JP6147026B2 - 磁気共鳴イメージング装置、及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、特に、そのＳＡＲモニタが動作するかを事前にチェックする技術に関する。

近年発生する静磁場強度の高い、例えば３テスラ(Ｔ：Tesla)の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置が普及されるようになっている。ここで、静磁場強度が高いと、印加される高周波磁場の周波数も高くなるため、その被検体への悪影響が懸念される。そのため、被検体へ照射する電磁波を制限するために被検体への吸収を比吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）として定義し、このＳＡＲが所定以下になるよう、装置で実施するシーケンスを制限している。

このＳＡＲの測定法として特許文献１記載の技術がある。ガントリ内に敷設された小さなコイルにより、ＲＦ照射コイルから照射されたエネルギーを測り、ＳＡＲを見積もる方法である。

特開平５―３１７２８７号公報

しかしながら、ＳＡＲモニタの計器が故障したり、初期不良があったりする場合がある。上述の文献ではそのような故障、或いは初期不良への対応ついては特に触れられていないが、ＳＡＲは被検体へ照射する電磁波を制限するために用いられる指標であるので、初期不良や故障の状態のままＳＡＲを撮影することは、安全性の面から絶対避けなければならない。

本発明の目的は、上記の課題に対応し、ＳＡＲモニタが正常に動作するか否かを事前に的確にチェックすることが可能なＭＲＩ装置、及びその動作確認方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、磁気共鳴イメージング装置であって、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加する送信系と、被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生系と、被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する受信系と、送信系、傾斜磁場発生系、受信系を制御し、画像再構成に必要なデータの計測を繰り返し実行するよう制御する制御操作部と、被検体のＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を監視するＳＡＲモニタと、ＳＡＲモニタが故障しているか否かを検知する故障検知部と、を備えた構成の磁気共鳴イメージング装置を提供する。

又、上記の目的を達成するため、本発明においては、磁気共鳴イメージング装置におけるＳＡＲモニタの動作確認方法であって、磁気共鳴イメージング装置の所定位置にファントムを設置し、規定のスキャンを実行してＳＡＲ実測値を取得し、ＳＡＲ制限値と比較することにより、ＳＡＲモニタが故障していないことを確認する動作確認方法を提供する。

本発明によれば、ＳＡＲモニタが動作するかを事前に好適にチェックすることが可能なＭＲＩ装置、及び方法が提供される。

各実施例に係る、ＭＲＩ装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施例に係る、ＳＡＲモニタ部分の構成例のブロック図である。 第１の実施例に係る、ＳＡＲモニタの動作フローチャートの一例を示す図である。 第１の実施例に係る、ＳＡＲモニタの動作に関する警告メッセージの一例を示す図である。 第１の実施例に係る、ＳＡＲモニタの動作に関する結果表示の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、ＳＡＲモニタの動作フローチャートの他の例を示す図である。 第２の実施例に係る、ＳＡＲモニタの動作に関する警告メッセージの一例を示す図である。 第２の実施例に係る、SARモニタの動作確認時のパルスシーケンスの一例を示す概略図である。 第３の実施例に係る、ＳＡＲモニタの動作に関する結果表示の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に従い詳細に説明する。まず、図１を用いて、各実施例に共通するＭＲＩ装置の全体構成の一例を示す。
ＭＲＩ装置は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像を得るもので、同図に示すように静磁場発生磁気回路１と、傾斜磁場発生系２と、送信系３と、受信系４と、信号処理系５と、シーケンサ６と、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）７と、操作部８とを備えて成る。

シーケンサ６は、被検体９の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）を起こさせる高周波磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段となるもので、ＣＰＵ７の制御で動作し、被検体９の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３及び傾斜磁場発生系２並びに受信系４に送るようになっている。また、操作部８は、信号処理系５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２５及び、キーボード２６から成る。信号処理系５と、シーケンサ６と、ＣＰＵ７と、操作部８は、例えばパーソナルコンピュータなど、処理部、記憶部、入出力部等を備える計算機システムで構成することができるが、シーケンサ６については、専用のシステムＬＳＩ等のハードウェア構成を用いることができる。そこで、以下の説明において、信号処理系５、ＣＰＵ７、操作部８を纏めて制御操作部と呼ぶ場合がある。

