JP2007098150A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気共鳴映像装置の傾斜磁場コイルの発熱状態を予知し発熱による故障を未然
に防止する。
【解決手段】 本発明は、プロトコルに対応する傾斜磁場生成用電流波形に基づいて傾斜
磁場を形成する傾斜磁場コイルを備え、被検体の画像を撮像する磁気共鳴映像装置におい
て、入力された複数のプロトコルに基づいて傾斜磁場コイルから発生すると予想される熱
量を計算し、予想熱量が傾斜磁場コイルにおける許容熱量の閾値より大きい場合、複数の
プロトコルの実行順序を変更可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁気共鳴映像装置に係り、傾斜磁場コイルにおける発熱の状態を予測する機能
を有した磁気共鳴映像装置に関する。

磁気共鳴イメージング法は、静磁場中に置かれた被検体組織の原子核スピンに対して、
そのラーモア周波数をもつ高周波信号で励起し、この励起に伴って発生する磁気共鳴信号
から画像を再構成する画像診断法である。
磁気共鳴映像装置では強力な静磁場中に置かれた傾斜磁場コイルに、大きなパルス電流
が供給されるため、この傾斜磁場コイルに機械的な歪が発生する。この歪のため、画像撮
影中に発生する大きな騒音は被験者に苦痛を与えてきた。しかしながら、近年ではこの傾
斜磁場コイルを真空構造で囲む静音化の技術が開発され、上記の騒音問題は解消されつつ
ある。
一方、磁気共鳴映像装置ではＭＲ信号の空間的符号化を行うために、立ち上がりおよび
立ち下がり時間が数百マイクロ秒で１００Ａ〜２００Ａのパルス電流を傾斜磁場コイルに
供給する必要があり、この高速大電流のパルス電流のために傾斜磁場コイルは大きな熱の
発生源となる。

この傾斜磁場コイルに発生する熱に対して従来は空冷法と水冷法を併用してこれを排除
してきた。しかしながら傾斜磁場コイルを真空の容器によって囲う真空技術の導入により
、傾斜磁場コイルに発生した熱の排除は空冷法による伝導、対流のいずれにおいても困難
となり、水冷法のみに依存するようになってきた。

最近では傾斜磁場電源の改良によりエコープラナー法などの高速撮影法が実用化されて
きている。この高速撮影法において傾斜磁場コイルに要求される強い傾斜磁場や速いスイ
ッチングスピードを確保するために、傾斜磁場電源より傾斜磁場コイルに供給される電流
量が増加し、これに伴なって外部への漏洩磁界も増加しつつある。この漏洩磁界の低減対
策として各傾斜磁場コイルに隣接したコイルに傾斜磁場コイルの電流とは逆向きの電流を
流すアクティブシールド法や鉄板を使用した遮蔽法が一般に行われている。

しかしながら、傾斜磁場コイルに隣接した遮蔽板には傾斜磁場からの磁界による渦電流
が発生しこれが新たな発熱の原因となるのみならず、傾斜磁場コイルの周囲の空きスペー
スをより狭くすることが発熱対策をさらに困難なものにしている。ところで傾斜磁場コイ
ルの発熱を小さくするためにはコイルの線径を太くし電気抵抗を下げることが有効であり
、一方、水冷法における放熱効率を上げるためには冷水管を太くし、単位時間当たりの流
量を多くすることが望ましい。しかしながら傾斜磁場コイル周囲の狭い空きスペースは冷
水管の内径やコイルの線径を太くすることを困難にしており、ハードウエアによる対策は
コストパフォーマンス的に限界にきている。

一方、上記の理由により十分な冷却性能が得られない傾斜磁場コイルにおいてはその温
度を常に監視し、万一、許容値以上の温度に至る可能性のある場合には撮影を中断しなく
てはならない。従来行なわれてきた傾斜磁場コイルでの温度監視はコイルを含浸している
樹脂の表面に取り付けられた熱電対が使用されてきたが、この樹脂は電気絶縁特性に優れ
るものの熱伝導度が低いため、実際のコイルにおける発熱温度が熱電対に到達するまでに
数十秒の時間を要した。すなわちこの時間差のためにコイルの温度上昇に気づく前に装置
を故障に至らしめる場合があった。
特開平１０−７１１３２号公報 特開２０００−２３９３９号公報 特開平６−２９２６６２号公報 特開平８−５６９１７号公報

