JPWO2015115141A1 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、撮像空間に静磁場を印加する静磁場発生部と、静磁場発生部よりも撮像空間側に配置された高周波磁場発生部と、高周波磁場発生部と撮像空間の間に配置され、被検体が配置される空間を形成するボア壁と、ボア壁の温度が所定温度を超えているかどうかを判定する温度判定部とを有し、温度判定部は、サーミスタと、サーミスタに接続され、サーミスタの電気抵抗値に対応した電圧信号を得て、電圧信号の判定を行う検出回路とを含み、検出回路は、ヒステリシス特性をもつ判定回路を備え、判定回路は、ボア壁の温度が上昇し、電圧信号が、第1の温度に対応する電圧値より高温側の電圧値に到達した場合は、所定温度を超えた異常状態と判定し、その後ボア壁の温度が下降し、第1の温度よりも低温の第2の温度に対応する電圧値よりも低温側の電圧値に達したならば、所定温度以下の正常状態と判定することを特徴とする。

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に、ボア壁の温度監視機能に関する。

MRI装置は、被検体に高周波磁場パルス(以下、RFパルスという)を照射して、該被検体を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、NMR信号に位置情報を付与するために、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時部列データとして計測される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

被検体へのRFパルスの照射は、RF送信コイルから行われる。RFパルスの周波数は、静磁場強度と励起対象核種とに応じて定まる核磁気共鳴周波数に設定される。そのため、RF送信コイルは、共鳴周波数が核磁気共鳴周波数に一致するように設計又は調整(チューニング)されている。

近年のMRI装置は、被検体が挿入される空間(以下、ボアとよぶ)の口径を広くするワイドボア化が進み、口径70cmを超える装置が開発されている。それに合わせて、RF送信コイルや、傾斜磁場コイル、さらには超伝導磁石の口径の拡大が求められている。

特許文献1には、ガントリ内の撮影領域が局所的に高温になるのを防ぐために、撮影領域の温度を計測し、送風ダクトから送風する機能を備えたMRI装置が開示されている。

特開2009-5759号公報

RF送信コイルとしては、バードケージ(以下、「BC」という)コイルが知られているが、BCコイルは、ボア径が大きくなるほど、撮像領域で発生できる高周波磁場の発生効率が低下する。その原因の1つは、コイル内部の限られた撮像領域に対して、コイルパターンが遠ざかること、もう1つは、ボア径が大きくなるほどコイルパターンが延長し、パターン導体自体の導体損や傾斜磁場コイル表面に埋め込まれたRFシールドに誘導電流が流れることによる導体損が増加することにある。

しかしながら、BCコイルの口径を大きくした方が、超伝導磁石や傾斜磁場コイルの口径を大きくするよりも、MRI装置価格へ与える影響が小さい。そのため、装置価格を抑えるために、超伝導磁石や傾斜磁場コイルの口径拡大を抑えて、BCコイルの口径拡大が求められる傾向がある。そのため、BCコイルと傾斜磁場コイルの間の距離(＝シールドギャップ)は、ワイドボア化につれて狭くなる傾向にあり、ボア径が60cmの普及機は、シールドギャップが3cm程度あるが、70cmを超えるワイドボア機では、2cmを切る場合もある。シールドギャップが小さくなるとRFシールドに誘導電流が流れることによる損失が増加するため、BCコイルが撮像領域で発生できる高周波磁場の発生効率はさらに低下する。

近年のワイドボアMRI装置は、このようなRF送信コイルの効率低下を補うために、より大出力のRFパワーアンプが使用され、RF送信コイルに大電力を供給する傾向にある。普及機では、RFパワーアンプの出力は15〜20kW程度であったが、ワイドボアMRI装置は35〜40kW程度が使用される。RF送信コイルに供給する出力が約2倍になっても、撮像領域で発生できる高周波磁場強度は、普及機とワイドボア機でほぼ同じであり、ワイドボア化による送信効率の低下は約50％である。残りの50％は熱エネルギーとして放出される。すなわち、BCコイルのアンテナパターンに挿入されたキャパシタやダイオードといった素子の発熱も約2倍になり、何の冷却も行わないと素子温度が100℃近くなり得る。そこで、特許文献1のように、強制空冷によってBCコイルを冷却することが行われている。

