JP5960152B2 - 磁気共鳴イメージング装置およびその運転方法 - Google Patents
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Description
冷却能力を変化させるために、特許文献1では、冷却サイクルの周波数を変化させる方法や、クライオクーラへの電力供給を停止して動作を停止させる方法や、クライオクーラへの圧縮されたヘリウムガスの供給量を調整する方法が開示されている。
(1)冷却機(クライオクーラ)の寿命を長くして、そのメンテナンスによるMRI検査(撮像)の休止期間を少なくし、MRI装置の稼働率を上げることができる。
(2)冷却機の圧縮機ユニットの過負荷運転を防止し、不純物コンタミネーションによる問題を回避できる。
(3)冷却機の寿命で、その冷却能力が低下した状態であっても、液体ヘリウムの気化を防ぎ、そのメンテナンス作業に計画性を持たせることができる。
まず、本実施形態で運転するMRI装置の全体構成について説明する。
図1は、本実施形態のMRI装置が医療施設に据付けられた状態での全体構成を示す。
これにより、被検者102に与える圧迫感を和らげ、優しい検査環境を提供することができる。
上述した超電導磁石101とクライオクーラの詳しい構造についてさらに説明する。
次に、クライオクーラの冷却動作について図3を用いて説明する。クライオクーラは、コールドヘッド107と圧縮機ユニット108の他に、GMサイクル制御ユニット301を有し、GMサイクル制御ユニット301は、磁石制御ユニット110により制御される。
(1)ディスプレサー303を下方に移動させると、圧縮機ユニット108で圧縮された冷媒ガスは圧力ガスホース307を通って、吸気バルブ305からシリンダー304内の上部空間309に満たされる。
(2)次に、ディスプレサー303を上方に移動させると、圧縮された冷媒ガスはディスプレサー303内の蓄冷剤を通過しながら、下部空間310に移動する。
(3)ディスプレサー303が最上部に達するのに同期して、排気バルブ306が開く。シリンダー304内の冷媒ガスは、圧力低下による断熱膨脹を起こし、温度が低下する。そして、排気バルブ306から圧力ガスホース308を通って、圧縮機ユニット108に戻る。
第1の実施形態では、ヘリウム容器202へ侵入する熱量と、ほぼ一致する冷却吸熱を発揮するようにクライオクーラの冷却能力をコントロールし、ヘリウム容器の圧力を許容する圧力範囲内に保持させる。また、ヘリウム容器内の圧力変化に伴う、撮像空間(磁場空間)の磁場強度と磁場均一度の変化分を、磁場調整部により補償する。
まず、磁石制御ユニット110は、コンピュータ119が撮像シーケンスを実行しているかどうかをコンピュータ119から信号を受け取って判断する。撮像シーケンスが実行中である場合には、ステップ502に進んで、ヘリウム容器202内の圧力センサー206から圧力を取り込む。
撮像シーケンス実行中は、これらのステップ501〜507を繰り返す。
(1)まず、傾斜磁場コイル112、Boコイル、それと全シムコイルの電流印加の無い状態で、磁場空間103に配設された被検者102もしくはファントムのNMR信号を計測する検査モードが起動する。
(2)計測されたNMR信号はコンピュータ119でフーリエ変換され、そのNMR信号の周波数成分が求められる。
(3)1テスラの磁場強度で、水素原子核スピンの核磁気共鳴周波数42メガHzと、上記ステップで求めた周波数の差分に対応する磁場を計算する。そして、Boコイルで差分磁場を発生するようにシム電源114を制御する。
(4)次に、xコイルに、例えば、10アンペアの電流を印加した状態で、被検者102のNMR信号を計測する。
(5)計測されたNMR信号を球面調和関数で展開処理し、撮像空間103のx軸方向の誤差磁場を解析し、シム電流を求める。
(6)同様に、y軸z軸についても、誤差磁場成分を解析し、シム電流を求める。
(7)上記(1)〜(6)の動作を、ヘリウム容器202の圧力値を種々に変化させて行い、圧力ごとにシム量(Boおよびシム電流)を圧力値(もしくは、設定圧力値との差分値)と対応づけたデータを作成し、コンピュータ119内の記憶装置に格納する。
つぎに、第2の実施形態について図6を用いて説明する。第二の実施形態は、GMサイクル数は一定で、圧縮機ユニット108からコールドヘッド107へ供給する冷媒ガスのガス圧を変化させることで、クライオクーラの冷却能力を制御する。そのため、第二の実施形態では、図6のように、冷媒ガス圧制御ユニット603を配置し、圧縮機ユニット108を制御する。他の構成および動作は第1の実施形態と同じである。冷媒ガス圧制御ユニット603、磁石制御ユニット110およびコンピュータ119は、本発明の制御部を構成している。
