JP6639830B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージングに用いる傾斜磁場発生システムには、電力的な使用限界が存在する。このことを回避するため、傾斜磁場システムへの電流供給量が傾斜磁場発生システムの電力的な使用限界を確実に下回るような電流を傾斜磁場コイルに流すことで、傾斜磁場発生システムを安全に駆動する方法もある。

しかしながら、傾斜磁場電源装置の電源供給能力に余裕があった場合、その余裕の分だけスライス枚数を増やす等の手段をとることで、より最適な条件で撮像できたことになる。従って、傾斜磁場発生システムの電力的な使用限界を撮像シーケンスに応じて正確に予想することができれば、電力的な使用限界の範囲内で最大限の傾斜磁場電流を流すことができ、傾斜磁場発生システムの性能を最大限引き出すことが可能になる。

特開２０１３−０００１７３号公報

本発明が解決しようとする課題は、傾斜磁場発生システムの電気的負荷を予測することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、判定部と、シーケンス制御部とを備える。判定部は、電源に接続され自己インダクタンスを有する第１の回路と、前記第１の回路との間で相互インダクタンスを有する閉回路を少なくとも一つ有する第２の回路とを有する、傾斜磁場コイルを含む回路に対する等価回路を用いて、磁気共鳴イメージングで実行される撮像シーケンスが実行される時間が、印加される傾斜磁場の大きさの時間変化に応じて、前記傾斜磁場が立ち上がる区間と、前記傾斜磁場が一定になる区間と、前記傾斜磁場が立ち下がる区間とに分割された複数の時間区間ごとに、前記閉回路に流れる電流値を、磁気共鳴イメージングで実行される撮像シーケンスに基づいて算出し、前記複数の時間区間ごとに算出された前記電流値に基づいて、前記等価回路上で消費されるジュール熱の大きさを算出し、前記ジュール熱の大きさに基づいて、前記撮像シーケンスの実行可否を前記撮像シーケンスの実行前に判定する。シーケンス制御部は、前記判定部が前記撮像シーケンスを実行可と判定した場合に、前記撮像シーケンスを実行する。

図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係る傾斜磁場電源等の構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理の手順を示したフローチャートである。 図４は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図５Ｃは、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図６は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理の手順を示したフローチャートである。 図７は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図８は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図９Ａは、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図９Ｂは、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。 図９Ｃは、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の行う処理について説明した図である。

以下、添付図面を用いて、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１を用いて、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の全体構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１０１と、シムコイル１３０と、傾斜磁場コイル１０２と、傾斜磁場電源１０３と、寝台１０４と、寝台制御回路１０５と、送信コイル１０６と、送信回路１０７と、受信コイル１０８と、受信回路１０９と、シーケンス制御回路１１０と、計算機システム１２０とを備える。なお、磁気共鳴イメージング装置１００に被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。

静磁場磁石１０１は、中空の円筒形状に形成された磁石であり、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１は、例えば、永久磁石、超伝導磁石等である。

シムコイル１３０は、静磁場磁石１０１の内側において中空の円筒形状に形成されたコイルであり、図示されないシムコイル電源に接続され、シムコイル電源から供給される電源により、静磁場磁石１０１が発生した静磁場を均一化する。

傾斜磁場コイル１０２は、中空の円筒形状に形成されたコイルであり、静磁場磁石１０１及びシムコイル１３０の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０２は、図２に示されているように、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３つのコイル（Ｘ軸傾斜磁場コイル１０２ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル１０２ｙ、Ｚ軸傾斜磁場コイル１０２ｚ）が組み合わされて形成されており、これら３つのコイルは、傾斜磁場電源１０３から個別に電流を受けて、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。なお、Ｚ軸方向は、静磁場と同方向とする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸及びＹ軸に垂直な方向とする。

なお、傾斜磁場コイル１０２によって発生するＸ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Ｇｓ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、及びリードアウト用傾斜磁場Ｇｒを形成する。スライス選択用傾斜磁場Ｇｓは、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅは、空間的位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇｒは、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。

傾斜磁場電源１０３は、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する。この構成については図２を用いて後述する。

寝台１０４は、被検体Ｐが載置される天板１０４ａを備え、寝台制御回路１０５による制御のもと、天板１０４ａを、被検体Ｐが載置された状態で傾斜磁場コイル１０２の空洞（撮像口）内へ挿入する。通常、寝台１０４は、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように設置される。寝台制御回路１０５は、計算機システム１２０による制御のもと、寝台１０４を駆動して天板１０４ａを長手方向及び上下方向へ移動する。

送信コイル１０６は、傾斜磁場コイル１０２の内側に配置され、送信回路１０７からＲＦ（Radio Frequency）パルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信回路１０７は、対象とする原子核の種類及び磁場の強度で決まるラーモア周波数に対応するＲＦパルスを送信コイル１０６に供給する。

受信コイル１０８は、傾斜磁場コイル１０２の内側に配置され、高周波磁場の影響によって被検体Ｐから発せられるＭＲ信号を受信する。受信コイル１０８は、ＭＲ信号を受信すると、受信したＭＲ信号を受信回路１０９へ出力する。例えば、受信コイル１０８は、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。

受信回路１０９は、受信コイル１０８から出力されるＭＲ信号に基づいてＭＲデータを生成する。具体的には、受信回路１０９は、受信コイル１０８から出力されるＭＲ信号に対して、前置増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅、フィルタリング等の各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ/デジタル変換する。これにより、受信回路１０９は、デジタル化された複素数データであるＭＲデータを生成する。受信回路１０９が生成したＭＲデータは、生データとも呼ばれる。

また、受信回路１０９は、生成したＭＲデータをシーケンス制御回路１１０へ送信する。なお、受信回路１０９は、静磁場磁石１０１や傾斜磁場コイル１０２等を備える架台装置側に備えられていてもよい。

ここで、第１の実施形態において、受信コイル１０８の各コイルエレメントから出力されるＭＲ信号は、適宜分配合成されることで、チャネル等と呼ばれる単位で受信回路１０９に出力される。このため、ＭＲデータは、受信回路１０９以降の後段の処理においてチャネル毎に取り扱われる。