BCコイルは被検体に近く、ボアの温度に大きな影響を与える。IEC(International Electrotechnical Commission)によれば、ボア壁の被検体側の表面の温度が、撮像中も含めて常に41℃を超えないように規定されている。そのため、強制空冷を行うMRI装置では、もし冷却ファンが故障により停止し、ボアの表面温度がIECで定める温度を超える場合には、撮像は中断しなければならない。

強制空冷の場合、冷却ファンが故障したかどうかは、冷却ファンの動作を検出するセンサーを備えることで検出することができる。しかし、冷却ファンが正常に動作していても、冷却風のダクトが破れた場合には、ボアの冷却を行うことができず、ボアの表面温度は上昇するが、ボア表面の温度を直接計測しない限り、ボアの表面温度の上昇を検出することができない。また、強制空冷が正常に動作していても、RFとGC双方の出力強度が高い撮像シーケンス(スキャン)を、使用上想定される範囲を超えて連続で行った場合には、ボアの表面温度が被検体に対して安全温度を超える恐れがある。そのため、ボアの表面温度を温度センサーにより直接計測することが望まれている。

温度センサーには接触型と非接触型があることが知られており、前者はサーミスタ、熱電対、白金抵抗、光ファイバー温度計等、後者は赤外線放射温度計がある。しかしながら、接触型温度計の場合、光ファイバー温度計以外は温度計に電線を接続して検出回路に接続する必要がある。

ボアの表面温度やBCコイルの温度を測定する場合には電線をボア近傍に配置する必要があり、BCコイルの発生する強度の大きな高周波電磁界が電線に高周波のノーマル・モード・ノイズを発生させる。この高周波のノイズの強度(振幅)は、サーミスタの検出信号の強度とオーダー(桁数)が同程度であるため、検出回路のA/Dコンバータ等の誤動作を招き、安定した温度測定ができない。

これに対し、光ファイバー温度計はノイズフリーであるが、その反面、ファイバーが屈曲や衝撃で破損しやすいため、配線が難しく、被検体の撮像中やメンテナンス中に破損することも懸念される。また価格も高い。一方、非接触型温度計の場合、測定誤差を避けるため、測定ポイントに対して直角±30°程度の角度で測定するのが望ましい。

BCコイルはボアの中心±25cm程度の範囲にしか配置されていないので、最低でも磁石ボアの入り口付近にセンサーを取り付けなければならない。しかし、ボアの入り口は静磁場強度が特に高く、高周波電磁界にもさらされるため、センサー部と本体が一体である赤外線放射温度計を設置することは困難である。また、仮に設置できたとしても、被検体の体格や体位によっては、センサーから発熱部分が見えない可能性がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、撮像中のボア表面の温度をリアルタイムに監視する機能を備えたMRI装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、撮像空間に静磁場を印加する静磁場発生部と、前記静磁場発生部よりも前記撮像空間側に配置された高周波磁場発生部と、前記高周波磁場発生部と前記撮像空間の間に配置され、被検体が配置される空間を形成するボア壁と、前記ボア壁の温度が所定温度を超えているかどうかを判定する温度判定部とを有するMRI装置が提供される。

温度判定部は、サーミスタと、サーミスタに接続され、サーミスタの電気抵抗値に対応した電圧信号を得て、前記電圧信号の判定を行う検出回路とを含む。検出回路は、ヒステリシス特性をもつ判定回路を備え、判定回路は、ボア壁の温度が上昇し、電圧信号が、第1の温度に対応する電圧値より高温側の電圧値に到達した場合は、前記所定温度を超えた異常状態と判定し、その後前記ボア壁の温度が下降し、第1の温度よりも低温の第2の温度に対応する電圧値よりも低温側の電圧値に達したならば、前記所定温度以下の正常状態と判定する。

本発明によれば、撮像中のボア表面の温度をリアルタイムに監視することができる。

本発明の実施形態に係るMRI装置のガントリ200の断面図。 本発明の実施形態の温度判定の回路構成を示すブロック図。 図2のシュミット・トリガ回路の出力特性を示すグラフ。 図2のサーミスタ51の出力特性の一例を示すグラフ。 バードケージコイル(BCコイル)の一例の斜視図。 本発明の実施形態のMRI装置の全体構成を示すブロック図。 本発明の実施形態のガントリの斜視図。 ボア壁70がBCコイル58の円筒体85を兼用する場合のMRI装置のガントリ200の断面図。 ボア壁70がBCコイル58の円筒体85を兼用する場合のMRI装置のガントリ200の断面図。

