JP7156595B2 - 磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴を利用して被検者の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲＩ装置）の検査室環境向上に関するものである。

ＭＲＩ装置は、磁気共鳴現象を利用して被検者中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布，緩和時間分布等を計測して、その計測データから被検者の断面を画像表示するものである。均一で強力な静磁場発生装置内に置かれた被検者の原子核スピンは、静磁場の強さによって定まる周波数（ラーモア周波数）で静磁場の方向を軸として歳差運動を行なう。そこで、このラーモア周波数に等しい周波数の高周波パルスを外部より照射すると、スピンが励起され高いエネルギー状態に遷移する（磁気共鳴現象）。この照射を打ち切ると、スピンはそれぞれの状態に応じた時定数でもとの低いエネルギー状態にもどり、このときに外部に電磁波（ＮＭＲ信号）を放出する。これをその周波数に同調した高周波受信コイルで検出する。このとき、空間内に位置情報を付加する目的で、三軸の傾斜磁場を静磁場空間に印加する。この結果、空間内の位置情報を周波数情報として捕えることが可能である。
上記構成のため、ＭＲＩ装置は強い磁場形成を必要とし、広い範囲に大きな漏洩磁場を生じている。さらに、微弱な高周波信号を受信するために、信号周波数にて電磁波シールドされた検査室に設置される。

「ヘルスケア 総合カタログ２０１８－２０１９」，株式会社オカムラ，ｐ．３９１－ｐ．３９２

ＭＲＩ装置における検査は検査室内で行われ、電磁波シールドのために閉塞的な環境となり、被検者に苦痛を与えるものとなっている。
そこで、従来からこの検査室環境を改善する目的で壁面に風景写真を透過光表示などの手段で提供することが実施されている。しかし、この方法では動画の表示が不可能であり、表示画像を変更することもできない。
別の方法としては液晶モニタなどの映像表示デバイスを使用することも行われるが、この場合、使用する液晶モニタはＭＲＩ装置の近傍に配置されるため、強い磁性の影響を受けても破損しないように特別に設計された耐磁場性能を有することが必要である。また、この液晶モニタから生じる電磁波ノイズがＭＲＩ装置の撮像に影響を与えないように液晶モニタ自体にノイズシールドを施す必要がある。
以上述べたように、従来のＭＲＩ装置の検査室環境改善装置は特別に設計された映像表示装置が必要であり、このために高額となり、その環境改善効果が高いにもかかわらず、普及していないという問題を有していた。

上記の従来手法による問題点は検査室内の映像提供に透過光写真やシールドされた特別な液晶モニタを使用していたことに起因している。
そこで、本発明は、検査室内の壁面に光学的に映像を投影することで、この課題を解決するものである。
図１に示すようにＭＲＩ装置（１）の検査室壁面に映像投影装置（２）の映像を投影して閉塞感を改善する。ＭＲＩ装置近傍は強い漏洩磁場があり、この影響の及ばない範囲まで映像投影装置を遠距離に設置する必要がある。また、ＭＲＩ装置が高周波ノイズの影響を受けないように、映像投影装置はノイズシールドされた検査室の外部である機械室もしくは操作室に設置する。
この２部屋の境界面に導波管（３）を設け、これを介して映像を投影することで、光路を確保し、高周波ノイズの進入を阻止することが可能である。
さらに、投影映像の光路に被検者や操作者が入ると眩惑の問題が生じるため、映像投影をできるだけ壁面に沿わせて斜め方向から投影することで、この問題を解決する。投影映像内容は、このため、投影角度により生じる画像ひずみを相殺するように逆ひずみを与えておく。または、画像ひずみをレンズシフトなどの光学的手法またはデジタル画像処理手法により補正しても良い。この場合はリアルタイム補正が可能となる。

