JP6466073B2

JP6466073B2 - Ｍｒｉ装置

Info

Publication number: JP6466073B2
Application number: JP2014046833A
Authority: JP
Inventors: 正昭山中
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: JP2015167827A

Description

本発明の実施形態は、ＭＲＩ装置に関する。

ＭＲＩ装置は、静磁場内に置かれた被検体に高周波磁場を印加し、高周波磁場の印加によって被検体から発せられる磁気共鳴信号を検出して被検体の画像を生成する装置である。ＭＲＩ装置では、超電導磁石を使用して強い静磁場を発生させており、臨床検査でＭＲＩ装置を使用していないときや、ＭＲＩ装置のシステム電源が入っていないときでも常に強い静磁場が発生している。

このようなＭＲＩ装置に磁性体の金属をもって接近すると、非常に強い吸引力で引かれてしまい、危険である。そこで、ＭＲＩ装置への磁性体の接近の有無を検出し、磁性体が磁場吸引されるのを防止する技術も検討されている（例えば、特許文献１等）。

さらに、ＭＲＩ装置本体が設置されるシールドルーム（検査室）や、ＭＲＩ装置本体を操作するための操作卓（コンソール）が設置される操作室には、緊急遮断スイッチが設けられており、この緊急遮断スイッチを押下することにより、静磁場を緊急遮断する、即ち、静磁場を瞬時に消磁することができるようになっている。

特開２００７−２８９６７０号公報

検査室内に設置されるＭＲＩ装置本体には、静磁場磁石の動作を監視する磁石監視ユニットが設けられている。そして、この磁石監視ユニットに緊急遮断スイッチの信号を伝達することにより、静磁場を緊急遮断する。

一方、検査室の壁の一部にはコネクタパネルが設けられており、このコネクタパネルを介して、検査室の内部と外部との信号の授受を行っている。従来のＭＲＩ装置では、操作室内にある緊急遮断スイッチは、検査室の外側から信号ケーブルによる電気配線でコネクタパネルの外側に接続され、コネクタパネルを経由して検査室内の磁石監視ユニットに接続される形態となっている。

上記のように、従来のＭＲＩ装置では、緊急遮断スイッチの信号は信号ケーブルによる電気配線となっているため、緊急遮断スイッチの設置場所は、電気配線が可能な場所に限られてしまうという問題があった。

また、検査室内では、夏は冷房、冬は暖房を行っているため、検査室の中と外で温度差が発生し、コネクタパネルに結露を生じることがある。この結露による電流のリークによって、コネクタパネルを通る緊急遮断スイッチの信号が不安定となり、緊急遮断スイッチを押してないのに押されたとの誤認識を起こす可能性もある。

そこで、上記問題に対する解決策が要望されている。

本実施形態のＭＲＩ装置は、静磁場を発生する静磁場発生ユニットと、前記静磁場を、遮断信号によって消磁する消磁ユニットと、前記遮断信号を生成するための遮断制御信号を無線で送信する少なくとも１つの遮断スイッチユニットと、を備えたことを特徴とする。

実施形態のＭＲＩ装置の構成例を示す図。各構成品の病院内での配置の一例を示す平面図。実施形態のＭＲＩ装置１との比較のため、従来のＭＲＩ装置における遮断スイッチユニットの配置と、その接続関係を示した図。ＭＲＩ装置１における静磁場の緊急遮断に関係する構成を示す図である。遮断制御信号の波形の一例と、その波形に対応する緊急遮断信号の波形を示す図。遮断制御信号波形の他の第１の例を示す図である。遮断制御信号波形の他の第２の例を示す図である。電波干渉を防止する遮断制御信号波形の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（１）全体構成
図１は、本実施形態におけるＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置１の全体構成を示すブロック図である。実施形態のＭＲＩ装置１は、磁石架台１００、寝台２００、制御キャビネット３００、操作コンソール４００等を有し、さらに、磁石監視ユニット５００、遮断スイッチユニット５０１、中継ユニット５０２、コネクタパネル５０３等を備えて構成される。