静磁場発生磁気回路１は、被検体９の周りにその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体９の周りのある広がりをもった空間に、永久磁石方式又は常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段である傾斜磁場コイル１０が配置されている。

傾斜磁場発生系２は、MRI装置の座標系（静止座標系）であるＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル１０と、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源１１とから成り、シーケンサ６から命令に従って、それぞれのコイルの傾斜磁場電源１１を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆを被検体９に印加するようになっている。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Ｇｓ）を印加して、被検体９に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交し、且つ残りの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）を印加して、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。また、傾斜磁場電源１１による傾斜磁場の印加に起因する渦電流の空間的かつ時間的な情報から、静磁場発生磁気回路１の一部を形成しているシムコイル、あるいは傾斜磁場発生系２に対して補償電流を印加することが出来る。

送信系３は、シーケンサ６から送出される高周波磁場パルスにより、被検体９の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を印加するものである。送信系３は、高周波発振器１２と、変調器１３と、高周波増幅器１４と、送信側の高周波コイル１５とから成り、高周波発振器１２から出力された高周波パルスを高周波増幅器１４で増幅した後に被検体９に近接して配置された送信側の高周波コイル１５に供給することにより、高周波信号である電磁波高周波信号が被検体９に照射されるようになっている。

受信系４は、被検体９の生体組織の原子核の核磁気共鳴により放出されるエコー信号であるＮＭＲ信号を検出するもので、受信側の高周波コイル１６と、増幅器１７と、直交位相検波器１８と、アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１９とから成り、送信側の高周波コイル１５から照射された電磁波による被検体９の応答の電磁波であるＮＭＲ信号は、被検体９に近接して配置された受信側の高周波コイル１６で検出され、増幅器１７及び直交位相検波器１８に送られる。直交位相検波器１８は、増幅器１７からの信号をシーケンサ６からの指令によるタイミングで直交する二系統の信号に分割し、それぞれをＡ／Ｄ変換器１９に入力する。Ａ／Ｄ変換器１９の出力ディジタル信号は、信号処理系５に送られる。

信号処理系５は、受信系４で検出したエコー信号であるＮＭＲ信号を用いて画像再構成演算を行うと共に画像表示を行うものである。信号処理系５は、エコー信号についてフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の処理、及びシーケンサ６の制御を行うＣＰＵ７と、経時的な画像解析処理及び計測を行うプログラムやその実行において用いる不変のパラメータなどを記憶するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２０と、前計測で得た計測パラメータや受信系４で検出したエコー信号、及び関心領域設定に用いる画像を一時保管すると共にその関心領域を設定するためのパラメータなどを記憶するＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリ）２１と、ＣＰＵ７で再構成された画像データを記録するデータ格納部となる光磁気ディスク２２又は磁気ディスク２３と、これらの光磁気ディスク２２又は磁気ディスク２４から読み出した画像データを映像化して断層像として表示する表示部となるディスプレイ２３とから成る。

操作部８は、MRI装置の各種制御情報は信号処理系７で行う制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス２５、及びキーボード２６からなる。この操作部８は、ディスプレイ２３に近接して配置され、操作者がディスプレイ２３を見ながら操作部８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。

次に、第１の実施例として、ＳＡＲモニタが動作するかを事前にチェックするＭＲＩ装置の実施例を図２−図６を用いて説明する。
図２は先に説明したＭＲＩ装置のＳＡＲモニタに係る部分のブロック図である。本実施例のＭＲＩ装置は、比吸収率（ＳＡＲ）を監視するＳＡＲモニタ２７を備える。本実施例の構成おいては、先に説明した制御操作部３２、高周波増幅器１４、シーケンサ６と、ＳＡＲモニタ２７の間に、制御操作部３２内のキーボード２６などから被検者の体重等の情報から求まる制限値を設定するライン２８、高周波増幅器１４のパワー検出器３１で測定した高周波照射コイル１５の進行波・反射波パワーを取得するライン２９、ＳＡＲ制限超過時にシーケンサ６を自動停止するライン３０を接続する。