本発明は、上記のように傾斜磁場コイルの性能を十分出しきる状態において発生する熱
に対して、これを冷却するための十分な冷却性能をもった水冷システムの実現が困難なこ
とと、傾斜磁場コイルにおける温度上昇を即座に検知する手段がないという従来の問題点
を解決するためになされたものであり、その目的は傾斜磁場コイルにおける温度上昇を予
知する機能を有する磁気共鳴映像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、プロトコルに対応する傾斜磁場生成用
電流波形に基づいて傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイルとを備え、被検体の画像を撮像す
る磁気共鳴映像装置において、撮像に用いる複数のプロトコルを入力するための入力手段
と、前記入力手段により入力された複数のプロトコルに基づいて前記傾斜磁場コイルから
発生すると予想される熱量を取得する熱量計算手段と、この熱量計算手段で得られた予想
熱量が前記傾斜磁場コイルにおける許容熱量の閾値より大きい場合、前記入力手段により
入力された複数のプロトコルの実行順序を変更可能とする手段とを備えたことを特徴とす
る。
また請求項５の発明は、プロトコルに対応する傾斜磁場生成用電流波形に基づいて傾斜
磁場を形成する傾斜磁場コイルとを備え、被検体の画像を撮像する磁気共鳴映像装置にお
いて、プロトコルを入力するための入力手段と、前記傾斜磁場コイルの温度を測定する温
度計測手段と、前記入力手段により入力されたプロトコル及び前記温度計測手段により測
定された前記傾斜磁場コイルの温度に基づいて、前記傾斜磁場コイルから発生すると予想
される予想熱量を計算する熱量計算手段と、とを備えたことを特徴とする。

以上述べたように本発明によれば、発熱が原因で生ずるＭＲＩ撮影の中断や発熱による
装置の故障を未然に防止することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１〜図６において本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は磁気共鳴映像
装置全体の概略構成を示すブロック図である。

この磁気共鳴映像装置は、静磁場を発生させる静磁場発生部１と、静磁場に撮像断面の
位置情報を付加するための傾斜磁場発生部２と、この傾斜磁場発生部２に生ずる発熱を除
去する冷却システム１０と、この傾斜磁場発生部２の熱量を計算する熱量計算部９と、Ｒ
Ｆパルス信号を送受信する送受信部３と、システム全体の制御を行う制御部４と、画像再
構成と画像の保存を行う再構成演算・記憶部５と、被検体１１を載せる寝台８と、入力部
２２および表示部２１を備えている。
静磁場発生部１は、例えば超電導磁石である主磁石１３と、この主磁石１３に電流を供
給する静磁場電源２６を備え、被検体１１の周囲に強力な静磁場を形成する。

傾斜磁場発生部２は互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ軸方向の傾斜磁場コイル系１４とこれ
らのコイル系に電流を供給する傾斜磁場電源２５およびシールド磁場電源３０とを備えて
いる。

図１の傾斜磁場コイル系１４の太枠内の部分の拡大図を図２に示す。傾斜磁場コイル系
１４は２枚のフレキシブルなプリント基板３５およびプリント基板３７が樹脂３４を挟ん
で配置され、その表面も樹脂３６と樹脂３８によって覆われている。一方、プリント基板
３７の表面には傾斜磁場コイル３１が配線されており、これらは傾斜磁場電源２５に接続
され、またこの傾斜磁場コイル３１の温度を測定する温度センサ３９が樹脂３８の表面に
装着されている。一方プリント基板３５にはシールド磁場コイル３２が配線され、このシ
ールド磁場コイル３２はシールド磁場電源３０に接続されている。また樹脂３４には傾斜
磁場コイル３１の発熱を抑えるための冷水管３３が埋め込まれている。さらに傾斜磁場コ
イル３１からの漏洩磁場を遮蔽するためのシールド板４１が上記プリント基板３５と並行
して設置されている。

傾斜磁場電源２５には、制御部４のシーケンス制御回路２４によって傾斜磁場信号が供
給され、被検体の置かれた空間の符号化が行なわれる。すなわち、この信号に基づいて傾
斜磁場電源２５からＸ，Ｙ，Ｚ軸傾斜磁場コイル系１４の傾斜磁場コイル３１に供給され
るパルス電流を制御することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の傾斜磁場は合成され、互いに直
交するスライス方向傾斜磁場Ｇｚ、位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｘ、および周波数エン
コード方向傾斜磁場Ｇｙを任意に設定することが可能となる。

なお各方向の傾斜磁場は静磁場に重畳され被検体に加えられる。シールド磁場電源３０
は傾斜磁場コイル３１から被検体に対して反対方向、すなわち外側方向に発生する磁界を
打ち消し合うために所定のパルス電流をシールド磁場コイル３２に供給する。

冷却システム１０と傾斜磁場コイル系１４の冷水管３３とは冷却パイプ４０によって結
ばれており、傾斜磁場コイル３１で発生した熱は冷却管３３および冷却パイプ４０の内部
を流れる水などの冷却液によって冷却される。また傾斜磁場コイル系１４によって暖めら
れた冷却液は冷却システム１０に運ばれて所定の温度に冷却され、再び傾斜磁場コイル系
１４に供給される。

熱量計算部９は、傾斜磁場コイル３１を覆う樹脂３８の表面に装着された温度センサ３
９からのアナログ信号を処理してデジタル信号に変換する温度検出器２８と、この傾斜磁
場コイル３１の温度の値と、傾斜磁場コイル３１に供給される電流波形から傾斜磁場コイ
ル３１の残留熱量を計算する熱量演算回路２９を備えており、さらに傾斜磁場コイル３１
の許容熱量、電流波形、実測温度などの残留熱量の計算に必要なデータや熱量計算結果を
記憶する熱量記憶回路２７を備えている。