本発明のMRI装置は、図1に示すように、撮像空間61に静磁場を印加する静磁場発生部2と、静磁場発生部2よりも撮像空間61側に配置された高周波磁場発生部58と、高周波磁場発生部58と撮像空間61の間に配置され、被検体1が配置される空間を形成するボア壁70と、ボア壁70の温度が所定温度を超えているかどうかを判定する温度判定部50とを備えて構成される。

温度判定部50は、サーミスタ51と、検出回路59とを備える。検出回路59は、サーミスタ51に接続され、サーミスタ51の電気抵抗値に対応した電圧信号を得て、電圧信号の判定を行う。

検出回路59は、図2に示すように、ヒステリシス特性をもつ判定回路53を備える。

判定回路53は、ボア壁70の温度が上昇し、サーミスタ51の電圧信号が、所定の第1の温度に対応する電圧値より高温側の電圧値に到達した場合は、所定温度を超えた異常状態と判定する。その後、ボア壁70の温度が下降し、第1の温度よりも低温の第2の温度に対応する電圧値よりも低温側の電圧値に達したならば、所定温度以下の正常状態と判定する。

このように本発明では、サーミスタを温度センサーとして用いる場合に通常行うA/D変換は行わず、所定温度(閾値温度)を超えた異常状態か、所定温度以下の正常状態かの判定のみを行う。このとき、第1の温度に対応する電圧と第2の温度に対応する電圧との間で、ヒステリシス特性(例えば図3参照)を持つ判定回路を用いて判定を行うことにより、判定結果が高周波ノイズの影響を受けにくい。

例えば、サーミスタ51の出力する電圧信号には、図4に示すように、高周波磁場と同程度の周波数の高周波ノイズが重畳されており、しかも、この高周波ノイズは、振幅強度のオーダー(桁数)がサーミスタの出力する電圧信号と同程度であるため、一つの判定基準(電圧)のみで判定すると、電圧信号が判定基準の近傍に達した際に、判定結果が異常と正常とに高速で切り替わってしまうが、本発明では、ヒステリシス特性を持つ判定回路を用いることにより、安定して判定を行うことができる。

判定回路53としては、図2に示すようにシュミット・トリガ回路を用いることができる。

また、検出回路59は、第1の温度に対応する電圧値、および、第2の温度に対応する電圧値のうち少なくとも一方を可変にする可変部(54，53b)を備えることが望ましい。これにより、サーミスタ51の温度−抵抗特性の個体差や、サーミスタ51と熱源である高周波磁場発生部58との距離の誤差や、サーミスタ51とボア壁70との熱接触の度合いの差異等に起因する動作温度のずれを、可変部(54，53b)によって調整することができる。したがって、ボア壁70の表面が所定温度を超えたかどうかを、正確に判定することが可能である。

ボア壁70の温度を精度よく判定するために、サーミスタ51は、ボア壁70または熱源である高周波磁場発生部58に熱接触する位置に配置することが好ましい。また、ボア壁で囲まれた空間は、断面が楕円形である場合、サーミスタは、楕円の長径方向のボア壁に配置されていることが望ましい。長径方向は、被検体から高周波磁場発生部が遠くなるため、多くの電力が高周波磁場発生部に供給され、温度が上昇しやすいためである。

検出回路59は、被検体が配置される空間(ボア)の外側に配置されることが高周波ノイズの影響を低減するために望ましい。サーミスタ51と検出回路59とは、非磁性材料のケーブル57によって接続される。ケーブル57の少なくとも一部には、高周波磁場発生部58が発生する高周波磁場の波長の1/8以下の間隔で高周波フィルタ52が配置されていることが望ましい。アンテナ装置等の一般的な装置では、高周波ノイズを低減するために、1/4波長以下で高周波フィルタ52を挿入するが、MRI装置の場合、ケーブル57とグランドとの間にノイズの鏡像が生じるため、高周波フィルタ52は、1/8波長以下で配置することが望ましい。これにより、効果的に高周波ノイズを低減することができる。

