JP5188754B2

JP5188754B2 - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP5188754B2
Application number: JP2007174911A
Authority: JP
Inventors: 武八尾
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2027-07-03
Also published as: JP2009011477A

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に漏洩磁場に対する耐性を高めたMRI用ユニットを備えたMRI装置に関する。

MRI装置は、静磁場中に置かれた被検体にRFパルスを照射することにより、被検体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、被検体の頭部、腹部、四肢等の形態や機能を二次元的に或いは三次元的に画像化する装置である。計測されたNMR信号は、二次元又は三次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。前記静磁場を発生させるために、永久磁石、常伝導磁石、超伝導磁石が用いられており、0.3Tから3T程度の磁場強度を発生させるMRI装置が商用化されている。なかでも超伝導磁石を用いて1.5T程度の磁場強度を発生させるMRI装置が広く使われている。

MRI装置の磁石が発生する静磁場強度は、例えば1.5Tでは地磁気(0.05mT)の30000倍に相当し、多くの電子機器、特にモーターやリレーなどの磁力を利用して作動する装置や、ブラウン管などの電子線を利用した装置に悪影響を及ぼす。また、人体に埋め込まれて使用されるペースメーカーも電子機器の一種であり、ペースメーカーの動作不良は使用者の命に関わる。以上のような悪影響を抑えるため、MRI装置の磁石は、磁気シールドすることで外部への漏洩磁場を地磁気と同等以下にした部屋(以下、「シールドルーム」という)の中に設置され、その他の装置、例えば各種制御装置や電源装置を搭載した筐体はシールドルームの外に設置される。またシールドルーム内には関係者以外立ち入りできないようにし、周囲の者の安全を図っている。

磁気シールドの方法としては磁性体(例えば鉄)からなるシールド材で撮影室を覆う方法があるが、シールド材である磁性体の重量が数10トンにも達し、シールド材とシールド材を支持する構造物に多大なコストを要する。そこで、特許文献1では、磁性体材料の配置を工夫することで、磁気シールドに必要な磁性体の量をできるだけ少なくしている。

特開2003-135424号公報。

ところで、MRI装置の画像のS/Nは磁場強度の平方根に比例することから、より高い磁場強度のMRI装置が求められており、静磁場強度は今後さらに増大していくと考えられる。

しかしながら、磁気シールドには限界があり、現状の1.5Tの磁場を発生させる装置での漏洩磁場範囲は40m²を占め、磁石以外の装置を設置する面積を考慮すると、MRI装置全体が占有する面積はさらに広くなる。また、磁場強度が高くなれば占有面積はさらに広くなり、例えば3Tであれば56〜80m²にも達する。このような広い占有面積は、MRI装置を設置する病院にとって大きな負担となる。
本発明の目的は、MRI装置全体が占有する面積を減らすことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のMRI装置は以下のように構成される。即ち、被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、前記被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、前記被検体の生体組織の原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信系と、前記核磁気共鳴により放出されたエコー信号を検出する受信系と、前記受信系で検出したエコー信号を用いた画像演算及びこの装置全体の動作の制御を行う信号処理系と、得られた画像を表示する表示手段と、商用電力供給からの電力を装置用に変換する電源と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、該磁気共鳴イメージング装置を構成する装置の中に、前記静磁場により悪影響を及ぼされる装置が含まれ、該装置を囲う面の一部の面に、高透磁率の素材から成る磁気シールドが配置したことを特徴とする。

本発明によれば、MRI装置全体が占有する面積を減らすことができる。

以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。

静磁場発生系2は、テーブル52の上に載置された被検体1の周辺空間に均一な静磁場を発生させるものであり、静磁場発生源として永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式が用いられる。また、静磁場の発生方向により、垂直磁場方式と水平磁場方式とに分類され、垂直磁場方式では被検体1の体軸と直交する方向に、水平磁場方式では被検体1の体軸方向に、静磁場を発生させる。

傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、各傾斜磁場コイルに接続される傾斜磁場電源10とから成る。後述のシ−ケンサ4からの命令に従って傾斜磁場電源10を駆動することにより、各コイルに電力が供給され、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzが印加される。撮像時には、被検体1に対するスライス面(撮像断面)を設定するため、スライス面に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)が印加される。さらに、スライス面内で互いに直交する2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)が印加されることにより、後述するエコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスとをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加させる制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。

送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。

受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル) 14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14ａから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA／D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。

信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、ROM(Read Only Memory)21と、RAM(Random Access Memory)22と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。

操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者はディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御することができる。

なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

図1にて説明したMRI装置のユニット、すなわち各種制御装置や電源装置を搭載した筐体53は、従来シールドルーム50外に配置されていたが、本発明では図2及び3に示すように、シールドルーム50内に配置される。図2及び3に示すように、超電導磁石を搭載したガントリ51を中心に機械室にまで0.5mTライン(図2中の破線)が達しているが、筐体53を0.5mTラインの内側に置くことにより、MRI装置の設置に必要な面積の合計を減らすことが可能となる。