第3の実施形態について図7を用いて説明する。第3の実施形態では、撮像シーケンスの種類や撮像条件ごとに予め求めておいた、撮像シーケンス実行時の傾斜磁場および高周波磁場によりヘリウム容器に侵入する熱量に基づいて、クライオクーラに増加させるべき冷却能力の大きさを予測する。この予測した冷却能力の大きさを実現するまで、クライオクーラの冷却能力を連続的に増加させる。予測値に達したならば、所定時間は予測値を維持する。これにより、オーバーシュートを防止することができる。以下、詳しく説明する。
これは、液体ヘリウム204の沸点が変化し(液体ヘリウム204の潜熱が変化)、液体ヘリウムの気化量が変化することによる。一方、撮像シーケンスの実行時の傾斜磁場と高周波磁場の渦電流起因による輻射シールド板216の温度変化とヘリウム容器202での発熱でヘリウム容器202の圧力は大きく変化する。大気圧の変化は比較的周期が長く、その変化量も2、3kPaであるが、撮像シーケンスの実行に伴うヘリウム容器202の圧力変化は短期的であり、かつ変化量も撮像シーケンスの種類によって大きく変化する。
上述してきた各実施形態で述べたように、本発明によれば、ヘリウム容器202内にヒータ発熱など余分な熱量の補償が必要なく、連続的に冷却能力を変化させるコントロールによりディスプレサー駆動部302のストレスや圧縮機ユニットの過負荷運転を避けることできる。すなわち、通常の冷却能力劣化トレンドより緩慢な劣化特性が期待され、定格より長く稼動させることが可能となる。
Claims (12)
- 撮像空間に静磁場を発生する超電導磁石と、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、前記撮像空間に高周波磁場を印加する高周波コイルと、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルの動作を制御して所定の撮影シーケンスを実行させる制御部とを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記超電導磁石は、冷媒および超電導コイルを収容するための冷媒容器と、前記冷媒容器に接続された、前記冷媒容器内で気化した冷媒ガスを再凝縮する冷却機と、前記冷媒容器内の圧力を検出する検出器とを備え、
前記制御部は、前記検出器の検出した圧力値と、予め定めた一つの設定圧力値とを比較し、前記設定圧力値よりも前記圧力値が大きい場合には、前記冷却機の冷却能力を増加させ、前記設定圧力値よりも前記圧力値が小さい場合には、前記冷却機の冷却能力を低減するフィードバック制御を連続的に行って、前記設定圧力値での熱平衡状態を保つことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記所定の撮像シーケンスは、複数種類であり、
前記制御部は、前記複数種類の撮像シーケンスごとに予め求めておいた、当該撮像シーケンス実行時の前記傾斜磁場および高周波磁場により前記冷媒容器に侵入する熱量に基づいて、前記冷却機に増加させるべき冷却能力の大きさを予測し、当該予測した冷却能力の大きさまで前記冷却機の冷却能力を連続的に増加させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 撮像空間に静磁場を発生する超電導磁石と、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、前記撮像空間に高周波磁場を印加する高周波コイルと、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルの動作を制御して所定の撮影シーケンスを実行させる制御部とを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記超電導磁石は、冷媒および超電導コイルを収容するための冷媒容器と、前記冷媒容器に接続された、前記冷媒容器内で気化した冷媒ガスを再凝縮する冷却機とを備え、
前記所定の撮像シーケンスは、複数種類であり、
前記制御部は、前記複数種類の撮像シーケンスごとに予め求めておいた、当該撮像シーケンス実行時の前記傾斜磁場および高周波磁場により前記冷媒容器に侵入する熱量に基づいて、前記冷却機に増加させるべき冷却能力の大きさを予測し、当該予測した冷却能力の大きさまで前記冷却機の冷却能力を連続的に増加させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記撮像空間の静磁場強度および静磁場均一度の少なくとも一方を調整するための磁場調整部をさらに有し、