高周波フィルタ52は、高周波磁場発生部58が発生する高周波の周波数より高い周波数の信号を通過させないものであればどのようなものでもよい。例えば、高周波磁場発生部58が発生する高周波で高いインピーダンスを示すインダクタ、もしくは、インダクタとキャパシタの共振回路や、チョークコイルを用いることができる。チョークコイルは、撮像空間61の磁場に影響を与えないため、非磁性材料によって形成されているものを用いる。

高周波フィルタ52は、高周波磁場発生部58が配置されている領域に配置されているケーブル57に、高周波の1/8波長以下の間隔で配置されていることが望ましい。高周波磁場発生部58が配置されている領域は、高周波磁場の強度が最も大きく、ケーブル57に強度の大きな高周波ノイズが発生するためである。

ケーブル57は、ツイストペアケーブルまたは同軸ケーブルを用いることができる。2本のケーブルを撚り合わせたツイストペアケーブルを用いることにより、2本のケーブルに生じる磁場を打ち消し合わせ、高周波ノイズを低減することができる。同軸ケーブルは、信号線をグランド線が取り囲み、電磁気的にシールドしているため、高周波ノイズが信号線に重畳するのを低減できる。

ケーブル57は、ボア壁70よりも静磁場発生部2側に配置されていることが好ましい。被検体1が配置される空間側にケーブル57を突出させることを回避し、被検体が配置される空間を広く確保するためである。このとき、サーミスタ51は、ボア壁70の撮像空間51側の面に取り付けて、ボア壁70の撮像空間51側の面の温度を正確に判定できるようにし、ケーブル57は、ボア壁70に設けられた貫通孔71を介して、ボア壁70よりも静磁場発生部2側に引き込んだ構成にすることが可能である。ケーブル57を配線する位置は、図1のようにボア壁70と高周波磁場発生部58との間であっても、図5のように高周波磁場発生部58の外側(静磁場発生部2側)であってもよい。

高周波磁場発生部58としては、例えばバードケージコイル(図5参照)を用いることが可能である。

検出回路59の判定回路53が、異常状態(所定温度を超えた)と判定した場合には、MRI装置は、撮像の実行を停止させることが望ましい。そのため、図6のように、高周波磁場発生部の高周波の発生を制御し、所定の撮像を実行させる制御部(シーケンサ4)は、判定回路53が異常状態と判定した場合には、撮像の実行を停止させる。そして、再び正常状態と判定した場合に、撮像の実行を可能にする。

以下、添付図面に従って、本発明のMRI装置の実施形態について具体的に説明する。

最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1、図6および図7に基づいて説明する。図1は、MRI装置のガントリ200の断面図であり、図6は、MRI装置の全体構成を示すブロック図であり、図7は、ガントリ200の斜視図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体1の断層画像を得るものである。

MRI装置は、上述の静磁場発生部2と、高周波磁場発生部58の他に、傾斜磁場発生部9と、高周波コイル(受信用高周波コイル)14bと、信号処理部7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8等を備えて構成される。

静磁場発生部2は、水平磁場方式の場合、図7のようにトンネル形状の永久磁石、常伝導磁石または超電導磁石により、体軸方向に均一な静磁場を発生させる。垂直磁場方式の場合、被検体1の上下に一対の静磁場発生部2が配置される。

高周波磁場発生部(以下、高周波コイルと呼ぶ)58は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせる周波数の磁場(RFパルス)を被検体1に照射する。高周波コイル58には、高周波増幅器13と、変調器12と、高周波発振器11とが順に接続されている。高周波発振器11から出力されたRFパルスを変調器12により振幅変調し、高周波増幅器13で増幅した後、高周波コイル58に供給する。シーケンサ4は、変調器12に変調のタイミングを指示する。

水平磁場方式のMRI装置においては、高周波コイル58として、例えばバードケージ(BC)コイルが用いられる。BCコイルは、図5のように複数の線状導体81を、円筒形状の中心軸に平行に、円筒形状の円周に沿って等間隔で配置し、その両端に一対の環状導体82を配置し、複数の線状導体81と接続した構成である。環状導体82には、同一容量の複数の共振容量素子(キャパシタ)83が直列に挿入されている。また、線状導体81の中間点には、PINダイオード84が直列に挿入され、NMR信号を受信する受信用高周波コイル14bとの電磁気的な干渉を防止している。図5の例では、線状導体81および環状導体82は、絶縁性の円筒体85上に形成された非磁性導体膜により形成されている。