筐体53の中にも磁場の悪影響を受ける電子機器、例えば磁気ディスク54は搭載されている。磁気ディスク54は、MRI撮影する際の多くの処理プログラム、シーケンス、及びMRI装置を用いて撮影した画像が蓄えられており、その機能の重要性は他のデバイスよりも高い。加えて、磁気ディスク54は媒体の磁化を読み書きすることによりデータを読み書きしているので外部磁場に弱く、0.4mT(4ガウス)以下の磁場中で使用する必要があるものもある。そこで、磁気ディスク54の磁場対策について以下で説明する。
(第1の実施形態)

図4を用いて、静磁場発生系2の漏洩磁場から磁気シールドした磁気ディスク54について説明する。ここでいう磁気シールドとは、高透磁率の素材で被シールド物を覆うことで効果が得られる。高透磁率の素材としては、鉄やケイ素鋼、パーマロイ等が用いられ、比透磁率としては数千から数十万の値を持つ。比透磁率が高い素材が、磁束方向に存在した場合は、比透磁率×断面積に反比例して磁束が流れることになる。例えば、20ｍｍの磁気ディスクに面して、1ｍｍの比透磁率10000のケイ素鋼板を磁気遮蔽部材55として配置する場合、比透磁率×断面積の比は、1×20：10000×1＝1：500なので、磁気ディスク54側に流れる磁束は、およそ1/500となり、つまりは磁気ディスク54に掛かる磁束密度は、ケイ素鋼板の磁気遮蔽部材55がない場合のおよそ1/500となる。なお図4中では、磁束の様子を矢印により示した。以降の図においても磁束の様子を矢印で示す。

上記原理に従って高透磁率部材による磁気シールドが可能となる。望ましくは、磁気ディスク54の6面を高透磁率の素材で覆うのが良い。ただし、磁気ディスクはモーターなどの発熱体を含むので、密閉すると熱が放散せずに温度が上昇し、規定の動作温度を超えてしまう。これを避けるためには、図4に示すように、磁気遮蔽部材55に、例えば冷却用の穴56を設けてもよい。

前述の原理に従ったとき、必ずしも6面を覆わなくとも、一定の効果を得ることができる。例えば、6面体のうち1面のみを覆うようにしても良いし、図5のようにU字型に折り曲げた磁気遮蔽部材55で覆うのもよい。図5のようにすると、磁束線と磁気シールドの向きによらず一定のシールド効果を上げることができる。図5上段ではU字型磁気シールドの底部を水平方向に磁束が抜けることでシールド効果をもたらし、図5下段では磁気遮蔽部材55の底部と磁束線が垂直に交わるのが特徴であるが、この場合は側面の磁気遮蔽部材55へ磁束線が抜けることで磁気シールドの効果を得ることができる。また、図4と同様に、このU字型磁気遮蔽部材55に冷却用の穴を設けても良い。

上述の例では、磁気ディスクの重要性から、これを対象とした実施例を述べたが、本発明は磁気ディスク限るものではない。例えば、リレーの類は磁気ディスクに次いで磁気に弱く、1mT程度以下で使用する必要がある。また、機能的にもMRI装置の重要な制御に使われるデバイスであり、確実な動作が求められるので、上述の磁気ディスクの場合の磁気シールドに準じて実施するのが望ましい。
(第2の実施形態)

次に、第2の実施形態について図6を用いて説明する。第1の実施形態と異なる点は、筐体53内の一部ではなく筐体53全体を磁気シールドする点である。以下、異なる箇所のみ説明し、同じ箇所の説明は省略する。

本実施形態では、筐体53の全体を磁性体の鋼板で覆うことにより、筐体53全体を磁気シールドする。例えば、筐体53のカバーを高透磁率の材料で構成したり、既存のカバーに対して高透磁率の材料を裏打ちすることにより磁気シールドを実施する。図6ではカバー57にフック58を取付け、このフック58に分割した磁気遮蔽部材55を取り付けることで、筐体53全体の磁気シールド特性を得ている。

磁気遮蔽に使用する磁気遮蔽部材55は少ないほうが望ましいので、全ての筐体53のカバー57を一律に高透磁率素材とするよりも、磁気遮蔽を必要とする箇所にのみ高透磁率材を裏打ちすることが好ましい。具体的には、筐体53を0.5mT ラインの内側に設置した後、筐体53内の漏洩磁場を測りながら最低限の磁気シールドを施行しておけばよい。シールドルームに磁気シールドを施行するよりは、被シールド物に近い位置で磁気シールドを実施したほうが容易である。
(第3の実施形態)

次に、第3の実施形態について図7を用いて説明する。第1の実施形態、及び第2の実施形態と異なる点は面状の磁気シールドではなく、柱状の磁気遮蔽部材55を用いる点である。以下、異なる箇所のみ説明し、同じ箇所の説明は省略する。