本実施例におけるＳＡＲモニタ２７は、専用のハードウェア構成で実現できるが、上述した制御操作部３２を構成するＣＰＵ７におけるプログラム処理として実現することも可能である。この場合、制御操作部３２内のキーボード２６等から入力される被検者の体重等の情報がＣＰＵ７に入力され、ＣＰＵ７がプログラム処理により制限値を算出する。また、高周波増幅器１４のパワー検出器３１で測定した進行波・反射波パワーは、直接、あるいはＡ／Ｄ変換器を介して、ライン２９経由で制御操作部３２のＣＰＵ７に入力される。更に、制御操作部３２のＣＰＵ７は、プログラム処理によりＳＡＲ制限超過を検出した場合、シーケンサ６を自動停止するよう制御信号をシーケンサ６に送出する。

図３は本実施例のＭＲＩ装置において、ＳＡＲ実測値の妥当性を確認するフローチャートの一例を示す図である。また、ＳＡＲモニタ２７が故障しているかを検知する故障検知部の一例を説明するための図である。
まず、ステップＳ３１において、ＭＲＩ装置の電源を入れると、Ｓ３２において、装置は、自動的に高周波増幅器通信チェックを実行する。この高周波増幅器通信チェックＳ３２において、シーケンサ６を動かさずに、高周波増幅器１４中のパワー検出器３１からＳＡＲ実測値を取得することにより、ゼロ付近のノイズデータを測定できれば、図２のライン２８、及びライン２９が断線していないことを確認できる。すなわち、ＳＡＲ実測値の範囲は、ゼロ近傍の範囲であって、故障検知部は、スキャンを実行させない状態でＳＡＲモニタ２７による実測を行うことにより、ＳＡＲモニタ２７に接続されているケーブルが断線していないかを検知することができる。

その後、Ｓ３３において、ファントムを配置する。故障検知部により、ファントムを規定の位置に配置した状態で、スキャンを実行し、ＳＡＲモニタによる実測を行うことにより、ＳＡＲモニタが故障していないかを検知するためである。そして、Ｓ３４において、配置したファントムの種類をＳＡＲモニタ２７に入力する。なお、以上説明した故障検知部は、上述したＣＰＵで実行されるプログラムや、その様な機能を備えたハードウェアで構成できる。図２のＭＲＩ装置の構成にあっては、ＳＡＲモニタ２７、或いは制御操作部３２等の一部として構成できることは言うまでもない。

次に、Ｓ３５において、ＳＡＲモニタ２７は、入力されたファントムの種類に応じたＳＡＲ基準を読み出す。このＳＡＲ基準は、事前にファントム毎の正常値を磁気ディスク２４などのメモリに記憶させておくか、配置されたファントムの材質やサイズにより自動でシミュレーションすることにより決定する。この状態で、Ｓ３６における規定の試験用のスキャンを実施し、Ｓ３７において、高周波増幅器１４のパワー検出器３１で進行波・反射波のパワーを測定する。最後に、Ｓ３８において、ＳＡＲが期待される基準内であるかどうかを閾値との比較により判定して、結果をディスプレイ２３に表示することにより、ＭＲＩ装置内の進行波・反射波のパワーを測定する計器が故障していないことを確認できる。すなわち、ステップＳ３８において、ＳＡＲモニタ２７による実測値が所望の範囲内にあるか否かに基づいて、ＳＡＲモニタ２７が故障しているかを検知し、その結果を表示部に表示する。これにより、上述した故障検知部を実現できる。

図４は、本実施例のＭＲＩ装置における、ＳＡＲモニタのＳＡＲ実測値が基準外のときに、ディスプレイ２３の画面４１上に表示するダイアログメッセージの一例を示す図である。基準外の原因としては、ファントムの種類を間違ったり、設置場所が磁場中心でなかったりした可能性がある。また、システム起動処理の不良である可能性が考えられる。そこで、本例では、図４に示す通り、「ＳＡＲモニタに異常があります。ファントムの設置を確認、もしくは再起動した後に再実施してください。」と表示している。すなわち、本実施例においては、故障検知部が故障を検知した場合には、表示部であるディスプレイ２３の画面４１に警告メッセージを表示する。

図５は、同様に本実施例のＭＲＩ装置において、過去のＳＡＲ測定結果を記録しておき、ディスプレイ２３の画面５１上にグラフ表示した例を示す図である。横軸にサンプルを並べて、縦軸に測定したＳＡＲを表示した。縦軸のＳＡＲ ＭＡＸとＳＡＲ ＭＩＮに挟まれた範囲が正常範囲を示している。ＳＡＲ測定結果が、この正常範囲に含まれておりえば、ＳＡＲモニタは正常に動作していると判断される。なお、同図中のSAR設定値については、次に説明する。