また、図8のように、ボア壁70がBCコイル58の円筒体85を兼用しており、BCコイル58の複数の線状導体81、一対の環状導体82、複数の共振容量素子83およびPINダイオード84は、ボア壁70上に配置された構成にすることも可能である。この場合、サーミスタ51は、図8のように、ボア壁70に設けた貫通孔71内に配置することも可能である。ケーブル57は、線状導体81や一対の環状導体82が配置されていない領域から高周波コイル58の外周側(静磁場発生部2側)に引き出して配置する。また、図5、図9のように、サーミスタ51を、BCコイル58の外周面(線状導体81や環状導体82の外周面)に配置することも可能である。この場合も、ケーブル57は、高周波コイル58の外周側(静磁場発生部2側)に配置する。

静磁場発生部2と高周波磁場発生部58との間には、図1のように傾斜磁場発生コイル9が配置される。傾斜磁場発生コイル9は、MRI装置の座標部(静止座標部)であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場をそれぞれ印加するコイルを含む。各コイルには、駆動電流を供給する傾斜磁場電源10が接続されている。シーケンサ4は、傾斜磁場電源10に指令を出力し、駆動電流を各コイルに供給させる。

これにより、傾斜磁場コイル9からX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzが印加される。具体的には、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1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの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ことにより、撮像を実行する。

受信用高周波コイル14bは、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出する。受信用高周波コイル14bには、信号増幅器15と、直交位相検波器16と、A/D変換器17とが順に接続されている。

高周波コイル58から照射されたRFパルスによって被検体1が発生したNMR信号は、受信用高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割される。二系統の信号は、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理部7に送られる。

シーケンサ4は、高周波磁場パルスの照射、傾斜磁場の印加、直交位相検波のタイミングをそれぞれ制御することにより、所定の撮像パルスシーケンスを実行させる。シーケンサ4には、CPU8が接続され、その動作が制御される。

信号処理部7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、CPU8と、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とにより構成される。A/D変換器17からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。

操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理部7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、マウス、およびキーボード等の入力装置21を含む。

この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブに制御情報を入力する。

また、被検体1は、寝台90の天板91に搭載され、ボア壁70で囲まれた空間に挿入され、撮像空間61に撮像部位が配置される。

つぎに、温度判定部50についてさらに説明する。温度判定部50は、撮像中のボア壁70の表面温度を監視するための回路である。温度判定部50は、接触型温度センサーであるサーミスタ51と、サーミスタ51に接続されたツイストペアケーブル57を含む。

サーミスタ51は、温度によって抵抗が変化するものであればどのようなものであってもよいが、例えばNTCサーミスタを用いることができる。

サーミスタ51は、ボア壁70の表面、または、高周波コイル58の近傍に設置する。

サーミスタ51の電極には、ノーマル・モード・ノイズを低減するツイストペアケーブル57が接続された構成である。ツイストペアケーブル57には、コモン・モード・ノイズを低減する高周波フィルタ52としてRFチョークが、高周波コイル58の照射する高周波波長の1/8以下の間隔で挿入されている。

ツイストペアケーブル57の他端は、検出回路59に接続される。検出回路59は、少なくとも高周波コイル58の外側に配置される。好ましくは、ボア壁70に囲まれた被検体1が配置される空間(ボア)より外側に配置する。検出回路59の出力は、シーケンサ4に入力される。検出回路59が、ボア壁70の表面温度が安全温度を超えた(異常状態)と判定した場合、シーケンサ4は撮像を中断し、中央処理装置(CPU)8がエラーメッセージをディスプレイ20に表示する。

検出回路59は、高周波フィルタ(以下、RFチョークと呼ぶ)52と、固定抵抗55と、固定抵抗55を介してサーミスタ51に電源電圧を印加する電源49と、判定回路53であるシュミット・トリガ回路と、バイパスキャパシタ56とを含む。固定抵抗55は、RFチョーク52およびツイストペアケーブル57の一方のケーブルを介して、サーミスタ51と直列に接続されている。ツイストペアケーブル57の他方は、グランドに接続されている。