コイルエレメントの総数とチャネルの総数との関係は、同一の場合もあれば、コイルエレメントの総数に対してチャネルの総数が少ない場合、あるいは反対に、コイルエレメントの総数に対してチャネルの総数が多い場合もある。なお、分配合成のタイミングは、上述したタイミングに限られるものではない。ＭＲ信号若しくはＭＲデータは、後述する画像生成機能１２２による処理の前までに、チャネル単位に分配合成されればよい。

シーケンス制御回路１１０は、計算機システム１２０から送信される撮像シーケンスの情報に基づいて、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７及び受信回路１０９を駆動することによって、被検体Ｐの撮像を行う。

撮像シーケンスとは、磁気共鳴イメージング装置１００による検査に含まれる複数のプロトコルそれぞれに対応するパルスシーケンスを指す。撮像シーケンスの情報には、傾斜磁場電源１０３が傾斜磁場コイル１０２に供給する電源の強さや電源を供給するタイミング、送信回路１０７が送信コイル１０６に送信するＲＦパルスの強さやＲＦパルスを印加するタイミング、受信回路１０９がＭＲ信号を検出するタイミング等が定義される。

なお、シーケンス制御回路１１０は、傾斜磁場電源１０３、送信回路１０７及び受信回路１０９、シムコイル電源等を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路１０９からＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを計算機システム１２０へ転送する。

なお、磁気共鳴イメージング装置は、図示しない温度センサを備えても良い。温度センサは、例えば、温度を取得する温度計である。温度センサは、温度センサが設置された場所の温度を取得すると、シーケンス制御回路１１０に温度情報を送信する。

シーケンス制御回路１１０は、温度情報を温度センサから受信すると、計算機システム１２０の処理回路１５０に温度情報を送信する。処理回路１５０は、シーケンス制御回路１１０を通じて、温度を取得する。

温度センサとしては、赤外線放射温度計等の非接触式の温度計であってもよく、また、サーミスタ温度計や熱電対温度計等の接触式の温度計であってもよい。

計算機システム１２０は、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御や、データ収集、画像生成等を行う。計算機システム１２０は、処理回路１５０、記憶回路１２３、入力装置１２４、ディスプレイ１２５を備える。また、処理回路１５０は、判定機能１１、インタフェース機能１２１、画像生成機能１２２、制御機能１２６を有する。

第１の実施形態では、判定機能１１、インタフェース機能１２１、画像生成機能１２２、制御機能１２６にて行われる各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１２３へ記憶されている。処理回路１５０はプログラムを記憶回路１２３から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１５０は、図１の処理回路１５０内に示された各機能を有することになる。なお、図１においては単一の処理回路１５０にて、判定機能１１、インタフェース機能１２１、画像生成機能１２２、制御機能１２６にて行われる処理機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１５０を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。

換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。なお、処理回路１５０の有する判定機能１１、シーケンス制御回路１１０は、それぞれ判定部、シーケンス制御部の一例である。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路１２３に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路１２３にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０５、送信回路１０７、受信回路１０９等も同様に、上記のプロセッサなどの電子回路により構成される。

処理回路１５０は、判定機能１１により、撮像シーケンスの実行可否を撮像シーケンスの実行前に判定する。判定機能１１の具体的な処理については後述する。

処理回路１５０は、インタフェース機能１２１により、撮像シーケンスの情報をシーケンス制御回路１１０へ送信し、シーケンス制御回路１１０からＭＲデータを受信する。また、処理回路１５０は、インタフェース機能１２１を通じて、ＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを記憶回路１２３に格納する。

処理回路１５０は、画像生成機能１２２により、インタフェース機能１２１を通じて受信したＭＲデータや、記憶回路１２３に保管されたデータを用いて、画像の生成を行う。なお、処理回路１５０は、画像生成機能１２２によって得られた画像は、必要に応じてディスプレイ１２５や記憶回路１２３に送信する。

処理回路１５０は、制御機能１２６により、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御を行う。例えば、処理回路１５０は、制御機能１２６により、入力装置１２４を介して操作者から入力される撮像条件に基づいて撮像シーケンスの情報を生成し、生成した撮像シーケンスの情報をシーケンス制御回路１１０に送信することによって撮像を制御する。

記憶回路１２３は、処理回路１５０がインタフェース機能１２１を通じて受信したＭＲデータや、画像生成機能１２２により生成された画像データ等を記憶する。例えば、記憶回路１２３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。

入力装置１２４は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力装置１２４は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスである。

ディスプレイ１２５は、処理回路１５０における制御機能１２６による制御のもと、画像データ等の各種の情報を表示する。ディスプレイ１２５は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。

以上のように、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の全体構成について説明した。続いて、傾斜磁場電源１０３が、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する処理について、図２を用いて説明する。図２は、第１の実施形態に係る傾斜磁場電源１０３等の構成を示すブロック図である。

図２に示されるように、例えば、傾斜磁場電源１０３は、ポストレギュレータ２０と、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚ、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚを備える。

ポストレギュレータ２０は、後述するパワーステージ２２ｘ〜２２ｚにエネルギーを供給する電源の役割を持つ装置である。ポストレギュレータ２０は、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの動作に合わせて、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚが必要とするエネルギーを供給する。ポストレギュレータ２０の具体例としては、例えば交流電源を整流することにより得られた所定の直流電源である。ポストレギュレータ２０は、例えば、ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）／ＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）特性を有する直流電源である。この場合、ポストレギュレータ２０は、後段の負荷が大きい場合には定電流源として機能し、逆に後段の負荷が小さい場合には定電圧源として機能する。ただし、以下の実施例中で説明する状況においては、後段の負荷が大きいので、ポストレギュレータ２０は、定電流源として機能する。

コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚは、ポストレギュレータ２０では補うことのできない電力供給を負担する電池の役割をするコンデンサである。コンデンサバンク２１ｘ、コンデンサバンク２１ｙ、コンデンサバンク２１ｚは、それぞれｘ軸傾斜磁場コイル１０２ｘ、ｙ軸傾斜磁場コイル１０２ｙ、ｚ軸傾斜磁場コイル１０２ｚに対応するコンデンサバンクを表す。コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの構成例としては、例えば電解コンデンサがある。コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚは、ポストレギュレータ２０及び、対応するパワーステージ２２ｘ〜２２ｚに接続され、ポストレギュレータ２０から流入した電力を一時的に貯蔵し、貯蔵した電力を、必要に応じてパワーステージ２２ｘ〜２２ｚに対して放出する。

