置センサ５３から動き制御器６０に入力される。

他の実施形態においては、位置センサ５３の出力は、動き制御器６０のターゲット位置と比較され、２つの値の間の誤差が決定される。この位置誤差情報は、それ故、その誤差を補正するために動き制御器により用いられる。

他の実施形態においては、位置エンコーダ５３からの位置情報は、静的及び／又は動的テーブルイメージングプロトコルからもたらされる再構成画像のために用いられる再構成処理器に入力される。ここで、位置データは、画像の特徴の正確な測定を可能にするために、ＭＲＩ画像データと調整される。

本発明について、上記のように好適な実施形態を参照して詳述した。本発明の詳細な説明を読み、理解するとき、修正及び変形が可能であることを当業者は明確に理解することができるであろう。そのような修正及び変形の全ては、同時提出の特許請求の範囲又はそれと同等の範囲内にあるとして意図されている。

被検体支持台の位置を直接測定するための位置センサと可動式被検体支持台とを有する磁気共鳴イメージング装置の側面図である。 位置センサの実施形態を示す図である。 位置センサの目盛尺を示す図である。 抵抗エンコーダを用いる位置センサの実施形態を示す図である。 レーザに基づくエンコーダを用いる位置センサの実施形態を示す図である。

Claims (4)

1. 検査領域における主磁場を生成するための主マグネット；
   前記主磁場において磁場勾配を生成するための複数の勾配マグネット；
   前記検査領域に高周波信号を送信し、前記検査領域に配置された被検体に磁気共鳴を励起するための高周波コイル；
   前記被検体からの磁気共鳴信号を受信するための高周波コイル；
   前記被検体を支持するための被検体支持台；
   前記検査領域内において前記被検体支持台の位置を制御するための位置制御器；及び
   前記被検体支持台の前記位置を、直接、測定するための位置センサ；
   を有するＭＲＩ装置であって、
   前記位置センサは、前記被検体支持台及び前記ＭＲＩ装置に関する固定位置の少なくとも１つに備えられている複数の目盛尺と、前記目盛尺を読み取るための前記目盛尺の向かい側で、前記被検体支持台及び前記ＭＲＩ装置に関する固定位置の少なくとも１つに備えられている複数の読み取りヘッドとを有し、
   前記目盛尺に沿った目盛りが可変間隔であり、前記位置センサは前記目盛りの間隔を利用して位置を測定する、
   ＭＲＩ装置。
2. 請求項１に記載のＭＲＩ装置であって、前記複数の目盛り尺の各目盛り尺の間隔の粗さが互いに異なっており、前記位置センサは前記被検体支持台の絶対位置を検出する、ことを特徴とするＭＲＩ装置。
3. 検査領域における主磁場を生成する段階；
   前記主磁場において磁場勾配を生成する段階；
   前記検査領域に高周波信号を送信し、前記検査領域に配置された被検体に磁気共鳴を励起する段階；
   前記被検体から磁気共鳴信号を受信する段階；
   前記検査領域内において被検体支持台の位置を制御する段階；及び
   前記被検体支持台の前記位置を、直接、測定するため段階；
   を有するＭＲＩ方法であって、
   前記測定するための段階は：
   可変間隔の目盛りをもつ複数の目盛尺を読み取ることを含み、目盛り尺の目盛りの間隔を利用して前記位置を測定する、
   ＭＲＩ方法。
4. 請求項３に記載のＭＲＩ方法であって、前記被検体支持台の前記位置を、直接、測定する前記段階は、固定基準フレームに対する前記被検体支持台の絶対位置を測定することを含み、前記複数の目盛り尺の各目盛り尺の間隔の粗さが互いに異なっている、ことを特徴とするＭＲＩ方法。

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