前記制御部は、前記冷媒容器内の圧力変化に伴う、前記撮像空間の磁場強度と磁場均一度の変化分を、前記磁場調整部により補償することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 撮像空間に静磁場を発生する超電導磁石と、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、前記撮像空間に高周波磁場を印加する高周波コイルと、前記撮像空間の静磁場強度および静磁場均一度の少なくとも一方を調整するための磁場調整部と、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルの動作を制御して所定の撮影シーケンスを実行させる制御部とを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記超電導磁石は、冷媒および超電導コイルを収容するための冷媒容器と、前記冷媒容器に接続された、前記冷媒容器内で気化した冷媒ガスを再凝縮する冷却機とを備え、
前記制御部は、前記冷媒容器へ侵入する熱量と、ほぼ一致する冷却吸熱を発揮するように前記冷却機の冷却能力をコントロールし、前記冷媒容器の圧力を許容する圧力範囲内に保持させると共に、前記冷媒容器内の圧力変化に伴う、前記撮像空間の磁場強度および磁場均一度の変化分の少なくとも一方を、前記磁場調整部により補償することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記超電導磁石は、前記冷媒容器内の圧力を検出するための検出器を備え、
前記制御部は、前記検出器の検出した圧力値に応じて、前記冷却機の冷却能力をコントロールすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記所定の撮像シーケンスは、複数種類あり、
前記制御部は、前記撮像シーケンスの種類により、当該撮像シーケンス実行時の前記傾斜磁場および高周波磁場により前記冷媒容器に侵入する熱量を予測し、当該予測した熱量に基づいて、前記冷却機の冷却能力をコントロールすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、前記撮像シーケンスの種類と前記冷却機の冷却能力のコントロール値との関係を記憶させ、次回の前記撮像シーケンスの実行時の侵入熱量の予測に用いることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記冷却機は、シリンダーと、ディスプレサーと、前記シリンダー内でディスプレサーを往復運動させる駆動部と、前記シリンダー内に圧縮された冷媒ガスを供給する圧縮部とを有し、
前記制御部は、前記冷却機の冷却能力を変化させるために、前記ディスプレサーの往復運動の振動数および前記冷媒ガスの圧縮圧の少なくとも一方を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、撮像シーケンスを実行していない状態においても、前記冷媒容器の圧力を所定の設定圧力に維持するフィードバック制御を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、前記冷却機の冷却能力の経時的な変化を示す情報を画像表示装置に表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 撮像空間に静磁場を発生する超電導磁石と、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、前記撮像空間に高周波磁場を印加する高周波コイルと、前記撮像空間の静磁場強度および静磁場均一度の少なくとも一方を調整するための磁場調整部と、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルの動作を制御して所定の撮影シーケンスを実行させる制御部とを備えた磁気共鳴イメージング装置の運転方法であって、
前記超電導磁石の冷媒容器へ侵入する熱量と、ほぼ一致する冷却吸熱を発揮するように、前記超電導磁石の冷却機の冷却能力をコントロールし、前記冷媒容器の圧力を許容する圧力範囲内に保持させると共に、前記冷媒容器内の圧力変化に伴う、前記撮像空間の磁場強度および磁場均一度の変化分の少なくとも一方を、前記磁場調整部により補償することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の運転方法。
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