ここで、コンデンサバンクの役割としては、以下の通りである。すなわち、短時間に全軸の傾斜磁場コイル１０２ｘ〜１０２ｚに大電流を流すことが必要となった場合、必要な電力供給量が、一時的にポストレギュレータ２０が供給することのできる電力を上回る場合がある。このような場合でも、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚが存在することで、傾斜磁場コイル１０２ｘ〜１０２ｚに安定して電力を供給することができる。

パワーステージ２２ｘ〜２２ｚは、シーケンス波形を大電流パルスに変換する増幅器である。パワーステージ２２ｘ、パワーステージ２２ｙ、パワーステージ２２ｚは、それぞれｘ軸傾斜磁場コイル１０２ｘ、ｙ軸傾斜磁場コイル１０２ｙ、ｚ軸傾斜磁場コイル１０２ｚに対応する増幅器である。パワーステージ２２ｘ〜２２ｚは、シーケンス制御回路１１０からシーケンス波形に対応する制御信号を受信して、受信した制御信号を大電流パルスに増幅して変換し、傾斜磁場コイル１０２に出力する。

以上のように、傾斜磁場電源１０３は、撮像シーケンスの実行に必要な電流を傾斜磁場コイル１０２に供給する。

次に、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００に係る背景について説明する。傾斜磁場電源１０３及び傾斜磁場コイル１０２を含む傾斜磁場発生システムにおけるエネルギー収支については、以下の式（１）で表される。

ここで、Ｅ_ａ ^{ｔｏｔａｌ}は、パワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚで消費される消費エネルギーである。Ｅ_ｇ ^{ｔｏｔａｌ}は、傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚで消費される消費エネルギーである。Ｅ_ｃ ^{ｔｏｔａｌ}は、コンデンサバンク２１ｘ、２１ｙ、２１ｚから傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚに供給されたエネルギーである。Ｅ_ａ ^{ｔｏｔａｌ}は、ポストレギュレータ２０から供給されたエネルギーである。式（１）は、傾斜磁場発生システムにおいて、供給されるエネルギーと消費されるエネルギーが等しくなるというエネルギー保存則を表している。

Ｅ_ｃ ^{ｔｏｔａｌ}は、具体的には式（２）で表される。

ここで、Ｃは、コンデンサバンク２１ｘ、２１ｙ、２１ｚの静電容量であり、Ｖ_ｃ（ｔ）は時刻ｔにおけるコンデンサバンク２１ｘ、２１ｙ、２１ｚの電圧を表す。Ｖ_ｃ（０）は、ｔ＝０すなわち初期状態におけるコンデンサバンク２１ｘ、２１ｙ、２１ｚの電圧を表す。

Ｅ_ｐ ^{ｔｏｔａｌ}は、具体的には式（３）で表される。

ここで、Ｉ_ｐ（ｔ’）は、時刻ｔ’においてポストレギュレータ２０から供給される電流値を表す。以下の実施形態では、ポストレギュレータ２０が、供給される電流値が所定の値になるように動作する場合で説明する。

また、Ｅ_ａ ^{ｔｏｔａｌ}は、例えば式（４）で表される。

ここで、Ｉ（ｔ’）は、時刻ｔ’においてパワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚから出力される電流値を表す。また、これは同時に、傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚに供給される電流値になっている。また、α、β、γは、経験的に算出される所定のパラメータである。

すなわち、パワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚは、実際には複雑な回路で構成されているものの、その全消費エネルギーは、結局のところその最終的な出力電流Ｉ（ｔ’）と連関すると考えることができる。それらの効果は、例えば係数α、β、γで表現される。γは、出力電流Ｉ（ｔ’）が０であるときのパワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚの消費エネルギーであり、βは、出力電流Ｉ（ｔ’）に対して線形な部分のパワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚの消費エネルギーであり、αは、出力電流Ｉ（ｔ’）に対して非線形な部分のパワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚの消費エネルギーを、出力電流Ｉ（ｔ’）に対して２次の非線形の効果が支配的であると考えて算出した係数である。

また、出力電流Ｉ（ｔ’）は、傾斜磁場の波形に対応する。逆に、傾斜磁場の波形が定まれば、すなわち傾斜磁場の波形が定まれば、出力電流Ｉ（ｔ’）が定まる。従って、撮像シーケンスが定まった時、出力電流Ｉ（ｔ’）は既知の変数となる。

また、Ｅ_ｇ ^{ｔｏｔａｌ}は、例えば式（５）のような関数系に書くことができると考えられる。

ここで、Ｒは抵抗であり、ωは周波数であり、ｆは所定の関数である。すなわち、傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚで消費されるエネルギーは、時刻ｔ’において傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚに流れる電流Ｉ（ｔ’）の関数である、時刻ｔ’における消費エネルギーを時間で積分したものである。また、時刻ｔ’における消費エネルギーは、電流Ｉ（ｔ’）に依存し、傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚの等価回路としての抵抗Ｒは、周波数ωに依存する。式（５）は形式的な式であり、傾斜磁場コイル１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚで消費されるエネルギーの具体的な表式については後述する。

ここで、エネルギー保存則である式（１）及び各エネルギーの式である式（２）〜式（５）について整理する。これらの式で、Ｃ、α、β、γは所定のパラメータであり既知の量である。また、Ｉ_ｐは、ポストレギュレータ２０の規格から定まる既知の量である。また、Ｉは、実行可否を判定する対象の傾斜磁場の波形に応じて定まる既知の量である。また、ｆ及びＲ（ω）は、後述するように等価回路の性質から定まる既知の量である。従って、未知の変数はＶｃのみであるから、Ｖｃのｔ＝０における初期値が定まれば、式（１）及び式（２）〜（５）を連立することにより、処理回路１５０は、判定機能１１により、時刻ｔにおけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧Ｖ_ｃ（ｔ）の値を算出することができる。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００に係る第１の背景として、現実の傾斜磁場コイル１０２ｘ〜１０２ｚは、複雑な電気的、磁気的特性を有する。

そのような特性の例としては、第１には、例えば表皮効果が挙げられる。ここで、表皮効果とは、交流電流が導体中を流れるとき、導体表面において電流密度が高く、導体表面から離れるにしたがって電流密度が低下する効果のことをいう。高周波電流が導体を流れるときに、導体内の相互インダクタンスに起因する起電力により、導体表面から離れた場所では、電流が遮蔽され、電流密度が低下する。この結果、交流電流においては電流密度が表皮深さ程度の浅い領域に集中するため、電気抵抗が増加する。典型的には、表皮効果としては、周波数ωの平方根に比例して、交流の電気抵抗が増加する。