判定回路(以下、シュミット・トリガ回路と呼ぶ)53は、コンパレータ53aと、正帰還回路とを有し、正帰還回路には、可変抵抗53bが直列に挿入されている。コンパレータ53aの負端子には、ツイストペアケーブル57のうち、固定抵抗55が接続された方のケーブルが接続され、サーミスタ51の出力する電圧信号が入力される。コンパレータ53aの正端子には、可変抵抗54を介して電源49の電圧信号が入力されている。コンパレータ53aの出力端子(判定結果)は、シーケンサ4に入力される。

このような検出回路59の構成により、シュミット・トリガ回路53のコンパレータ53aの負端子には、図4に示すようなサーミスタ51の電圧信号が入力される。サーミスタ51の電圧信号には、撮影時には、高周波コイル58の発生する高周波磁場と同程度の周波数の高周波ノイズが重畳されている。サーミスタ51の電圧信号は、NTCサーミスタの場合、図4のように、温度が上昇するにつれ低下する。

シュミット・トリガ回路53は、図3のようにヒステリシス特性を有し、サーミスタ51の温度が第1の温度よりも低温で、出力電圧が約3V以上ある場合、正常(ノーマル)であることを示す高電圧(5V)を出力する。

サーミスタ51の温度が上昇して出力電圧が低下し、第1の温度に対応する第1電圧(ここでは約3V)に到達すると、シュミット・トリガ回路53の出力は急激に低下し、第1電圧より小さくなったならば、異常(エラー)であることを示す低電圧(ここでは1V)を出力端子から出力する。

サーミスタ51の温度が低下し、出力電圧が大きくなり、第2の温度に対応する第2電圧(ここでは約4V)に到達すると、シュミット・トリガ回路53の出力は急激に上昇し、第2電圧より大きくなったならば、正常(ノーマル)であることを示す高電圧(ここでは5V)を出力する。

固定抵抗55の抵抗値は、サーミスタ51の温度から電圧への変換感度(dV/dT)を決定する。

可変抵抗54の抵抗値は、上記第1電圧を設定する抵抗値であり、可変抵抗54の抵抗を調整することにより、温度が上昇して異常状態と判定する第1温度を調整することができる。一方、可変抵抗53bは、第2電圧を設定する抵抗値であり、可変抵抗53bを調整することにより、温度が下降して正常状態に戻ったと判定する第2温度を調整することができる。

＜第1の実施形態＞
以下、第1の実施形態を具体的に説明する。サーミスタ51は、図1のように、ボア壁70の撮像空間61側の表面にサーミスタ51を設置する。面内方向の設置位置は、高周波磁場コイル58(以下、BCコイル58と呼ぶ)にRF電力が供給された場合に高温となる位置、すなわち、BCコイル58のキャパシタやダイオードの位置に対してボア壁70を挟んで向かい合う位置が望ましい。

検出回路59の位置は、BCコイル58から離れる程、受ける高周波磁場が弱まり好ましいが、サーミスタ51の配線抵抗は、温度応答性(dV/dT)を低下させるので、静磁場発生部2の近傍に配置することが望ましい。例えば、図1のように検出回路59を、ガントリ200の背面(寝台90とは逆側)の開口近傍に配置したラック60内に配置することができる。すでに説明した通り、サーミスタ51と検出回路59とはツイストペアケーブル57で接続し、ツイストペアケーブル57には、少なくともBCコイル58が配置されている領域内について、高周波磁場の波長の1/8以下の間隔でRFチョーク52を挿入する。

検出回路59の回路構成は、図2を用いて既に説明した通りである。コンパレータ53aの判定レベルを決定する抵抗54を可変抵抗としたことにより、サーミスタの個体差、及びサーミスタと熱源との距離や、熱接触の差異に起因する動作温度のずれを調整可能である。よって、サーミスタ51の温度が制限温度(ここでは41℃)に到達したことを判定できるように、可変抵抗54を調整しておく。

例えば、光ファイバー温度計等を調整治具として、サーミスタ51近傍の温度測定を行いながら抵抗54を調整すると良い。これにより、ボア壁70の表面が制限温度(例えば41℃)に到達したことを精度よく判定できるため、制限温度に到達するぎりぎりまで撮像を継続することが可能である。また、制限温度に到達しないぎりぎりの範囲まで高周波磁場パルスの強度を大きくしたり、印加頻度を増加したりできるため、高速・高機能シーケンスの実行が容易になる。

なお、可変抵抗54の抵抗値が調整により変化した場合、コンパレータ53aの帰還量が変化し、ヒステリシス特性が変化するが、可変抵抗53bによって帰還量を調整することにより、元のヒステリシス特性に戻すことができる。