磁石架台１００は、静磁場磁石１０、傾斜磁場コイル１１、ＲＦコイル１２等を有しており、これらの構成品は円筒状の筐体に収納されている。寝台２００は、寝台本体２０と天板２１を有している。

一方、制御キャビネット３００は、静磁場用電源３０、傾斜磁場電源３１（Ｘ軸用３１ｘ、Ｙ軸用３１ｙ、Ｚ軸用３１ｚ）、ＲＦ受信器３２、ＲＦ送信器３３、シーケンスコントローラ３４等を備えている。

操作コンソール４００は、プロセッサ４０、記憶部４１、入力部４２、表示部４３等を有するコンピュータとして構成されている。

磁石架台１００の静磁場磁石１０は、概略円筒形状をなしており、被検体（患者）の撮像領域であるボア（静磁場磁石１０の円筒内部の空間）内に静磁場を発生させる。静磁場磁石１０は超電導コイル１３（図４）を内蔵し、励磁モードでは静磁場用電源３０から供給される電流を超電導コイル１３に印加することで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源３０は切り離される。静磁場磁石１０は、液体ヘリウムによって超電導コイル１３が極低温に冷却されている。

傾斜磁場コイル１１も概略円筒形状をなし、静磁場磁石１０の内側に固定されている。この傾斜磁場コイル１１は、傾斜磁場電源（３１ｘ、３１ｙ、３１ｚ）から供給される電流によりＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の方向に傾斜磁場を被検体に印加する。

寝台２００の寝台本体２０は天板２１を上下方向に移動可能であり、撮像前に天板２１に載った被検体を所定の高さまで移動させる。その後、撮影時には天板２１を水平方向に移動させて被検体をボア内に移動させる。

ＲＦコイル１２は全身用コイルとも呼ばれ、傾斜磁場コイル１１の内側に被検体を挟んで対向するように固定されている。ＲＦコイル１２は、ＲＦ送信器３３から送信されるＲＦパルスを被検体に照射し、また、水素原子核の励起によって被検体から放出される磁気共鳴信号を受信する。

ＲＦ送信器３３は、シーケンスコントローラ３４からの指示に基づいて、ＲＦコイル１２にＲＦパルスを送信する。一方、ＲＦ受信器３２は、ＲＦコイル１２によって受信された磁気共鳴信号を検出し、検出した磁気共鳴信号をデジタル化して得られる生データをシーケンスコントローラ３４に対して送信する。

シーケンスコントローラ３４は、操作コンソール４００による制御のもと、傾斜磁場電源３１、ＲＦ送信器３３およびＲＦ受信器３２をそれぞれ駆動することによって被検体のスキャンを行う。そして、シーケンスコントローラ３４は、スキャンを行ってＲＦ受信器３２から生データを受信すると、その生データを操作コンソール４００に送信する。

操作コンソール４００は、ＭＲＩ装置１全体を制御する。具体的には、検査技師等のマウスやキーボード等（入力部４２）の操作によって撮像条件その他の各種情報や指示を受け付ける。そして、プロセッサ４０は、入力された撮像条件に基づいてシーケンスコントローラ３４にスキャンを実行させる一方、シーケンスコントローラ３４から送信された生データに基づいて画像を再構成する。再構成された画像は表示部４３に表示され、或いは記憶部４１に保存される。

上記構成品のうち、磁石架台１００の静磁場磁石１０と、静磁場用電源３０とで、静磁場発生ユニット５４０（図４）を構成する。

（２）静磁場の緊急遮断
磁石監視ユニット５００は、静磁場磁石１０の動作を監視すると共に、磁石監視ユニット５００の外部から入力される緊急遮断信号（遮断信号）によって、静磁場を緊急遮断する、即ち、静磁場を瞬時に消磁する。