また、そのような特性の例としては、例えば渦電流による熱損失が挙げられる。ここで、渦電流とは、急激な磁場の変化により導体内に生じる誘導電流のことである。導体内に生じた渦電流は、導体中でジュール熱に変換され、傾斜磁場コイル１０２を発熱させる。

傾斜磁場コイル１０２の特性を再現する等価回路モデルとして、最も単純には、傾斜磁場コイル１０２を、コイル抵抗Ｒとコイルの自己インダクタンスＬが直列に配線された等価回路で表すことが考えられよう。しかし、このような、傾斜磁場コイル１０２を、コイル抵抗の直列回路で表したのみのモデルでは、上述した現実の傾斜磁場コイル１０２の特性を十分に再現できない。

また、傾斜磁場コイル１０２において消費されるエネルギーを算出する算出方法として、最も単純には、傾斜磁場コイル１０２自身が所定のコイル抵抗を有するとして、傾斜磁場電源１０３に接続された当該コイル抵抗において消費されるエネルギー（ジュール熱）を算出する方法が考えられよう。しかし、傾斜磁場電源１０３に接続された抵抗において消費されるエネルギーのみを、傾斜磁場コイル１０２において消費されるエネルギーとしてカウントする方法では、現実の傾斜磁場コイル１０２において消費されるエネルギーを十分に再現できない。すなわち、傾斜磁場コイル１０２において消費されるエネルギーを説明するために導入される抵抗は、傾斜磁場電源１０３に接続された回路において直接的に電圧降下を引き起こすとは限らない。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００に係る第２の背景として、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧推定をするにあたり、計算負荷を考慮する必要がある。例えば、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧降下を推定する際に、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電圧の電圧降下が、傾斜磁場コイル１０２に磁気的に接続された仮想コイルとの相互インダクタンスにより生じると考えて微分方程式を立式することもできる。しかし、この微分方程式を直接解くのは計算負荷が大きく、また数値的不安定性の原因になる。従って、計算負荷が少ない方法が望まれる。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００に係る第３の背景として、傾斜磁場の波形（時間変化）は、一般に微分不可能な、または微分係数を定義することが適切でない振る舞いを持つことが多い。例えば、一般に傾斜磁場の波形は、ディラックのデルタ関数的な波形や、へヴィサイドのステップ関数的な波形を多く含む。ところで、式（１）及び式（２）〜（５）を連立して得られた式は、時刻ｔに関する積分方程式なので、時刻ｔに関して微分して微分方程式を得ることができる。また、得られた微分方程式は、所定の方法で解くことができ、所定の微分係数を用いた関数で表現できる。しかしながら、傾斜磁場の波形に対して微分係数を設定することが適切でないために、微分方程式を用いた手法を用いると、数値的不安定を誘発することになる。従って、撮像シーケンスを区分的に連続な複数の関数に分割し、当該区間ごとに定義された差分方程式により数値評価を行うことが望まれる。

第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、かかる背景のもとに構成されたものである。以下、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の行う処理について、適宜図４、図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃ、図７及び図８を参照しながら、図３及び図６を用いて説明する。図３及び図６は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の行う処理の手順を示したフローチャートである。図３は、全体の処理の流れを示したフローチャートであり、図６は、図３のステップＳ１０５について詳しく説明したフローチャートである。図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図７及び図８は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の行う処理について説明した図である。

第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の有する処理回路１５０は、判定機能１１により、撮像シーケンスの実行可否の判断対象である撮像シーケンスを複数の時間区間に分割する（ステップＳ１０１）。このことを図４を用いて説明する。

前述したように、式（１）及び式（２）〜（５）を連立することにより、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧Ｖｃ（ｔ）を算出することは可能である。ここで、前述したように、傾斜磁場の波形は、全時間区間で微分可能であるとは限られないので、撮像シーケンスを複数の時間区間に分割することが合理的である。図４は、このような状況を表している。

図４の上段は傾斜磁場の波形５０を表す。すなわち、波形５０は、傾斜磁場コイル１０２を用いて印加される傾斜磁場の大きさの時間変化に対応する。波形５０と、傾斜磁場コイル１０２に流れる電流Ｉ（ｔ）とは概ね相似形になることから、波形５０は、傾斜磁場コイル１０２に流れる電流Ｉ（ｔ）の波形をも表している。波形５０は、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５、ｔ_６、ｔ_７の付近で、その微分係数（印加される傾斜磁場の大きさの時間変化）が不連続に変化する。処理回路１５０は、判定機能１１により、撮像シーケンスが実行される時間を、印加される傾斜磁場の大きさの時間変化が不連続に変化する点を境界として、複数の時間区間に分割する。換言すると、処理回路１５０は、判定機能１１により、撮像シーケンスが実行される時間を、印加される傾斜磁場の大きさの時間変化に応じて複数の時間区間に分割する。なお、撮像シーケンスが実行される時間を複数の時間区間を分割するにあたって、例えば撮像シーケンスの立ち上がりや撮像シーケンスの立ち下がりが生じる時刻、さらに撮像シーケンスが一定となる区間の両端の時刻を、時間区間の分割点とする。例えば、処理回路１５０は、撮像シーケンス開始時刻（ｔ_０）から、撮像シーケンス終了時刻（ｔ_７）までの時間区間を、ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_１〜ｔ_２、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_３〜ｔ_４、ｔ_４〜ｔ_５、ｔ_５〜ｔ_６、ｔ_６〜ｔ_７の複数の時間区間に分割する。

かかるのち、処理回路１５０は、判定機能１１により、分割された複数の時間区間ごとに、処理を行う。例えば、処理回路１５０は、判定機能１１により、初めに、計算対象中の時間区間を、ｔ_０〜ｔ_１に設定する。処理回路１５０は、判定機能１１により、ｔ_０〜ｔ_１の時間区間での処理を終了すると、続いて、計算対象中の時間区間を、ｔ_１〜ｔ_２に設定する。処理回路１５０は、判定機能１１により、ｔ_１〜ｔ_２の時間区間での処理を終了すると、計算対象中の時間区間を、ｔ_２〜ｔ_３に設定する。以下同様に処理を行い、処理回路１５０は、ｔ_６〜ｔ_７の時間区間での処理を終了すると、一連の処理を終了する。