＜第2の実施形態＞
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態では、図5および図9のように、BCコイル58の外周面にサーミスタ51を設置する。設置位置は、BCコイル58が高周波磁場パルスを発生する時に高温となる、BCコイル58のキャパシタ83やダイオード84の近傍が望ましい。図5の例では、BCコイル58の2か所にサーミスタ51を配置している。また、ケーブル57がBCコイル58の導体に直接接触しないように、スペーサ86が配置されている。また、ボア壁70は、BCコイル58の円筒体85を兼用している。その他の形態は第1の実施形態と同じである。

第2の実施形態の構成のメリットは、サーミスタ51とケーブル57がボア壁70の被検体1側の表面に配置されないので、被検体1から見てボア壁70の表面は滑らかであり、被検体1がサーミスタ51に接触するおそれがなく安全である。また、デザイン面でも優れている。

また、ボア壁70の表面の制限温度(41℃)よりも温度の高いBCコイル58の温度をサーミスタ51で監視するので、ボア壁の制限温度(41℃)よりも高い制限温度(例えば60℃)に到達したならば異常(エラー)と判定するように可変抵抗54を調整する(図4)。ボア壁70の制限温度(41℃)と、BCコイル58の温度との関係は、ボア表面の温度を光ファイバー温度計等で測定しながらBCコイル58の温度を計測して予め求めておくことが可能である。また、ボア壁70の温度が制限温度(41℃)に到達したときに、異常(エラー)となるように検出回路59の可変抵抗54を調整してもよい。

＜比較例＞
ここで、比較例としてサーミスタの代わりに、他の接触型温度センサーを用いることを考えてみる。

熱電対は2種類の金属導体を用いて、ゼーベック効果により生じる起電力を測定するものである。その起電力の大きさは非常に小さく、例えば非測定物の温度が100℃以下の場合、数μ〜数十μV程度である。一方、撮像中のBCコイルから発生する高周波電磁界に伴いBCコイルに実装されるプローブ電線にのる高周波ノイズは、ツイストペアとRFチョークを用いて低減しても数mV〜数十mV程度が限度である。よって、熱電対からの電圧出力を精度良くA/D変換、もしくはノーマル/エラーの2値判定することは困難である。

白金抵抗温度計は、金属の電気抵抗が温度変化に対して変化するのを測定するものである。静磁場であれば磁場中でも使用できるが、高周波磁場中ではやはり高周波ノイズの問題がある。しかし、白金抵抗温度計は、プローブのリード線抵抗の影響を受けやすいという特徴があるため、多段のRFチョークを入れることは精度の面で困難である。価格が熱電対やサーミスタと比較して高価という問題もある。

光ファイバー温度計は、ノイズフリーでリアルタイムの温度測定が可能であるが、高価でプローブが壊れやすい問題がある。量産製品への適用は特にコスト面で問題となる。

上述した本発明の実施形態において、RFチョーク52をツイストペアケーブル57に挿入する間隔は、高周波磁場の波長の1/8以下が望ましいが、検出回路59のノイズ耐性が高ければ1/8波長よりも長くてもよい。但しその場合は、ツイストペアケーブル57の配線経路が他のケーブルやグランド導体と接近しすぎないように配慮する必要がある。

また、上述した実施形態では、サーミスタ51により、ボア壁70または高周波磁場コイル58の温度を判定したが、本発明は、これに限られるものではなく、傾斜磁場コイル59の温度が所定温度以下であるかどうかを判定することも可能である。サーミスタ51は、傾斜磁場コイル59に熱接触するように配置するか、傾斜磁場コイル59の近傍に配置する。

1 被検体、2 静磁場発生部、3 傾斜磁場発生部、4 シーケンサ、5 送信部、6 受信部、7 信号処理部、8 中央処理装置(CPU)、9 傾斜磁場コイル、10 傾斜磁場電源、11 高周波発信器、12 変調器、13 高周波増幅器、14b 高周波コイル(受信用高周波コイル)、15 信号増幅器、16 直交位相検波器、17 A／D変換器、18 光ディスク、19 磁気ディスク、20 ディスプレイ、21 入力装置、51 サーミスタ、52 高周波フィルタ(RFチョーク)、53 判定部(シュミット・トリガ回路)、53a コンパレータ、53b 可変抵抗、54 可変抵抗、55 固定抵抗、56 バイパスキャパシタ、57 ケーブル(ツイストペアケーブル)、58 高周波磁場発生部(高周波コイル)、59 検出回路、60 ラック