遮断スイッチユニット５０１は、上記の緊急遮断信号を生成するための遮断制御信号を無線で中継ユニット５０２に送信する。遮断スイッチユニット５０１は、乾電池等の小型のバッテリと、無線による送信手段とを具備し、その筐体外部にプッシュスイッチ等の操作手段が設けられた小型のスイッチボックスとして構成される。遮断スイッチユニット５０１は、内蔵するバッテリのみで動作し、外部から電源供給のための電源ケーブルを必要としない。また、遮断スイッチユニット５０１の入出力信号は無線による遮断制御信号のみであり、遮断スイッチユニット５０１に接続する信号ケーブルは不要である。

遮断スイッチユニット５０１の数は１つでもよいが、緊急時にその近くにいる人が直ぐにプッシュスイッチ等を押下できるように、複数設けることが好ましい。

遮断スイッチユニット５０１の操作手段は、プッシュスイッチに限定するものではなく、トグルスイッチやスライドスイッチ等、種々の形態を取り得るが、以下の説明では、遮断スイッチユニット５０１の外部筐体にプッシュスイッチが設けられているものとして説明する。このプッシュスイッチは、静磁場を緊急遮断するときに操作するものであり、この操作を、以下では「スイッチを押下する」、或いは「遮断スイッチユニット５０１を押下する」等と呼ぶものとする。

中継ユニット５０２は、遮断スイッチユニット５０１から送信されてくる遮断制御信号を受信し、遮断スイッチユニット５０１が押下されたときの遮断制御信号から緊急遮断信号を生成し、この緊急遮断信号を磁石監視ユニット５００に伝送し、静磁場を緊急遮断する。

なお、上記に説明した各構成品の機能配分はあくまで１つの例であり、上記の機能配分例に限定されるものではない。

図２は、上述した各構成品の病院内での配置の一例を示す平面図である。通常、磁石架台１００と寝台２００は検査室１０１に設置される。検査室１０１の外周には、外部からの不要電磁波を遮断するために電磁シールドが施されており、検査室１０１はシールドルームとなっている。

制御キャビネット３００及び操作コンソール４００は、シールドルーム（検査室１０１）の外にある操作室１０２に設置される。なお、操作室１０２の他に機械室を設け、制御キャビネット３００を機械室に設置し、操作コンソール４００を操作室１０２に設置してもよい。

検査室１０１の壁にはコネクタパネル５０３が設けられており、検査室１０１と操作室１０２との間の信号や電力の授受は、コネクタパネル５０３を介して行われる。また、検査室１０１と操作室１０２の間の壁には中継ユニット５０２が配置されている。なお、コネクタパネル５０３に中継ユニット５０２を組み込むこともできる。

遮断スイッチユニット５０１は、検査室１０１と操作室１０２の両方に複数配置される。図２に示す例では、検査室１０１の内側の壁に３つの遮断スイッチユニット５０１が取り付けられ、さらに磁石架台１００の寝台２００側に１つの遮断スイッチユニット５０１が取り付けられている。また、操作室１０２の中には、検査室１０１側の壁に１つの遮断スイッチユニット５０１が取り付けられ、検査室１０１と反対側の壁にも２つの遮断スイッチユニット５０１が取り付けられている。

図３は、本発明の実施形態のＭＲＩ装置１との比較のため、従来のＭＲＩ装置における遮断スイッチユニット５０１の配置と、その接続関係を示したものである。図３のうち、実施形態のＭＲＩ装置１（図２）と同じ構成品については同じ符号を付している。

図３に示す従来のＭＲＩ装置では、操作室１０２に設置される遮断スイッチユニット６００の出力は信号ケーブルによる有線配線によりコネクタパネル６０１に接続され、コネクタパネル６０１を介して検査室１０１内の磁石監視ユニット５００に接続される構成となっている。また、検査室１０１に設置される遮断スイッチユニット６００の出力も、信号ケーブルによる有線配線により磁石監視ユニット５００に接続される構成となっている。

このため、従来の遮断スイッチユニット６００の設置場所は、電気配線が可能な場所に限られてしまっていた。また、電気配線を必要とするため、遮断スイッチユニット６００の数も限定されていた。