なお、図４に示されたグラフ５１は、処理回路１５０が、後述する判定機能１１の処理により算出した、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧の時間変化Ｖｃ（ｔ）である。また、図４に示されたグラフ５２は、ポストレギュレータ２０が供給する電圧Ｉｐ（ｔ）の時間変化である。

続いて、処理回路１５０は、判定機能１１により、当該撮像シーケンス印加開始時の、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧の値を取得する（ステップＳ１０２）。この電圧の値は、例えばコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧のデフォルト値として設定されている初期値である。

続いて、処理回路１５０は、判定機能１１により、計算対象中の時間区間におけるパワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値を取得する（ステップＳ１０３）。ここで、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値は、傾斜磁場の波形と相似するから、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値を取得することは、計算対象中の時間区間が開始されてから終了するまでの傾斜磁場の波形を取得することと同等である。処理回路１５０は、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値を、記憶回路１２３から、又は入力装置１２４を通じたユーザからの入力を通じて取得する。

図５Ａ〜図５Ｃにおいて、処理回路１５０が判定機能１１により取得したパワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値の具体例が示されている。

図５Ａの直線４０は、時刻ｔにおける出力電流推定値Ｉ（ｔ）が、一次関数的に立ち上がっていく場合の出力電流推定値を時刻ｔの関数としてプロットしたものである。出力電流推定値は、ｔ＝ｔ_ｎ−１においてＩ（ｔ_ｎ−１）であり、ｔ＝ｔ_ｎにおいてＩ（ｔ_ｎ）であり、ｔ＝ｔ’＝ｔ_ｎ−１＋Δｔ_ｎのときＩ（ｔ’）となる。この場合、式（６）が成り立つ。

ここで、ＳＲはスリュー・レート（Ｓｌｅｗ Ｒａｔｅ）であり、傾斜磁場の立ち上がり速度を表すパラメータである。

図５Ｂの直線４１は、時刻ｔにおける出力電流推定値Ｉ（ｔ）が、フラット（一定）である場合の出力電流推定値を時刻ｔの関数としてプロットしたものである。出力電流推定値は、ｔ_ｎ−１≦ｔ’≦ｔ_ｎであるすべてのｔ＝ｔ’において、一定値Ｉ（ｔ_ｎ）となる。この場合、式（７）が成り立つ。

図５Ｃの直線４２は、時刻ｔにおける出力電流推定値Ｉ（ｔ）が、一次関数的に立ち下がっていく場合の出力電流推定値を時刻ｔの関数としてプロットしたものである。出力電流推定値は、ｔ＝ｔ_ｎ−１においてＩ（ｔ_ｎ−１）であり、ｔ＝ｔ_ｎにおいてＩ（ｔ_ｎ）であり、ｔ＝ｔ’＝ｔ_ｎ−１＋Δｔ_ｎのときＩ（ｔ’）となる。この場合、図５Ａの場合と同様に、式（６）が成り立つ。但し、この場合、係数ＳＲは負になる。

続いて、処理回路１５０は、判定機能１１により、計算対象中の時間区間が開始されてから終了するまでの、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの消費エネルギー推定値Ｅ_ａを取得する（ステップＳ１０４）。ここで、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの消費エネルギー推定値Ｅ_ａの表式は、式（８）で表すことができる。

ここで、時刻ｔ’における出力電流推定値Ｉ（ｔ’）の関数形はステップＳ１０３において既知であるので、処理回路１５０は、判定機能１１により、式（８）における出力電流推定値Ｉ（ｔ’）の表式にステップＳ１０３で取得した代入し、積分を実行することで、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚで消費される消費エネルギー推定値Ｅ_ａを算出する。

例えば、出力電流推定値Ｉ（ｔ’）が、式（６）で与えられる場合、（すなわち、出力電流Ｉ（ｔ’）が、一次関数的に立ち上がって若しくは立ち下がっていく場合）、式（８）の積分を実行すると、処理回路１５０は、判定機能１１により、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚで消費される消費エネルギーＥ_ａを、式（９）のように算出する。

また、出力電流推定値Ｉ（ｔ’）が式（７）で与えられる場合、（すなわち、出力電流Ｉ（ｔ’）が、一定な場合）、式（８）の積分を実行すると、処理回路１５０は、判定機能１１により、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚで消費される消費エネルギーＥ_ａを、式（１０）のように算出する。

また、出力電流Ｉ（ｔ’）が、その他の関数系である場合でも、出力電流Ｉ（ｔ’）の表式を、式（８）に代入して積分を実行することで、処理回路１５０は、判定機能１１により、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚで消費される消費エネルギーＥ_ａを算出することができる。

次に、処理回路１５０は、計算対象中の時間区間における傾斜磁場コイル１０２での消費エネルギー推定値Ｅ_ｇを算出する（ステップＳ１０５）。

ここで、前述したように、現実の傾斜磁場コイル１０２は、例えば表皮効果や渦電流に起因した複雑な電気的、磁気的特性を有する。これらの特性を十分再現できるよう、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の処理回路１５０は、判定機能１１は、所定の等価回路を用いて傾斜磁場コイル１０２での消費エネルギー推定値Ｅ_ｇを算出する。

ステップＳ１０４の処理の詳細は、図６のフローチャートに示されている。図６は、図３のステップＳ１０４の処理をより詳細に説明したステップである。具体的には、図３のステップＳ１０４は、図６のステップＳ１５０及びステップＳ１５１で構成される。

処理回路１５０は、判定機能１１により、所定の等価回路における仮想回路に流れる電流値を算出する（ステップＳ１５０）。この処理について、図７を用いて説明する。

図７に示されている回路は、傾斜磁場電源１０３により電圧が印加された傾斜磁場コイル１０２の電気的特性を示す等価回路の一例である。ここで、傾斜磁場コイル１０２を含む等価回路は、例えば、第１の回路３０と、閉回路３１及び閉回路３２からなる第２の回路とからなる。