図６は本実施例のＭＲＩ装置のＳＡＲモニタ２７において、ＳＡＲ制限値を超過した場合の自動停止の動作を確認するためのフローチャートである。Ｓ６１において、ＭＲＩ装置の電源を入れると、Ｓ６２において、自動的にシーケンサ６を動かさずに、高周波増幅器１４からデータを取得することにより、ゼロ付近のノイズデータだけを取得できるかどうかを確認する。その後、Ｓ６３においてファントムを所定箇所に配置し、Ｓ６４において、制御操作部３２の図示を省略した調整部が意図的にＳＡＲ制限値を、図３のＳ３５で設定されるＳＡＲ基準より小さい値に設定する。ここでＳＡＲ基準より小さい値とは、例えば、ＳＡＲ基準値の約１％程度の値を用いる。図５に示すＳＡＲ設定値はその一例を模式的に示す値である。

この状態で、Ｓ６５において、規定のスキャンを実施して、Ｓ６６において、高周波増幅器で進行波・反射波のパワーを測定する。Ｓ６７において、期待通りに制限超過が発生して自動停止できれば、Ｓ６８において、ＭＲＩ装置のＳＡＲモニタ２７が正常であることをディスプレイ２３の表示画面に表示し、自動停止せずに終了してしまった場合は、Ｓ６９において、ディスプレイ２３の表示画面に、ＭＲＩ装置のＳＡＲモニタ２７が異常であることを表示する。

図７は、本実施例において、制限超過が発生しなかったときに、ディスプレイ２３の表示画面７１に表示するダイアログメッセージの一例である。この原因としては、システム起動処理の不良である可能性が考えられるので、例えば、「ＳＡＲモニタに異常があります。再起動した後に再実施してください。」などの様に表示することにより、ＳＡＲモニタの異常状態のまま、ＳＡＲを撮影することを防止することができる。通常、この再実施の回数は、２、３回に設定する。

すなわち、本実施例によれば、所望の範囲を調整する調整部を備え、故障検知部は、この調整部により所望の範囲を低く調整し、ＳＡＲモニタ２７による実測値が、当該所望の範囲を超過しないことに基づいて、ＳＡＲモニタ２７が故障していることを検知することが可能となる。

以上、説明した本実施例のＭＲＩ装置によれば、その撮像前に、ＳＡＲモニタのＳＡＲ実測値が所望の範囲内であることを確実にチェックすることが可能となり、装置が初期不良や故障の状態のままＳＡＲを撮影することは絶対起きることがないので、極めて安全なＭＲＩ装置を提供することができる。

次に、第２の実施例のＳＡＲモニタ付きのＭＲＩ装置を、図面に従い説明する。なお、本実施例のＳＡＲモニタ付きのＭＲＩ装置の構成は、実施例１の装置構成と基本的に同じであるので、実施例１との差異部分のみを説明する。本実施例は、図２のＳＡＲモニタ２７の動作時における、図３のＳ３６、及び図６のＳ６５における規定のスキャンを実施する際の繰り返し時間ＴＲ、即ち印加間隔を変更する実施例である。

図８は、ＳＡＲモニタ２７における、上記の規定のスキャンの繰り返し時間ＴＲだけを変更した例として、ケース１、ケース２、ケース３における高周波照射を模式的に示している図である。ケース１−ケース３に示すように、繰り返し時間ＴＲ、印加間隔を変更制御することにより、単位時間あたりの高周波照射８１の回数が変化するため、実施例１において説明した制限超過が発生するまでの時間を変化させ、短縮させることができるので、ＳＡＲモニタの事前の動作チェックに要する時間を短縮することができる。

すなわち、制御操作部は、高周波磁場の印加間隔を調整することにより、実測値が制限超過するまでに期待される時間を変化させることができ、更に制御操作部は、印加間隔を変えることにより、実測値がどのように変化するかを表示部であるディスプレイ２３に表示することができる。

次に、第３の実施例のＳＡＲモニタ付きのＭＲＩ装置を、図面に従い説明する。なお、本実施例のＳＡＲモニタ付きのＭＲＩ装置の構成は、実施例１や実施例２の装置構成と基本的に同じであるので、実施例１との差異部分のみを説明する。本実施例は、図２のＳＡＲモニタ２７の動作時において高周波照射の照射パワーを変化させる実施例である。