本実施例では図7に示すように柱状の高透磁率の磁気遮蔽部材55を用いる。つまり、磁束の流路を考えたとき、流れる方向に沿った断面積が重要なのであって、その形状は大きく寄与しない。例えば、立方体の6面を高透磁率の薄い板で覆う代わりに、12辺を高透磁率の磁気遮蔽部材55の柱で構成することで同等の効果が得られる。もしくは、辺と面を組み合わせて磁気シールドを構成しても良い。

上述の原理を利用して、MRI装置のユニットを構成する構造体の骨組みを高透磁率の部材とする。もしくは、骨組みに沿って高透磁率部材を配置する。こうすることで構造体内部への磁束の流入を抑制することができる。

上記実施例において磁性体を組み合わせるときは、磁束の流れる向きに対しては、間隔をなるべくあけないようにするのが望ましい。比透磁率に反比例する磁気抵抗は、磁束流路の経路に存在する空隙によって、大きくなる。よって、空隙を小さくするのが望ましいが、接合方法には依存しない。例えば、溶接、ねじ止め、リベット止め等の方法であっても、ほぼ同等の磁気シールド特性を得ることができる。

上記実施例は、複数を組み合わせたり、同じ方法を多重的に実施したりすることで効果を増大させても良い。例えば磁性体の骨組みに磁性体のカバーを組み合わせてもよいし、局所的に覆う磁気シールドと全体を覆う磁気シールドの組み合わせても良い。この場合、合計の効果はそれぞれかけあわせで効いてくるので、より高い効果を得ることができる。

上記において、シールドされるものは磁気ディスクや、機械室に置かれるユニット類を例としてあげたが、その他にも、シールドルームと機械室の間に配置されるフィルターボックスやシールドルーム内に置かれる寝台の制御系部品、若しくは超電導磁石近傍に置かれるガントリ内冷却用ファンなども磁気シールドの対象とする。シールドルーム内のより強い磁束密度の下に配置する磁気シールドは、磁気シールドに働く電磁力と、磁気シールドの磁化が撮影領域に作る不正磁場について考慮し、磁気シールドの固定方法、位置と磁気シールドの素材、重量について吟味する。

以上、本発明の具体的な実施形態について述べてきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく必要に応じて変形して実施することができる。

本発明に係るMRI装置の一実施例における全体基本構成の説明図。漏洩磁場と被シールド物の関係図。シールドルーム及び機械室の配置図。磁気ディスクの磁気シールドの一例。 U字形状の磁気遮蔽部材。カバーに取り付ける磁気遮蔽部材。柱状磁性体の骨組みによる磁気シールド。

符号の説明

1 被検体、2 静磁場発生系、3 傾斜磁場発生系、4 シーケンサ、5 送信系、6 受信系、7 信号処理系、8 中央処理装置(CPU)、9 傾斜磁場コイル、10 傾斜磁場電源、11 高周波発信器、12 変調器、13 高周波増幅器、14ａ高周波コイル(送信コイル)、14b 高周波コイル(受信コイル)、15 信号増幅器、16 直交位相検波器、17 A/D変換器、18 磁気ディスク、19 光ディスク、20 ディスプレイ、21 ROM、22 RAM、23 トラックボール又はマウス、24 キーボード、50 シールドルーム、51 ガントリ、52 テーブル、53 筐体、54 磁気ディスク、55 磁気遮蔽部材、56 冷却用穴、57 カバー、58 フック。

Claims

被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、前記被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、前記被検体の生体組織の原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信系と、前記核磁気共鳴により放出されたエコー信号を検出する受信系と、前記受信系で検出したエコー信号を用いた画像演算及びこの装置全体の動作の制御を行う信号処理系と、得られた画像を表示する表示手段と、商用電力供給からの電力を装置用に変換する電源と、前記静磁場により悪影響を及ぼされる装置と、該装置を囲う面の少なくとも一部の面に配置され高透磁率の素材から成る磁気シールドとを備え、
前記磁気シールドは、カバーにフックが取り付けられ、前記フックに磁気遮蔽部材が取り付けられた構造になっていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、前記被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、前記被検体の生体組織の原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信系と、前記核磁気共鳴により放出されたエコー信号を検出する受信系と、前記受信系で検出したエコー信号を用いた画像演算及びこの装置全体の動作の制御を行う信号処理系と、得られた画像を表示する表示手段と、商用電力供給からの電力を装置用に変換する電源と、を備え、
前記静磁場により悪影響を及ぼされる装置と、該装置を囲う面の少なくとも一部の面に配置され高透磁率の素材から成る磁気シールドとを備え、
前記磁気シールドは、柱状であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
前記静磁場により悪影響を及ぼされる装置は、前記信号処理系、前記電源、磁気ディスク、ユニット、フィルターボックス、寝台の制御系部品、冷却用ファンの少なくとも一つである請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。