送受信部３は、被検体にＲＦパルスを照射するための照射コイル１５、およびＭＲ信号
を受信し信号検出するための受信コイル１６が収納され、これらコイルに接続された送信
器１７および受信器１８を有する。ただし照射コイル１５と受信コイル１６は図１のよう
に分離される場合が多い。

送信器１７は後述のシーケンス制御回路２４によって制御される。主磁石１３の静磁場
強度によって決定される磁気共鳴周波数と同じ周波数をもち、選択励起波形で変調された
ＲＦパルス電流によって照射コイル１５を駆動し、被検体内にＲＦパルスを照射する。受
信器１８は受信コイル１６によってＭＲ信号として受信した信号に対して中間周波変換、
位相検波、さらにはフィルタリングなどの信号処理を行ったのちＡ／Ｄ変換を行う。

制御部４は主制御回路２３とシーケンス制御回路２４を備えている。主制御回路２３は
ＣＰＵおよび記憶回路を備えており、装置全体を統括して制御する機能を有しているが、
とくにシーケンス制御回路２４にパルスシーケンスの情報（例えば傾斜磁場コイル３１や
照射コイル１５に印加するパルス電流の強度、印加時間、印加タイミングなどに関する情
報）を送る機能を持っている。また熱量計算部９にて計算された傾斜磁場コイル３１にお
ける発熱量のデータの表示部２１への表示や、この発熱量の値が予め設定した大きさを超
えた場合の警報や撮影の中断などの制御を行う。

シーケンス制御回路２４はＣＰＵおよび記憶回路を備えており、主制御回路２３から送
られてきたパルスシーケンス情報を記憶し、この情報にしたがって傾斜磁場電源２５、送
信器１７、受信器１８を制御する。

再構成演算・記憶部５は再構成演算回路１９と記憶回路２０を備えている。再構成演算
回路１９は受信器１８が出力し、シーケンス制御回路２４を介して送られてくるＭＲ信号
を２次元フーリエ変換し、実空間の画像データ（ＭＲ画像）に再構成する。

記憶回路２０は再構成演算回路１９によって画像再構成を行って得られたＭＲＩ画像を
記憶するための記憶回路である。寝台８は被検体１１を体軸方向に移動させることが可能
であり、主磁石１３の開口部に挿入可能な構造になっている。

入力部２２では操作卓上に各種のスイッチやキーボード、表示パネル、マウスなどが備
えられており、この入力部２２にて操作者は患者ＩＤやスタディデータを入力し、またプ
ロトコルの設定を行う。さらに撮影の開始、機構部の移動などの指示もこの入力部２２に
て行われる。これらの制御信号は主制御回路２３を介して各ユニットに送られる。

表示部２１はＴＶモニタとこのモニタに表示されるために各ユニットから送られてくる
信号をＴＶフォーマットの信号に変換する変換機能を備え、再構成されたＭＲ画像を表示
するとともに傾斜磁場コイル３１における残留熱量の予測情報が表示される。

以下に図３〜図６を用いて第１の実施の形態について説明する。図３は本発明の第１の
実施の形態における撮影手順のフローチャートを示す。

まず装置の出荷時もしくは据え付け時にメーカのフィールドエンジニアは傾斜磁場コイ
ル３１における許容熱量を設定し、この設定値を熱量計算部９の熱量記憶回路２７に保存
する。許容熱量には警告レベルＱａｒとアボートレベルＱａｂがある。警告レベルは操作
者に対し傾斜磁場コイル３１における残留熱量が許容される熱量に対して余裕の無いこと
を警告するのみであるが、アボートレベルは撮影を継続した場合には発熱が装置の故障に
繋がる可能性があるため、撮影対象（スタディ）や撮影単位（プロトコル）の変更が必要
であることを知らせるためのものである（ステップＳ１）。ただしこの設定は一旦行えば
変更する必要はほとんど無い。

なお、本明細書では、一つのパルスシーケンスからなる撮影単位を「プロトコル」、被
検体ごとの一連の撮影の流れに対応するプロトコルの集合を「スタディ」と定義する。

次に傾斜磁場コイル３１の近傍に装着された温度センサ３９は撮影直前の傾斜磁場コイ
ル３１の温度を計測する。この場合、温度センサ３９として熱電対もしくはサーミスタな
どの半導体素子が用いられる。操作者は入力部２２の操作により撮影のための設定開始を
指示すると、温度センサー３９から温度検出器２８へ温度データが取り込まれる。このと
き測定される温度は前の被検者のＭＲＩ撮影における残存熱量の影響を示すものであり、
以下に述べる当該被検者における傾斜磁場コイル３１の残留熱量計算において初期値とし
て用いられる。熱量計算部９の温度検出器２８は温度センサ３９によって測定された温度
データをデジタル信号に変換し、熱量計算部９の熱量記憶回路２７に一旦保存する。(ス
テップＳ２)。