すなわち、本実施例のＳＡＲモニタ２７おいては、ＳＡＲモニタを実行するに先立ち、図９に示すように、高周波照射の照射パワーを変更し、その時のＳＡＲ値の変化をグラフ化してディスプレイ２３の表示画面９１に表示する。これにより、本実施例のＭＲＩ装置のＳＡＲモニタ２７の操作者は、高周波照射の際に照射パワーを変更したときにＳＡＲ測定値が期待通りに変化していることを確認することができ、期待値通りに変化していない場合に、ＳＡＲモニタ２７に異常があると判断することができる。

言い換えるなら制御操作部３２は、高周波磁場の照射パワーを調整することにより、実測値が制限超過するまでに期待される時間を変化させ、制御操作部は、照射パワーを変えることにより、実測値がどのように変化するかを表示部に表示する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を実現するＣＰＵ実行プログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。

１ 静磁場発生回路
２ 傾斜磁場発生系
３ 送信系
４ 受信系
５ 信号処理系
６ シーケンサ
７ ＣＰＵ
８ 操作部
９ 被検体
１０ 傾斜磁場コイル
１１ 傾斜磁場電源
１２ 高周波発振器
１３ 変調器
１４ 高周波増幅器
１５ 高周波照射コイル
１６ 高周波受信コイル
１７ 高周波増幅器
１８ 直交位相検波器
１９ Ａ／Ｄ
２０ ＲＯＭ
２１ ＲＡＭ
２２ 光磁気ディスク
２３ ディスプレイ
２４ 磁気ディスク
２５ トラックボール又はマウス
２６ キーボード
２７ ＳＡＲモニタ
２８、２９、３０ ライン
３１ パワー検出器
３２ 制御操作部
４１、５１、７１、９１ 表示画面
８１ 高周波照射

Claims (7)

1. 磁気共鳴イメージング装置であって、
   静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加する送信系と、
   前記被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生系と、
   前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する受信系と、
   前記送信系、前記傾斜磁場発生系、前記受信系を制御し、画像再構成に必要なデータの計測を繰り返し実行するよう制御する制御操作部と、
   前記被検体のＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を監視するＳＡＲモニタと、
   前記ＳＡＲモニタが故障しているか否かを検知する故障検知部と、
   過去の前記ＳＡＲモニタによる実測値を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記故障検知部は、記憶された前記過去の実測値と、実際に実測した値を比較して、前記ＳＡＲモニタが故障していないかを検知し、
   前記制御操作部は、
   前記高周波磁場の印加間隔又は照射パワーを調整することにより、前記実測値が制限超過するまでに期待される時間を変化させる、
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   表示部を備え、
   前記故障検知部が故障を検知した場合には、前記表示部に警告メッセージを表示する、
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   ファントムを規定の位置に配置した状態で、規定のスキャンを実行し、前記ＳＡＲモニタによる実測値が所望の範囲内にあるか否かに基づいて、前記故障検知部は、前記ＳＡＲモニタが故障していないかを検知する、
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記制御操作部は、前記印加間隔又は照射パワーを変えることにより、前記実測値がどのように変化するかを表示する表示部を備える、
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 磁気共鳴イメージング装置におけるＳＡＲモニタの動作確認方法であって、
   前記磁気共鳴イメージング装置の所定位置にファントムを設置し、シーケンサによる規定のスキャンを実行してＳＡＲ実測値を取得し、ＳＡＲ制限値と比較することにより、前記ＳＡＲモニタが故障していないことを確認する、
   ことを特徴とする動作確認方法。
6. 請求項５に記載のＳＡＲモニタの動作確認方法であって、
   前記シーケンサを動かさずに前記ＳＡＲ実測値を取得することにより、前記ＳＡＲモニタに接続されるケーブル断線を確認する、
   ことを特徴とする動作確認方法。
7. 請求項５に記載のＡＲモニタの動作確認方法であって、
   ファントムを設置し、前記ＳＡＲ制限値を小さくした状態で、前記規定のスキャンのＳＡＲ実測値を取得することにより、制限超過による前記シーケンサの自動停止が動作することを確認する、
   ことを特徴とする動作確認方法。

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