第１の回路３０は、傾斜磁場電源１０３に接続され、抵抗値Ｒを有する抵抗３８と、自己インダクタンスＬ_１を有するコイル３３とからなる。閉回路３１は、抵抗値Ｒ_２を有する抵抗３６と、自己インダクタンスＬ_２を有するコイル３４とからなる。閉回路３２は、抵抗値Ｒ_３を有する抵抗３７と、自己インダクタンスＬ_３を有するコイル３５となる。また、コイル３３とコイル３４の間には、相互インダクタンスＭ_１２が、コイル３３とコイル３５の間には、相互インダクタンスＭ_１３とが存在する。

ここで、時刻をｔとし、第１の回路３０に流れる電流をi₁（ｔ）、閉回路３１に流れる電流をi₂(ｔ)、閉回路３２に流れる電流をi₃（ｔ）とし、閉回路３１及び閉回路３２について回路の方程式を立てると、次の式（１１）が成り立つ。

ここで、第１の回路３０に対して閉回路３１及び閉回路３２が相互インダクタンスを通じて及ぼす効果は、第１の回路３０に流れる電流i₁（ｔ）に対して高次摂動の効果であるから一般に小さく、例えば省略可能である。

また、ここで、電流i₁（ｔ）は、傾斜磁場のパルスシーケンスの波形に対応する量である。すなわち、パルスシーケンスの波形変化とは、電流i₁（ｔ）の時間変化である。また、電流i₁（ｔ）は、ステップＳ１０３で、処理回路１５０が、判定機能１１により取得した、計算対象中の時間区間におけるパワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値Ｉ（ｔ）に対応する量である。

続いて、処理回路１５０は、判定機能１１により、撮像シーケンスの情報に基づいて閉回路３１及び閉回路３２に流れる電流値（ｉ_２(t)及びｉ_３(t)）を算出する。

この方法としては、例えばラプラス変換を用いた所定の方法がある。また、微分方程式を、一般解を変数分離法で解いたのち、特殊解を定数変化法で解くなどしてもよい。式（１１）は、時刻ｔに関して１階線形微分方程式であるから、任意の電流i₁（ｔ）の関数系に対して解くことができ、電流i₂(ｔ)及び電流i₃（ｔ）を、電流i₁（ｔ）の関数として、表現することができる。

一例として、電流i₁（ｔ）が、時刻ｔ＝０で値i₀をとり、一定の速度ＳＲで電流値が増大（又は減少）していく場合、電流i₁（ｔ）は、次の式（１２）のように表される。

この場合、微分方程式を解くと、電流i₂(ｔ)及び電流i₃（ｔ）は、次の式（１３）のように表される。

従って、処理回路１５０は、式（１３）を用いることにより、閉回路３１及び閉回路３２に流れる電流値を算出できる。

また、別の例として、電流i₁（ｔ）が、一定の値i₀をとる場合、電流i₁（ｔ）は、次の式（１４）のように表される。

この場合、微分方程式を解くと、電流i₂(ｔ)及び電流i₃（ｔ）は、次の式（１５）のように表される。

従って、処理回路１５０は、式（１３）を用いることにより、閉回路３１及び閉回路３２に流れる電流値を算出できる。

以上をまとめると、処理回路１５０は、判定機能１１により、傾斜磁場電源１０３に接続され自己インダクタンスＬ_１を有する第１の回路３０と、第１の回路３０との間で相互インダクタンスを有する閉回路３１及び３２を有する第２の回路とを、傾斜磁場コイル１０２を含む回路に対する等価回路とする。処理回路１５０は、判定機能１１により、閉回路３１及び３２に流れる電流値i₂(t)、i₃(t)を、磁気共鳴イメージングで実行される撮像シーケンスに基づいて算出する。すなわち、処理回路１５０は、判定機能１１により、複数の時間区間ごとに、等価回路により導かれる微分方程式を解く。

なお、図８に、閉回路３１及び３２に流れる電流の波形の具体例が示されている。波形５０は、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚの出力電流推定値Ｉ（ｔ）の波形である。波形５０は、第１の回路３０に流れる電流i₁（ｔ）の波形に対応する。この時、波形６１は、閉回路３１に流れる電流の波形、波形６２は、閉回路３２に流れる電流の波形の具体例を示している。

図６に戻って、処理回路１５０は、判定機能１１により、計算対象中の時間区間が終了するまでの傾斜磁場コイルの消費エネルギー推定値を算出する（ステップＳ１５１）。具体的には、処理回路１５０は、判定機能１１により、各時刻において等価回路上で消費されるジュール熱の大きさを、傾斜磁場コイル１０２の消費エネルギーの推定値と算出する。ここで、第１の回路３０における抵抗３８、閉回路３１における抵抗３６、閉回路３２における抵抗３７において、エネルギーが消費される。ここで、抵抗３８の大きさは一般に小さくなるように設計されることが多い。従って、処理回路１５０は、例えば、各時刻における傾斜磁場コイル１０２の消費エネルギーの推定値Ｅ_ｇ（ｔ）を、閉回路３１における消費エネルギーＥ_２（ｔ）及び閉回路３２における消費エネルギーＥ_３（ｔ）を主に考慮して、式（１６）のように算出する。

第１の回路３０に流れる電流i₁（ｔ）が、式（１２）で表される場合、式（１３）を式（１６）に代入することにより、処理回路１５０は、例えば、各時刻における傾斜磁場コイル１０２の消費エネルギーの推定値Ｅ_ｇ（ｔ）を、式（１７）のように算出する。

また、第１の回路３０に流れる電流i₁（ｔ）が、式（１４）で表される場合、式（１５）を式（１６）に代入することにより、処理回路１５０は、例えば、各時刻における傾斜磁場コイル１０２の消費エネルギーの推定値Ｅ_ｇ（ｔ）を、式（１８）のように算出する。

すなわち、処理回路１５０は、判定機能１１により、閉回路３１、３２に流れる電流値に基づいて、傾斜磁場コイル１０２で消費されるエネルギーの推定値を算出する。

なお、等価回路の回路構成としては、上記構成は一例を示したに過ぎず、実施形態は上述の例に限られない。例えば、閉回路の個数は２個には限られず、例えば１個でも良いし３個でもよい。また、処理回路１５０は、等価回路として、誘電損失等の効果を取り入れるためコンデンサを含む回路を用いても良い。また、処理回路１５０は、閉回路についての方程式のみを用いる例を説明したが、第１の回路についての方程式を用いても良い。
また、処理回路１５０は、判定機能１１により、閉回路に流れる電流値に基づいて、傾斜磁場コイル１０２に印加される電圧値の推定値、電流値の推定値、傾斜磁場コイル１０２の電流電圧特性等を算出してもよい。