次に操作者は入力部２２より患者ＩＤを入力するとともにスタディの仮設定を行う。Ｍ
ＲＩ撮影におけるスタディとしては後述するように腹部一般撮影、心臓特殊撮影、頭部一
般撮影、頭部特殊撮影などがある。例えば頭部一般撮影が必要とされる被検者の患者ＩＤ
とプロトコルを入力部２２より入力することによって主制御回路２３はその被検者のため
の頭部一般撮影用プロトコル（撮影方法）を準備する。（ステップＳ３）。

操作者は頭部一般撮影の仮設定によって主制御回路２３で準備された数種類のプロトコ
ルに対して、その順番の仮設定（選択）を行う。頭部一般撮影のプロトコルとしてはＴ２
強調のＦＳＥ（Ｆast spin echo）法やＴ１強調のＳＥ（spin echo）法や３次元ＭＲ
アンギオさらにはＥＰＩ（echo planar imaging）法などがあるが、各々の撮影に要す
る時間や電流の大きさやパルス密度は異なるため、その撮影時に傾斜磁場コイル３１に発
生する熱量も異なる。ここでは（１）ＦＳＥ、（２）ＳＥ、（３）ＭＲＡ、（４）ＥＰＩ
の撮影順序が入力部２２において操作者により入力され、主制御回路２３の記憶回路に保
存されて仮設定される（ステップＳ４）。

上記プロトコルの設定が終了すると、主制御回路２３は操作者によって最初のプロトコ
ルとして設定されたＦＳＥのプロトコル情報を主制御回路２３の記憶回路から読み出し、
ＦＳＥパルスシーケンスの情報に変換してシーケンス制御回路２４に送る。シーケンス制
御回路２４は傾斜磁場コイル３１に供給されるパルス電流波形信号を形成し、熱量計算部
９における熱量記憶回路２７に保存する。熱量演算回路２９は、熱量記憶回路２７におい
て既に保存されている撮影直前における傾斜磁場コイル３１の温度と上記傾斜磁場コイル
３１に供給される電流波形信号とから傾斜磁場コイル３１に発生する熱量の計算を開始す
る（ステップＳ５）。以下にその計算方法を述べる。

傾斜磁場コイル３１において発生する熱量として、（１）傾斜磁場コイル３１の電気抵
抗にて消費されるエネルギーに起因して傾斜磁場コイル３１の巻線自体に発生する熱量（
Ｊ）と、（２）傾斜磁場コイル３１から発生する磁界の時間的変化により、その近傍に取
り付けられたシールド板４１に発生する渦電流が原因となって発生する熱量（Ｋ）とに分
類される。

ここで、傾斜磁場電源２５から３つの傾斜磁場コイル３１に供給されるパルス電流の波
形をそれぞれＡｘ（ｔ）、Ａｙ（ｔ），Ａｚ（ｔ）とすれば、それぞれの３つの傾斜磁場
コイル３１は独立と考えることができるため、傾斜磁場コイル３１自身から発生する熱量
Ｊ（ｔ）は

で示される。ただしＣｘ，Ｃｙ，Ｃｚは電気抵抗（すなわちコイルの電気的抵抗成分）と
熱輸送おける熱抵抗成分に依存する。電気抵抗は導体部分の絶対温度（Ｔ）に比例して増
加し、チャンネルにより異なるが100〜300mΩである。熱抵抗成分は銅の熱伝導率（約360
W/m・K）や含浸樹脂の熱伝導率（0.2W/m・K）によって極端に異なり、これらによって重
層的に構成されていることから実験もしくは計算機シミュレーションによって求められる
。このような方法によって得られる常温（Ｔ０）でのＣｘ（Ｔ０），Ｃｙ（Ｔ０），Ｃｚ
（Ｔ０）は、装置の出荷時において熱量計算部９の熱量記憶回路２７に予め保存されてい
る。

従ってシーケンス制御回路２４より熱量演算回路２９に上記Ａｘ（ｔ），Ａｙ（ｔ），
Ａｚ（ｔ）が入力されれば上記（１）式は計算可能である。

一方、シールド板４１における渦電流によって発生する熱量Ｋ（ｔ）は

で示すことができる。ただしｄｘ、ｄｙ、ｄｚは熱輸送に関する抵抗成分であり、ｆｘ、
ｆｙ、ｆｚは傾斜磁場波形を入力としてＲＦシールドの減衰時定数τにて規定された渦の
強度を示したものであり、詳細は特許第３１１０１１５号公報に記載されている。

上記（１）式および（２）式で示される各々の熱量は独立であると考えられるから傾斜
磁場コイル３１において発生する熱量Ｑ１（ｔ）は

となる。一方、撮影直前に温度センサ３９によって測定された傾斜磁場コイル３１の温度
をＴｏとすれば傾斜磁場コイル３１の初期熱量Ｐoは

となる。ただしＳは傾斜磁場コイル３１の熱容量である。熱容量は概ね含浸する樹脂の比
熱（約1.4kJ/kg・K）や線材として用いる銅の比熱（0.385kJ/kg・K）のそれぞれの構成重
量から予め計算することが出来る。