以上述べたように本発明によれば、ＭＲＩ装置の閉塞的な検査室に静止画や動画による環境映像などを投影表示することで、被検者が感じる閉鎖感、圧迫感などを低減することができ、ＭＲＩ検査室環境の改善が可能である。さらに、投影映像に同期した音声情報の併用提供により改善効果を高めることができる。

本発明に係るＭＲＩ装置における検査室環境改善装置の実施例 導波管の具体的な設計例

本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るＭＲＩ装置における検査室環境改善装置の実施例である。本図において、映像投影装置（２）は一般的なプロジェクター装置を使用することが可能である。
プロジェクター装置はＭＲＩ装置（１）から生じる漏洩磁場に対して十分に離して設置する必要があり、このため、プロジェクター装置は検査室外部に設置する。
静磁場強度１．５テスラのＭＲＩ装置では信号周波数は約６４ＭＨｚであり、この微弱な信号を受信するために検査室は電磁波シールドルームとなっている。この内部にプロジェクター装置などの映像投影装置を設置した場合、ここから生じる高周波ノイズがＭＲＩ画像劣化の原因となる。特に電源回路に用いられるスイッチング回路は大きなノイズ源である。そこで、検査室外から導波管（３）を使用して投影映像のみを室内に導くことで、ノイズ対策を実施する。この導波管は適切な形状とサイズを有する円形または角形の筒状の導電体にて、高周波ノイズの進入を防ぐ機構である。
一例としては導電体筒の内径（円筒の場合は直径、角形の場合は対角長）が５０ｍｍであった場合、この４倍の長さである２００ｍｍ以上の長さであれば６４ＭＨｚの高周波ノイズは十分に減衰する。計算例では４倍の長さでの減衰量は１０８ｄＢであり、一般的なＭＲＩ装置における高周波シールド要求性能は減衰量８０ｄＢ以上なので問題が無いことがわかる。
ここで、導波管に一般的な一定内径の筒を用いた場合、その奥行きが長いために映像投影装置の光路に干渉して映像に影（以下ケラレと記す）を生じる。
これは映像投影装置の設計が投影画角を拡大するように設計されているためで、一例では５ｍの投影距離において９：１６画面比の１００インチ（高さ１，２４５ｍｍ、幅２，２１４ｍｍ）の画像サイズが得られるプロジェクター装置の場合、レンズ前面から２００ｍｍ位置でのケラレの生じない画面の上下方向の要求高さは５０ｍｍであり、想定した対角径５０ｍｍの方形導波管の高さ３６ｍｍよりも大きく、対角径は７０ｍｍが必要である。また、この開口部でケラレの生じない対角径７０ｍｍの方形導波管とした場合、長さは２８０ｍｍが必要となり、開口部の要求高さも７０ｍｍに増加するため、この導波管であっても相対的な形状が変わらないために、同様にケラレが生じる。
そこで、本発明では導波管を図２に示すように、形状を一定対角径ではなく、ホーン状の広がり形状を有した方形導波管とすることで、平均対角径が全長の中央位置対角径となり、この４倍にてノイズ遮断の性能を達成することができる。すなわち、レンズ側の対角径（ａ）を３０ｍｍ、投影側の対角径（ｂ）を８０ｍｍに設定すると、平均対角径（ｄ）は５５ｍｍとなり、この４倍の導波管長（ｃ）は２２０ｍｍであり、２２０ｍｍ位置の要求高さは５５ｍｍとなり開口部の対角径８０ｍｍにおける高さ５７ｍｍ以下に収まるので、この形状であれば画像の上下方向にはケラレの生じない導波管とすることができる。もちろん、レンズ側の導波管対角径はプロジェクター装置のレンズ口径に応じて設定する必要がある。
これはつまり、導波管の形状をプロジェクター装置の光路の広がりに合わせて最適に設計するということであり、この導波管設計により、プロジェクター装置の投影画像を最大の大きさで利用することが可能となり、検査室壁面に効率良く大きな映像を投影しうる。
このホーン状の方形導波管においても映像の左右方向にはケラレを生じる。これは投影映像が左右方向に長い画角を有するからである。そこで、映像投影を投影壁面から横側の斜め方向にずらすことでこの問題に対応する。この斜め方向の投影は被検者や操作者の視界に投影光路が入ると眩惑するという問題を回避するためにも重要である。
斜め方向投影においては、その投影角度に応じて投影映像が引き伸ばされる。
この変形量は非線形であり、近距離側と遠距離側で異なり、さらに投影面距離でも異なってくる。
一例では３０度投影においては、おおよそ２倍の横方向の引き伸び変形が生じる。
一般的な動画映像の画角は９：１６であり、縦横比は２倍以下なので３０度程度の角度で斜投影すれば、映像データの横方向サイズを２分１に縮めておくことで、ホーン状の方形導波管において左右方向の映像ケラレ無く投影可能であることがわかる。
さらに、この導波管形状は一般的なプロジェクター装置の光軸が上下方向にずれて設計されていることに対応できるように変形する。この光軸シフトはスクリーン位置がプロジェクター装置の設置位置よりも上下にずれて設置されるために設けられるものである。プロジェクター装置の天吊設置の場合は、スクリーンが天井に設置したプロジェクター装置から下方向にずれることになる。
また、導波管の内面に光反射が生じると画像の明瞭度が低下するので、黒マット塗装で処理する必要がある。
映像の投影位置に関しては、被検者が検査室に入室した際に、認識しうる最適なポジションに設定する。
さらに、被検者の移動導線に光路が無いように配慮して投影する。
投影映像は静止画映像だけでなく、動画映像も利用可能であり、再生内容も複数のコンテンツから選択ないしは自動的に再生できる。また、音声信号を同時に再生することで、別途用意したＭＲＩ検査室内の音響設備により、映像と音声が同期したコンテンツを提供することもできる。
この映像出力機器にパーソナルコンピューターなどのデバイスを使用することで、リアルタイム変更など、投影映像を多彩にアレンジすることもできる。
映像投影に使用する画像データは、あらかじめ計測した投影映像の画像変形ひずみ量に応じて、これを補正するように逆変形ひずみ処理を行っておく。
リアルタイム補正を行う場合は、レンズを横方向に移動して、光軸をずらして実施する横キーストン補正の手法が応用できる。またはデジタル画像処理手法にて補正対応することができる。