図３に戻って、処理回路１５０は、判定機能１１により、計算対象中の時間区間が終了した時のコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧を算出する（ステップＳ１０６）。

コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧算出の方法について、簡単に説明する。初めに、式（１）と同様に、以下に示される式（１９）が成りたつ。

ここで、Ｅ_ａは、分割された一つの時間区間において、パワーステージ２２ｘ〜２２ｚで消費される消費エネルギーである。Ｅ_ｇは、分割された一つの時間区間において、傾斜磁場コイル１０２で消費される消費エネルギーである。Ｅ_ｃは、分割された一つの時間区間において、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚから傾斜磁場コイル１０２に供給されたエネルギーである。Ｅ_ａ ^{ｔｏｔａｌ}は、分割された一つの時間区間において、ポストレギュレータ２０から共有されたエネルギーである。

次に、式（１９）の右辺のＥｐに係る積分は、離散化を行うことにより、以下の式（２０）のように近似できる。

ここで、ｎは、処理回路１５０が、判定機能１１により分割した複数の時間区間の番号である。また、ｔ_ｎは、ｎ−１番目の時間区間における最大の時刻である。また、ｔ_ｎ−１は、ｎ−１番目の時間区間における最小の時刻である。換言すると、ｎ番目の時間区間は、ｔ_ｎ〜ｔ_ｎ＋１である。すなわち、１番目の時間区間はｔ_０〜ｔ_１であり、２番目の時間区間はｔ_１〜ｔ_２であり、以下同様である。またΔｔは、以下の式（２１）で定義される値である。

また、式（１９）の右辺はＥｃは、以下の式（２２）で表される。

式（２０）及び式（２２）を式（１９）に代入すると、以下の式（２３）を得る。

式（２３）は、Ｖ_ｃ（ｔ_ｎ）に関する２次方程式であるから、Ｖ_ｃ（ｔ_ｎ）について解くと、以下の式（２４）を得る。

換言すると、処理回路１５０は、判定機能１１により、複数の時間区間それぞれについて、両端の時刻において満たすべき関係式を算出し、算出した関係式に基づいて、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値を算出する。このように、処理回路１５０は、判定機能１１により、式（２４）式に基づいて、ｔ＝ｔ_ｎ−１におけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値Ｖ_ｃ（ｔ_ｎ−１）に基づいて、ｔ＝ｔ_ｎにおけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値Ｖ_ｃ（ｔ_ｎ）を算出することができる。

処理回路１５０が、判定機能１１により、ｔ＝ｔ_ｎ−１におけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値Ｖ_ｃ（ｔ_ｎ−１）に基づいて、ｔ＝ｔ_ｎにおけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値Ｖ_ｃ（ｔ_ｎ）を算出すると、処理回路１５０は、判定機能１１により、計算対象中の時間区間ｔ_ｎー１〜ｔ_ｎが最後の時間区間であるか否かを判断する。処理回路１５０は、判定機能１１により、計算対象中の時間区間ｔ_ｎー１〜ｔ_ｎが最後の時間区間でないと判断すると（ステップＳ１０７ Ｎｏ）、処理回路１５０は、判定機能１１により、次の時間区間ｔ_ｎ〜ｔ_ｎ＋１を、計算対象中の時間区間に設定し、（ステップＳ１０８），ステップＳ１０３以降の処理が繰り返される。

また、処理回路１５０が、判定機能１１により、計算対象中の時間区間ｔ_ｎー１〜ｔ_ｎが最後の時間区間であると判定した場合（ステップＳ１０７ Ｙｅｓ）、最後の時間区間まで計算を行うことができたので計算を終了する。

続いて、処理回路１５０は、判定機能１１により、閉回路３１，３２を流れる電流値i₂(t)や電流値i₃(t)に基づいて、撮像シーケンスの実行可否をシーケンスの実行前に判定する（ステップＳ１０９）。具体的には、処理回路１５０は、判定機能１１により、電流値に基づいて、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給するコンデンサバンクの電圧値の推定値を算出し、算出した電圧値の推定値に基づいて、撮像シーケンスの実行可否をシーケンスの実行前に判定する。

また、シーケンス制御回路１１０は、処理回路１５０が、判定機能１１により撮像シーケンスを実行可と判定した場合に、撮像シーケンスを実行する。また、シーケンス制御回路１１０は、処理回路１５０が、判定機能１１により撮像シーケンスを実行不可と判定した場合に、入力装置１２４を通じてユーザから撮像条件の再設定を受け付けても良い。

撮像シーケンスの実行可否の判断基準としては、例えば、判定機能１１により、処理回路１５０は、算出したコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値が所定の値を上回っていれば、当該撮像シーケンスを実行可とし、下回っていれば、当該撮像シーケンスを実行不可と判定してもよい。また、撮像シーケンスの実行可否の判断基準としては、例えば、判定機能１１により、処理回路１５０は、算出した閉回路３１、３２を流れる電流値が所定の値を下回っていれば、当該撮像シーケンスを実行可とし、上回っていれば、当該撮像シーケンスを実行不可と判定してもよい。

実施形態では、ポストレギュレータ２０が、供給される電流の値が所定の値になるように動作する場合で説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、ポストレギュレータ２０は、供給される電圧の値が所定の値になるように動作してもよい。

実施形態では、パワーステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚで消費されるエネルギーが、出力電流の２次関数である場合で説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、パワステージ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚの消費エネルギーとして、例えば電圧電流特性の実測値を用いて算出してもよい。

以上のように、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の有する処理回路１５０は、傾斜磁場電源１０３に接続された傾斜磁場コイル１０２に対する等価回路として、傾斜磁場電源１０３に接続されたコイルと相互インダクタンスを持つ相互誘導コイルに流れる電流値に着目して当該電流値を算出する。その後、処理回路１５０は、求めた電流値から傾斜磁場コイル１０２の消費エネルギーを算出し、算出した消費エネルギーを基に、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧を算出する。このことにより、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、傾斜磁場発生システムの電気的負荷を予測することができる。より具体的には、第１の実施形態に係る等価回路を用いることにより、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、精度のよいコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧推定を、計算負荷を抑えながら行うことができる。その結果、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、最適化した条件で撮像シーケンスを実行することが可能になる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、処理回路１５０が、判定機能１１により、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値に基づいて、撮像シーケンスの実行可否を判定した。第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、算出したコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値に基づいて、撮像条件の制御を行う。