図４は傾斜磁場コイル３１に与えられる電流波形を模式的に示したものであり、計算に
用いる電流データはΔｔ間隔でＪ回のサンプリングによって得られる。

ここで傾斜磁場コイル３１の電流波形Ａ（ｔ）をΔｔ間隔でサンプリングして以下の計
算を行う場合、撮影開始からΔｔ後の傾斜磁場コイル３１における残留熱量Ｑｏ（Δｔ）
と温度Ｔ（Δｔ）は冷却システム１０による効果を無視すれば近似的に

で示される。

冷却システム１０の入力端の冷却液温度をＴin（Δｔ）、出力端の冷却液温度をＴout
（Δｔ）とすればＴin(Δｔ)＝Ｔ(Δｔ)であり、またＴout（ｔ）は冷却システム１０の
仕様によって決定され、通常は一定値（Ｔｃとする）である。従って、この冷却システム
１０によって排除される熱量Qｆ（Δｔ）は

となる。ただしｋはΔｔの時間内に冷却パイプ４０を流れる冷却液の量と比熱によって決
定される定数であり、いずれも冷却システム１０の仕様によって一義的に決定される。

２Δｔ後の傾斜磁場コイル３１における残留熱量Ｑｏ（２Δｔ）は近似的にはΔｔでの
残留熱量Ｑｏ（Δｔ）（（５）式）から冷却システム１０によって排除された熱量Ｑｆ（
Δｔ）（上記（６）式）を除いたものに２Δｔ後の新たに発生した熱量Ｑ１（２Δｔ）を
加えたものとなる。すなわち

同様にして３Δｔ後の残留熱量Ｑｏ（３Δｔ）は

となり、このようにしてＱｏ（４Δｔ）以降についても順次計算することが可能となる。

熱量演算回路２９に備えられたＣＰＵは上記の計算を繰り返し行い、その結果得られる
残留熱量Ｑｏ（Δｔ）〜Ｑｏ（ＪΔｔ）の計算結果を熱量演算回路２９を介して熱量記憶
回路２７に一旦保存し、さらにこれらの計算結果を、熱量記憶回路２７に既に記憶されて
いる警告レベルＱａｒおよびアボートレベルＱａｂとともに主制御回路２３を介して表示
部２１に表示する。

この場合Ｊ個の計算結果の中で最大値のみを表示してもよいが、後述するように残留熱
量の時間的変化をグラフとして表示した方が途中経過を知ることができ望ましい（ステッ
プＳ６）。
さらに、熱量演算回路２９のＣＰＵは上記計算によって得られた傾斜磁場コイル３１の
残留熱量Ｑｏ（Δｔ）〜Ｑｏ（ＪΔｔ）と上記警告レベルやアボートレベルとの比較を行
い、その結果を表示部２１に表示する。

熱量演算回路２９のＣＰＵは熱量記憶回路２７に保存されている傾斜磁場コイル３１の
残留熱量Ｑｏ（Δｔ）〜Ｑｏ（ＪΔｔ）を読み出し、その最大値Ｑmaxを検出する（ステ
ップＳ７）。さらに熱量記憶回路２７からアボートレベルＱａｂを読み出し、Ｑmaxとア
ボートレベルＱabとの比較を行う（ステップＳ８）。比較の結果、ＱmaxがＱab以下の場
合はさらに熱量記憶回路２７に保存されている警告レベルＱarと比較し（ステップＳ９）
、Ｑar以下の場合は予め設定したスタディおよびプロトコルによる撮影の実行が可能であ
ることを主制御回路２３を介して表示部２１に表示して撮影前の熱量予測を終了し、操作
者からの撮影開始の指示を待つ（ステップＳ１１）。

またＱmaxがＱarを超える場合、熱量演算回路２９は警告を主制御回路２３を介して表
示部２１に表示し（ステップＳ１０）、撮影前の熱量予測を終了する（ステップＳ１１）
。この警告表示は、計算によって得られる残留熱量と実際の撮影中における残留熱量との
間には多少の差異があるため、マージンを考慮して行われるものであり、警告表示がなさ
れた結果、実際の撮影を行うか否かの判断は操作者に委ねられる。
一方、ＱmaxがＱabを超える場合、操作者はプロトコルの順番あるいはプロトコルの間
隔の変更を行った後（ステップＳ１２）、ステップＳ５に戻って上記と同様な残留熱量の
計算を行う。

図５はプロトコル間に撮影停止時間を設定して最大残留熱量（Ｑmax）をアボートレベ
ル以下に抑えた例を模式的に示したものであり、図５（ａ）は頭部一般撮影におけるプロ
トコルをＦＳＥ（Ｔ２強調）、ＳＥ（Ｔ１強調）、ＭＲアンギオ（３次元）、ＥＰＩの順
番で設定した場合を示す。また各プロトコルの横幅は撮影時間の長さを、高さは傾斜磁場
コイル３１に供給される電流の大きさを示している。

一方、図５（ｂ）は傾斜磁場コイル３１における残留熱量の時間的変化を示している。
最初のプロトコルの順番設定においてＭＲアンギオの撮影に引き続きＥＰＩ撮影を設定し
て残留熱量計算を行った結果、ＥＰＩ撮影終了時点でアボートレベルを超えるため、ＭＲ
アンギオ撮影終了時点で撮影を一旦休止し、Δα後に再開することによって残留熱量をア
ボートレベル以下に抑えることが可能となる場合である。