また、検査室１０１の中と外では温度差が発生し、コネクタパネルに結露を生じることがある。この結露により、コネクタパネルを通る緊急遮断スイッチの信号がリークし、緊急遮断スイッチを押してないのに押されたとの誤認識を起こす要因ともなっていた。

これに対して、図２に示す実施形態のＭＲＩ装置１では、各遮断スイッチユニット５０１は、緊急遮断信号を生成するための遮断制御信号を無線で中継ユニット５０２に送信するように構成されている。また、各遮断スイッチユニット５０１は、乾電池等の小型のバッテリで動作可能に構成されており、外部から電源供給のための電源ケーブルを必要としない。このため、各遮断スイッチユニット５０１は、電気配線の制約から解放され、検査室１０１内、或いは操作室１０２内のどこにでも設置することができる。また、電気配線の制約から解放されるため、遮断スイッチユニット５０１の数も、従来の有線タイプのものに比べて増やすこともできる。また、遮断スイッチユニット５０１の設置場所も容易に変更するこができる。さらに、遮断スイッチユニット５０１を新たに追加する場合も、配線工事は不要であり、容易に追加することができる。

また、中継ユニット５０１は、樹脂等の筐体で密閉することができるため、結露による信号のリークが発生することがなく、遮断制御信号や緊急遮断信号を安定に磁石監視ユニット５００に伝送することができる。

図４は、ＭＲＩ装置１における静磁場の緊急遮断に関係する構成を示す図である。静磁場磁石１０は超電導コイル１３、永久電流スイッチ１４、ヒータ１５等を内蔵している。静磁場磁石１０のこれらの構成品は、液体ヘリウム容器に収納されている。

励磁モードでは、永久電流スイッチ１４がオフとなっており、静磁場用電源３０からの電流が超電導コイル１３に流れる。その後、永久電流スイッチ１４をオンにすると、永久電流スイッチ１４と超電導コイル１３との間で超電導ループが形成され、永久電流モードに移行する。永久電流モードに移行すると、静磁場用電源３０は切り離される。

永久電流スイッチ１４の近傍には、ヒータ１５が配設されており、ヒータ１５は、ヒータ電源スイッチ５１０を介して、磁石監視ユニット５００のヒータ電源５１１に接続されている。永久電流モードでは、磁石監視ユニット５００のヒータ電源スイッチ５１０は、図４に示すようにオフとなっている。

静磁場を緊急遮断するときには、磁石監視ユニット５００に入力される緊急遮断信号によってヒータ電源スイッチ５１０がオンとなる。この結果、ヒータ電源５１１による電流によってヒータ１５が加熱される。この加熱によって、永久電流スイッチ１４及び超電導コイル１３がクエンチ（超電導状態が常電導状態に転移すること）され、静磁場が消磁される。なお、ヒータ１５、ヒータ電源５１１及び、ヒータ電源スイッチ５１０からなる構成を消磁ユニット５１３と呼ぶものとする。

磁石監視ユニット５００に入力される緊急遮断信号は、遮断スイッチユニット５０１から無線で送られてくる遮断制御信号から生成される。具体的には、遮断スイッチユニット５０１から無線で送られてくる遮断制御信号の波形等に基づいて、中継ユニット５０２が具備する検出部５２０が、遮断スイッチユニット５０１が押下されたか否かを検出し、その検出結果に基づいて緊急遮断信号を生成し、磁石監視ユニット５００に出力する。

遮断スイッチユニット５０１は、プッシュスイッチ等の操作部５３０、無線送信部５３１、バッテリ５３２等を有している。

無線送信部５３１から送信される遮断制御信号は、パルス状の無線信号であるが、その波形は、遮断スイッチユニット５０１が押下されていないときと、押下されたときとでは、波形を異ならせている。

図５（ａ）は、遮断制御信号の波形の一例を示す図であり、図５（ｂ）は、その波形に対応する緊急遮断信号の波形である。遮断制御信号は、遮断スイッチユニット５０１が押下されていないとき、即ち、静磁場を消磁しないときは、第１のパルス周期Ｔ１を有するパルス波形である。一方、遮断スイッチユニット５０１が押下されたとき、即ち、静磁場を消磁するときは、第１のパルス周期Ｔ１よりも短い第２のパルス周期Ｔ２を有するパルス波形に変化する。