１ ＭＲＩ装置
２ 映像投影装置
３ ホーン状導波管

Claims (6)

1. 磁気共鳴イメージング装置の検査室内に閉塞的な検査室環境を改善する目的で、映像を検査室外部より検査室内部の壁面に投影して、窓や風景を模した動画または静止画映像を表示する装置において、映像を検査室内に導く光路に、内径が一定ではなく長手方向に変化している導波管を使用して高周波ノイズの遮断を行い、かつ、この導波管を壁面より斜め方向に設置して眩惑の問題を解決しつつ、映像投影することを特長とする磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置。
2. 検査室外部に設置した導波管の固定角度を任意に設定することで、投影映像の光路を調整して、壁面の所望の位置に投影することが可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置。
3. 検査室外部より投影する投影映像の投影角度から生じる画像ひずみをあらかじめ計測しておき、この逆ひずみを投影画像データに施すことで、画像ひずみの影響を補正して投影することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置。
4. 動画または静止画映像を表示する装置と別途具備した検査室用音響装置にて投影映像と同期した音声信号を再生することで、音楽や環境音を映像と併用して提供することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置。
5. 検査室外部より投影する投影映像の投影角度から生じる画像ひずみを光学的手法によりリアルタイムに補正して投影することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置。
6. 検査室外部より投影する投影映像の投影角度から生じる画像ひずみをデジタル画像処理手法にてリアルタイムに補正して投影することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴イメージング装置における検査室環境改善装置。

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