図６は図５と同様に、頭部一般撮影においてプロトコルの順番を入れ替えることによっ
て最大残留熱量をアボートレベル以下に抑えた例を模式的に示すものであり、図６（ａ）
はプロトコルの順序を、また図６（ｂ）はそのときの傾斜磁場コイル３１の残留熱量を示
す。図６（ａ）は図５（ａ）で示したプロトコルの順番に対してＳＥ（Ｔ１強調）とＭＲ
アンギオ（３次元）の撮影順序を操作者が入れ替えることによって残留熱量をアボートレ
ベル以下に抑えることが可能となる。

このようにして装置の熱量演算部２９が行った傾斜磁場コイル３１の発生熱量の予測計
算結果がアボートレベルを超えた場合、操作者は入力部２２においてプロトコルの順番の
入れ替えやプロトコル間での撮影停止時間の再設定を行う。

但し、プロトコルの入れ替えや停止時間の再設定を熱量計算部９の計算結果に基づき自
動的に行ってもよいが、この再設定の最終的な決定は操作者の指示に従うことが望ましい
。プロトコルの再設定の結果、相変わらず計算結果をアボートレベル以下に抑えることが
出来ない場合、操作者は入力部２２においてスタディを入れ替えて残留熱量の再計算を行
う（ステップＳ１３）。

操作者は入力部２２より別の被検者の患者ＩＤを入力するとともにその被検者のスタデ
ィ（例えば腹部一般撮影）の再設定を行う。この患者ＩＤとプロトコルを入力部２２より
入力することによって主制御回路２３はその被検者のための腹部一般撮影用のプロトコル
を準備する。操作者は腹部一般撮影の仮設定によって主制御回路２３で準備された数種類
のプロトコルに対して、その順番を入力部２２から入力し、主制御回路２３の記憶回路に
保存して仮設定の変更を行う。
図７はスタディの順番を入れ替えることによって最大残留熱量をアボートレベル以下に
抑えた例を模式的に示すものであり、図７（ａ）はスタディの順序をまた図７（ｂ）はそ
のときの傾斜磁場コイル３１の残留熱量の時間的変化を示す。最初の被検者が腹部一般撮
影、２番目の被検者が心臓特殊撮影、以下頭部特殊撮影、頭部一般撮影の順番で最初のス
タディが設定された場合において、傾斜磁場コイル３１の残留熱量（図７（ｂ）に破線で
示す）が頭部特殊撮影の終了時点でアボートレベルを超えたため、頭部一般撮影と頭部特
殊撮影の順序を入れ替えることによって最大残留熱量をアボートレベル以下に抑えている
。

以上述べた本発明の第１の実施の形態によれば撮影前に傾斜磁場コイル３１における残
留熱量を計算から予め知ることが可能となり、またこの残留熱量を常にアボートレベル以
下に維持するためのスタディやプロトコルの設定が容易に可能となるため、発熱が原因で
生ずるＭＲＩ撮影の中断や発熱による装置の故障を撮影前の段階において未然に防止する
ことが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に図８および図９を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。

但し、図８（ａ）はプロトコルの順序、図８（ｂ）は傾斜磁場コイル３１の残留熱量曲線
である。

本実施の形態は撮影中において第１の実施の形態で示した計算方法とほぼ同様な方法に
基づいて傾斜磁場コイル３１の残留熱量の計算を行うものであり、撮影中に行われる傾斜
磁場コイル３１の温度の実測における問題点に対してなされるものである。

既に述べたように、従来行なわれてきた傾斜磁場コイル３１での温度計測はコイルを含
浸している樹脂３８の表面に熱電対を装着して行ってきた。しかしながら、この樹脂３８
は熱伝導度が低いため、実際のコイル温度が熱電対に到達するまでに数十秒、すなわち１
プロトコルの撮影に要する時間と同程度の時間を要した。このため計測される傾斜磁場コ
イル３１の温度と実際の温度との間には大きな時間的なズレが生じ、この測定遅延のため
操作者は傾斜磁場コイル３１の熱上昇に気づくことが遅れ、装置故障を引き起こす場合が
あった。

図８のフローチャートにおいて、まず装置の出荷時もしくは据え付け時にメーカのフィ
ールドエンジニアは許容熱容量（アボートレベル）Ｑａｂを設定し、この設定値を主制御
回路２３を介して熱量計算部９の熱量記憶回路２７に記憶する（ステップＳ２０）。