中継ユニット５０２の検出部５２０は、遮断制御信号の波形が、第１のパルス周期Ｔ１のときは緊急遮断信号をオフとし、第２のパルス周期Ｔ２のときは緊急遮断信号をオンとし、この緊急遮断信号を磁石監視ユニット５００に出力する。

第１のパルス周期Ｔ１は、例えば、１秒に設定され、パルス幅は、例えば、１ｍｓ以下に設定される。つまり、１秒ごとに、パルス幅１ｍｓ以下の１つのパルスが送信される。このように、パルス波形のデューティ比を非常に小さくすることにより、通常時（遮断スイッチユニット５０１が押下されていないとき）の消費電力を低く抑制することができ、バッテリ５３２による長時間の動作を可能にしている。

一方、第２のパルス周期Ｔ２は、例えば、１００ｍｓに設定される。つまり、１秒当たり、１０回ほど、パルスが送信される。

実施形態の遮断スイッチユニット５０１では、遮断スイッチユニット５０１が押下されていないとき（即ち、通常時）であっても、第１のパルス周期Ｔ１のパルス波形を常に中継ユニット５０２に送信している。つまり、遮断スイッチユニット５０１が故障した場合か、或いは、バッテリ５３２が無線送信部５３１を駆動できない程度に低下した場合以外は、遮断スイッチユニット５０１が押下されていないときであっても遮断制御信号を中継ユニット５０２に送り続けている。この動作によって、中継ユニット５０２のモニタ部５２１は、遮断制御信号の受信の有無を判断し、遮断スイッチユニット５０１の故障や、バッテリ５３２の低下による動作不能状態といった、遮断スイッチユニット５０１の異常を検出することができる。仮に、通常時に遮断制御信号を全く送信しないものとした場合、遮断スイッチユニット５０１が押下されていないために遮断制御信号が送信されていないのか、遮断スイッチユニット５０１が故障等を起こしているために遮断制御信号が送信されていないのかを区別することができない。

図６は、遮断制御信号波形の他の第１の例を示す図である。この例では、バッテリの残容量に応じて、通常時のパルス信号の周期を変えている。例えば、バッテリの残容量が所定の閾値以上であれば、通常時のパルス周期を、前述した第１のパルス周期Ｔ１（１秒程度のパルス周期）に設定し（図６（ａ））、バッテリの残容量が所定の閾値よりも低くなった場合には、通常時のパルス周期を、前述した第１のパルス周期Ｔ１よりも長い、第３のパルス周期（例えば、２秒程度のパルス周期）に設定する（図６（ｂ））。このようなパルス周期の設定により、バッテリの残容量の低下を抑制することができる。さらに、通常時のパルス周期が、第１のパルス周期Ｔ１から第３のパルス周期に変化したことを、中継ユニット５０２のモニタ部５２１で検出することにより、中継ユニット５０２においても、バッテリの残容量の低下を検出することができる。

図７は、遮断制御信号波形の他の第２の例を示す図である。この例では、図７（ａ）に示すように、通常時のパルス周期と、遮断スイッチユニット５０１が押下されたときのパルス周期をいずれも同じ値（いずれもＴ１）に設定する一方、通常時のパルス幅τ１と、遮断スイッチユニット５０１が押下されたときのパルス幅τ２とを異なる値に設定している。中継ユニット５０２のモニタ部５２１では、パルス幅の相違を検出することにより、遮断スイッチユニット５０１が押下されたことを検出することができる。

通常時と、緊急時（遮断スイッチユニット５０１が押下されたとき）とで遮断制御信号を異なる波形に設定する例は、パルス周期やパルス幅を異ならせるものに限定されない。例えば、パルスの振幅や、無線信号の変調方式を異ならせてもよい。