Claims (16)

1. 撮像空間に静磁場を印加する静磁場発生部と、前記静磁場発生部よりも前記撮像空間側に配置された高周波磁場発生部と、前記高周波磁場発生部と前記撮像空間の間に配置され、被検体が配置される空間を形成するボア壁と、前記ボア壁の温度が所定温度を超えているかどうかを判定する温度判定部とを有し、
   前記温度判定部は、サーミスタと、前記サーミスタに接続され、前記サーミスタの電気抵抗値に対応した電圧信号を得て、前記電圧信号の判定を行う検出回路とを含み、
   前記検出回路は、ヒステリシス特性をもつ判定回路を備え、前記判定回路は、前記ボア壁の温度が上昇し、前記電圧信号が、第1の温度に対応する電圧値より高温側の電圧値に到達した場合は、前記所定温度を超えた異常状態と判定し、その後前記ボア壁の温度が下降し、前記第1の温度よりも低温の第2の温度に対応する電圧値よりも低温側の電圧値に達したならば、前記所定温度以下の正常状態と判定す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において、前記判定回路は、シュミット・トリガ回路であ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において、前記検出回路は、前記第1の温度に対応する電圧値、および、前記第2の温度に対応する電圧値のうち少なくとも一方を可変にする可変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。
4. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記サーミスタは、前記ボア壁または前記高周波磁場発生部に接触する位置に配置され、前記検出回路は、前記被検体が配置される空間の外側に配置され、
   前記サーミスタと前記検出回路とは非磁性材料のケーブルによって接続され、前記ケーブルの少なくとも一部には、前記高周波磁場発生部が発生する高周波磁場の波長の1／8以下の間隔で高周波フィルタが配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記サーミスタは、前記高周波磁場発生部の外周面に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波フィルタは、インダクタ、または、インダクタとキャパシタとの共振回路であり、非磁性材料によって形成されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波フィルタは、前記高周波磁場発生部が配置されている領域内の前記ケーブルに前記間隔で配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ケーブルは、ツイストペアケーブルであることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ケーブルは、同軸ケーブルであることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
10. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ケーブルは、前記ボア壁よりも前記静磁場発生部側に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
11. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記サーミスタは、前記ボア壁の前記撮像空間側の面に取り付けられ、前記サーミスタに接続されたケーブルは、前記ボア壁に設けられた貫通孔を介して、前記ボア壁よりも前記静磁場発生部側に引き込まれていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
12. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波磁場発生部は、導体と、前記導体を支持する円筒体とを含み、前記ボア壁は、前記円筒体を兼用し、
    前記ケーブルは、前記高周波磁場発生部の外周側に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
13. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波磁場発生部は、バードケージコイルであることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
14. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ボア壁で囲まれた空間は、断面が楕円形であり、前記サーミスタは、前記楕円形の長径方向の前記ボア壁に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
15. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波磁場発生部の高周波の発生を制御し、所定の撮像を実行させる制御部をさらに有し、前記制御部は、前記判定回路が前記異常状態と判定した場合には、前記撮像の実行を停止させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
16. 撮像空間に静磁場を印加する静磁場発生部と、前記静磁場発生部よりも前記撮像空間側に順に配置された傾斜磁場発生部および高周波磁場発生部と、前記高周波磁場発生部と前記撮像空間の間に配置され、被検体が配置される空間を形成するボア壁と、
    前記傾斜磁場発生部の温度が所定温度以下であるかどうかを判定する温度判定部とを有し、
    前記温度判定部は、サーミスタと、前記サーミスタに接続され、前記サーミスタの抵抗変化を電圧信号として取得し、前記電圧信号の判定を行う検出回路とを含み、
    前記検出回路は、ヒステリシス特性をもつ判定回路を備え、前記判定回路は、前記電圧信号が、第1の温度に対応する電圧値より高温側の電圧値に到達した場合は、前記所定温度を超えたと判定し、その後、前記第1の温度よりも低温の第2の温度に対応する電圧値よりも低温側の電圧値に達したならば、前記所定温度以下であると判定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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