操作者はスタディとプロトコルについても入力部２２において設定し、主制御回路２３
を介して熱量計算部９の熱量記憶回路２７に記憶する。ここでは第１の実施の形態で述べ
た頭部一般撮影のスタディにおいて、最大残留熱量が許容値以下になることが計算によっ
て予知されたプロトコルの順序と同様のＴ２強調のＦＳＥ、３次元ＭＲアンギオ、Ｔ１強
調のＳＥ、ＥＰＩの順に設定する（ステップＳ２１〜Ｓ２２）。
次に傾斜磁場コイル３１の近傍に装着された温度センサ３９は撮影直前の傾斜磁場コイ
ル３１の温度を計測する。この場合も温度センサ３９として熱電対もしくはサーミスタ等
の半導体素子が使用される。熱量計算部９の温度検出器２８は温度センサ３９によって得
られた撮影直前の温度をデジタル信号に変換し熱量記憶回路２７に一旦保存する(ステッ
プＳ２３)。

以上の撮影前の条件設定が終了した時点で操作者は撮影開始コマンドを入力部２２にお
いて入力し（ステップＳ２４）、ＭＲＩ撮影と傾斜磁場コイル３１における熱量計算を並
行して行う。（ステップＳ２５、ステップＳ２６）。すなわち入力部２２は入力された上
記のプロトコル情報を主制御回路２３に送り、主制御回路２３はこのプロトコル情報をパ
ルスシーケンスの情報（例えば傾斜磁場コイル３１や照射コイル１５に印加するパルス電
流の強度、印加時間、印加タイミングなどに関する情報）に変換してシーケンス制御回路
２４に送る。このシーケンス制御回路２４は傾斜磁場電源２５や送信器１７および受信器
１８に対してパルスシーケンス制御信号を送る。
傾斜磁場電源２５はパルスシーケンス制御信号に従って、３つの傾斜磁場コイル３１に
供給されるパルス電流を設定し、スライス、位相エンコード、読み出しの各方向の傾斜磁
場強度を設定する。同様にして、送信器１７は照射コイル１５に供給するＲＦパルスの周
波数および位相について設定する。

次に、制御部４のシーケンス制御回路２４はその制御信号によって傾斜磁場発生部２を
構成する３つの傾斜磁場電源２５を駆動し、傾斜磁場電源２５はパルス電流を傾斜磁場コ
イル３１に供給する。一方、シーケンス制御回路２４の制御に従って送受信部３の送信器
１７はＲＦパルス電流を照射コイル１５に供給する。

ＲＦパルス電流は主磁石１３の静磁場強度によって決定される磁気共鳴周波数と同じ周
波数をもち選択励起波形で変調されている。コイル１５にＲＦパルス電流が供給されるこ
とにより被検体１１にＲＦパルスが照射され、このＲＦパルスの照射によって被検体１１
の体内で発生するスピンエコー信号は、送受信部３の受信コイル１６によってＭＲ信号と
して受信される。

受信器１８はＭＲ信号に対して中間周波変換や位相検波さらにはフィルタリングなどの
信号処理を行った後Ａ／Ｄ変換し、さらに再構成演算・記憶部５の記憶回路２０において
周波数空間の生データのまま保存される。

再構成演算・記憶部５の再構成演算回路１９は周波数空間に配置されたＭＲ信号に対し
て２次元フーリエ変換により画像再構成を行い、この画像データを記憶回路２０に一旦記
憶し、さらに主制御回路２３を介して表示部２１に表示する。このような動作を繰り返す
ことによって行われるＭＲＩ撮影と並行して、熱量計算部９の温度センサ３９は傾斜磁場
コイル３１における温度測定を所定の時間間隔で行い、その値は温度検出器２８を介して
熱量演算回路２９に送る。（ステップＳ２７）。

一方、シーケンス制御回路２４は傾斜磁場コイル３１に供給されるパルス電流の波形情
報を熱量演算回路２９へ送る。シーケンス制御回路２４には撮影が完了するまでの電流波
形情報が保存されており、この電流波形情報は熱量演算回路２９を介して熱量記憶回路２
７に保存する。従って熱量演算回路２９による残留熱量の計算はＭＲＩ撮影時に実際に行
う発熱測定より先行して行うことが可能である。熱量演算回路２９は温度センサ３９が所
定の時間間隔（Δｔ１）で実測定して得る傾斜磁場コイル３１の温度値と、シーケンス制
御回路２４から送られてくる傾斜磁場コイル３１の電流波形情報とから傾斜磁場コイル３
１に発生する熱量の計算を行う。（ステップＳ２５）。

以下にこのときの計算方法を述べる。ここで、傾斜磁場電源２５から３つの傾斜磁場コ
イル３１に供給されるパルス電流の波形をそれぞれＡｘ（ｔ）、Ａｙ（ｔ），Ａｚ（ｔ）
とすれば、傾斜磁場コイル３１自身から発生する熱量Ｊ（ｔ）は

で示され、シーケンス制御回路２４より熱量演算回路２９に上記Ａｘ（ｔ），Ａｙ（ｔ）
，Ａｚ（ｔ）が入力されれば上記（８）式は計算可能である。

一方、シールド板４１における渦電流によって発生する熱量Ｋ（ｔ）は一般に

で示すことができる。上記（９）式および（１０）式で示される各々の熱量は独立である
と考えられるから傾斜磁場コイル３１において発生する熱量Ｑ１（ｔ）は

となる。ここでｔ＝Δｔ１において温度センサ３９によって測定された温度をＴｏ（Δｔ
１）とすればこのときの傾斜磁場コイル３１における初期熱量Ｐo（Δｔ１）は

となる。傾斜磁場コイル３１の電流波形Ａ（ｔ）に対してｔ＝Δｔ１を始点としてΔｔ間
隔でサンプリングして以下の計算を行う場合、計算開始からΔｔ後の傾斜磁場コイル３１
における残留熱量Ｑｏ（Δｔ）と温度Ｔ（Δｔ）は冷却システム１０による効果を無視す
れば近似的に