なお、図７（ａ）は、バッテリの残容量が所定の閾値以上の場合の波形であり、バッテリの残容量が所定の閾値よりも小さくなった場合には、第１の例と同様に、第１のパルス周期Ｔ１から第３のパルス周期Ｔ３に変化し（図７（ｂ））、バッテリの残容量の低下を抑制する。

複数の遮断スイッチユニット５０１を設ける場合には、各遮断スイッチユニット５０１間の電波干渉を防止する必要がある。そこで、例えば、それぞれの遮断スイッチユニット５０１に異なるＩＤ（識別情報）を付与し、ＩＤに応じて異なる送信周波数を割り付けることによって、互いの電波干渉を防止することができる。

この他、互いのパルス波の位置を時間的にずらすことによっても、互いの電波干渉を防止することができる。図８は、この方法の概念を示す図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、３つの遮断スイッチユニット５０１に、夫々、「ＳＷ１」、「ＳＷ２」、「ＳＷ３」のＩＤを割り付け、各ＩＤの遮断スイッチユニット５０１の遮断制御信号の波形を例示した図である。遮断スイッチユニット５０１の夫々のパルス繰り返し周波数をわずかにずらすことにより、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に例示するように、パルス繰り返しの位相が変化し、異なる遮断スイッチユニット５０１間において、パルス波が時間的に重なることを防止し、その結果、互いの電波干渉を防止することができる。

以上説明してきたように、実施形態のＭＲＩ装置１によれば、電気配線による場所や数の制約を受けることなく遮断スイッチユニット５０１を設置することができるため、検査室や操作室にいる人が、近くにある遮断スイッチユニット５０１を迅速に押下することができ、安全性を高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ＭＲＩ装置
１０静磁場磁石
５００磁石監視ユニット
５０１遮断スイッチユニット
５０２中継ユニット
５１３消磁ユニット
５４０静磁場発生ユニット

Claims

静磁場を発生する静磁場発生ユニットと、
前記静磁場を、遮断信号によって消磁する消磁ユニットと、
バッテリを内蔵すると共に、前記遮断信号を生成するための遮断制御信号を無線で送信する少なくとも１つの遮断スイッチユニットと、
を備え、
上記遮断制御信号は、所定のパルス周期を有するパルス状の無線信号であり、前記静磁場を消磁しないときは第１のパルス周期に設定され、前記静磁場を消磁するときは、前記第１のパルス周期よりも短い第２のパルス周期に設定され、前記バッテリの残量が所定の値よりも小さくなった場合において、前記静磁場を消磁しないときは前記第１のパルス周期よりも長い第３のパルス周期に設定される、
ＭＲＩ装置。
前記遮断スイッチユニットから送信される無線による前記遮断制御信号を、前記消磁ユニットに対して中継する中継ユニット、をさらに備え、
前記中継ユニットは、前記第１のパルス周期と前記第３のパルス周期とを比較することにより、前記バッテリの残量が所定の値よりも小さくなったことを検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
前記遮断スイッチユニットは、複数の遮断スイッチユニットから構成され、
前記複数の遮断スイッチユニットの送信周波数は、それぞれ異なる値に設定される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＲＩ装置。
前記遮断スイッチユニットは、複数の遮断スイッチユニットから構成され、
前記複数の遮断スイッチユニットが送信する前記パルス状の無線信号は、それぞれのパルス状波形が時間軸上で重ならない程度に、それぞれのパルス周期が異なる値に設定される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＲＩ装置。
前記遮断スイッチユニットから送信される無線による前記遮断制御信号を、前記消磁ユニットに対して中継する中継ユニット、をさらに備え、
前記静磁場発生ユニット及び前記消磁ユニットは、電磁シールドルームの内側に設置され、
前記遮断スイッチユニットは、前記電磁シールドルームの外側に設置され、
前記中継ユニットは、前記電磁シールドルームの外側からの無線信号を受信することができる、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＲＩ装置。
前記遮断スイッチユニットは、前記電磁シールドルームの内側と外側に設置される複数の遮断スイッチユニットから構成され、
前記中継ユニットは、前記電磁シールドルームの内側からの無線信号もさらに受信することができる、
ことを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。