図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００の行う処理について説明した図である。図９Ａのグラフ８０は、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値の時間変化を表している。シーケンス制御回路１１０は、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧の推定値が所定の閾値８３（Ｖ_ＴＨ１）を下回った場合に、撮像における分解能を低下させて撮像シーケンスを実行する。分解能とは、例えばスライス方向の分解能やリードアウト方向の分解能、位相エンコード方向の分解能である。
スライス方向の分解能を低下させるためには、例えば、スライス厚を厚くする。リードアウト方向と位相エンコード方向の分解能を低下させるためには、例えば、画像のマトリクス数を減らす。または、撮像における有効視野（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）を増大させてもよい。撮像における有効視野の大きさは、傾斜磁場の勾配と関連する。すなわち、撮像における有効視野の大きさが大きくなるほど、傾斜磁場の勾配がゆるやかになる。これにより、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値が低下するのを防止することができる。

図９Ｂのグラフ８１は、同様に、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値の時間変化を示している。グラフ８１は、撮像シーケンスの実行によりコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧が低下し、その後電圧がゆるやかに回復していく場合について説明している。シーケンス制御回路１１０は、所定の時刻におけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧の推定値がフリップパルスの印加時８２において指定した閾値８４（Ｖ_ＴＨ２）まで回復しない場合に、繰り返し時間（ＴＲ）を延長させて撮像シーケンスを実行する。
フリップパルスの印加時８２にコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値が指定した閾値８４まで回復しない場合、繰り返し時間が短すぎると考えられる。従って、シーケンス制御回路１１０は、繰り返し時間を延長させて撮像シーケンスを実行する。これにより、フリップパルスの印加時に、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧が十分な値を保持することができる。

図９Ｃのグラフ９０は、同様に、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値の時間変化を示しているが、例えばＳＰＡＩＲ（ＳＰｅｃｔｒａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ＩＲ）法など、プリパルスの印加を伴うパルスシーケンスの場合を示している。かかる場合、時刻９１でＩＲ（Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）パルスであるプリパルスが印加され、時刻９２でプリップパルスが印加される。この場合、プリパルスの印加にかかわらず、シーケンス制御回路１１０は、所定の時刻におけるコンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧の推定値がフリップパルスの印加時９２において指定した閾値（Ｖ_ＴＨ２）まで回復しない場合に、繰り返し時間（ＴＲ）を延長させて撮像シーケンスを実行する。

第２の実施形態では、シーケンス制御回路１１０は、（１）コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値が、所定の閾値を下回るかどうか（Ｖｃ−Ｍｉｎ）（２）コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値の推定値が、次の励起パルス印加時に所定の閾値まで回復しているかどうか（Ｖｃ−Ｓｔａｂｌｅ）の２つの判定基準を基に、撮像シーケンス制御を行う。これにより、磁気共鳴イメージング装置１００は、コンデンサバンク２１ｘ〜２１ｚの電圧値が不足する状況を回避することができ、効率のより制御が行うことが可能になる。

（プログラム）
上述した実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態の磁気共鳴イメージング装置１００による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述した実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷ等）、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータ又は組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した実施形態の磁気共鳴イメージング装置１００と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み込む場合はネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。

また、記憶媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のＭＷ（ミドルウェア）等が、上述した実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。

更に、記憶媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶又は一時記憶した記憶媒体も含まれる。

また、記憶媒体は１つに限られず、複数の媒体から、上述した実施形態における処理が実行される場合も、実施形態における記憶媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

なお、実施形態におけるコンピュータ又は組み込みシステムは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上述した実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。

また、実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の磁気共鳴イメージング装置によれば、傾斜磁場発生システムの電気的負荷を予測することができる。

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。

１１ 判定機能
１１０ シーケンス制御回路

Claims (9)

1. 電源に接続され自己インダクタンスを有する第１の回路と、前記第１の回路との間で相互インダクタンスを有する閉回路を少なくとも一つ有する第２の回路とを有する、傾斜磁場コイルを含む回路に対する等価回路を用いて、磁気共鳴イメージングで実行される撮像シーケンスが実行される時間が、印加される傾斜磁場の大きさの時間変化に応じて、前記傾斜磁場が立ち上がる区間と、前記傾斜磁場が一定になる区間と、前記傾斜磁場が立ち下がる区間とに分割された複数の時間区間ごとに、前記閉回路に流れる電流値を、前記撮像シーケンスに基づいて算出し、前記複数の時間区間ごとに算出された前記電流値に基づいて、前記等価回路上で消費されるジュール熱の大きさを算出し、前記ジュール熱の大きさに基づいて、前記撮像シーケンスの実行可否を前記撮像シーケンスの実行前に判定する判定部と、
   前記判定部が前記撮像シーケンスを実行可と判定した場合に、前記撮像シーケンスを実行するシーケンス制御部と
   を備える磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記判定部は、前記ジュール熱の大きさに基づいて、前記傾斜磁場コイルに電流を供給するコンデンサバンクの電圧値の推定値を算出し、前記電圧値の推定値に基づいて、前記撮像シーケンスの実行可否を前記撮像シーケンスの実行前に判定する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記シーケンス制御部は、所定の時刻における前記電圧値の推定値が指定した閾値まで回復しない場合に、繰り返し時間を延長させて前記撮像シーケンスを実行する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記シーケンス制御部は、前記電圧値の推定値が所定の閾値を下回った場合に、撮像における分解能を低下させて前記撮像シーケンスを実行する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記シーケンス制御部は、有効視野を増大させることにより、撮像における前記分解能を低下させる、請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記判定部は、前記複数の時間区間それぞれについて、前記コンデンサバンクの電圧値の推定値を算出する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記判定部は、前記電流値に基づいて、前記傾斜磁場コイルに印加される電圧値の推定値を算出する、請求項１〜６のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記判定部は、前記電流値に基づいて、前記傾斜磁場コイルに流れる電流値の推定値を算出する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記判定部は、前記電流値に基づいて、前記傾斜磁場コイルの電流電圧特性を算出する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。

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