で示される。

次に冷却システム１０の入力端の冷却液温度をＴin（Δｔ）、出力端の冷却液温度をＴ
out（Δｔ）とすればＴin(Δｔ)＝Ｔ(Δｔ)であり、またＴout（ｔ）は冷却システム１０
の仕様によって決定され、通常は一定値Ｔｃである。従って、この冷却システム１０によ
って排除される熱量Qｆ（Δｔ）は

となる。ただしｋはΔｔの時間内に冷水管３３を流れる冷却液の量と比熱によって決定さ
れる定数であり、いずれも冷却システム１０の仕様によって一義的に決定される。

次に、２Δｔ後の傾斜磁場コイル３１での残留熱量Ｑｏ（２Δｔ）はΔｔでの残留熱量
Ｑｏ（Δｔ）（上記（１３）式）から冷却システム１０によって排除された熱量Ｑｆ（Δ
ｔ）（上記（１４）式）を除いたものに、２Δｔ後の新たに発生した熱量Ｑ１（２Δｔ）
を加えたものとなる。すなわち

同様にして３Δｔ後の残留熱量Ｑｏ（３Δｔ）は

となる。同様にしてＱｏ（４Δｔ）以降についても順次計算することができる。

次に、Ｔ=２Δｔ１において温度センサ３９によって実測される傾斜磁場コイル３１の
温度Ｔｏ（２Δｔ１）が温度検出器２８を介して熱量演算回路２９に入力されたならば上
記の式（１２）および式（１３）のΔｔ１を２Δｔ１に換え、式（９）〜式（１６）の計
算をｔ＝２Δｔ１を始点とした時間軸（Δｔ、２Δｔ・・・・）で再計算を行う（ステッ
プＳ２８）。
しかしながら、従来傾斜磁場コイル３１における温度計測は傾斜磁場コイル３１を含浸
している樹脂３８の表面に熱電対を装着して行ってきたが、この樹脂３８は熱伝導度が低
いため、真の残留熱量が検出されるまでに数十秒程度の時間遅れが発生した。このため実
測値を初期値として用いて残留熱量を予測する場合には上記の時間遅れを補正する必要が
ある。

図９は頭部一般撮影をスタディとした場合を例に補正方法を示したものであり、図９（
ａ）はプロトコルの順序を、また図６（ｂ）はそのときの傾斜磁場コイル３１の熱量の実
測値（温度から換算）Ａ、補正前の計算値Ｂおよび補正後の計算値Ｃを示している。この
場合の温度計測の時間遅れΔβは実験的に求めることができ、この値は許容熱量と同様に
、装置の出荷時もしくは据え付け時にメーカのフィールドエンジニアによって設定され、
この設定値は熱量計算部９の熱量記憶回路２７に保存されている。

従って温度センサ３９はｔ＝ｎΔｔ１の最新実測値であるa点の値を温度検出器２８を
介して熱量演算回路２９に入力した場合、熱量演算回路２９はこの最新実測値を初期値と
して、熱量計算部９の熱量記憶回路２７に保存されている一連の傾斜磁場コイル電流波形
に対してΔβだけ遡って計算を実行する。このような演算を実施することによりΔβだけ
遡った補正前の計算値（ｂ点）はｃ点の値に補正されて残留熱量計算が実行される。なお
補正後の計算値Ｃが表示された時点で補正前の計算値Ｂは表示部２１から消去してもよい
。

熱量演算回路２９は上記の計算から得られる残留熱量Ｑｏ（Δｔ）〜Ｑｏ（ＪΔｔ）の
計算結果を熱量記憶回路２７に一旦保存し、さらにこれらの計算結果は、熱量記憶回路２
７に既に記憶されている警告レベルＱａｒおよびアボートレベルＱａｂとともに残留熱量
の時間的変化として主制御回路２３を介して表示部２１にて表示する。

熱量演算回路２９はΔｔ１間隔で実測される傾斜磁場コイル３１の温度を初期値とし、
上記計算式に基づいてΔｔ１間隔で残留熱量の予測計算を繰り返し行う。（ステップＳ２
８、ステップＳ３３）。その過程において、操作者は表示部２１に表示される傾斜磁場コ
イル３１の予想残留熱量を観測し、その値が予め設定したアボートレベルを超す可能性が
有る場合は撮影停止命令を入力部２２より入力する（ステップＳ２９）。

入力部２２はこの撮影停止命令を主制御回路２３に送り、主制御回路２３は傾斜磁場コ
イル３１へのパルス電流や照射コイル１５へのパルス電流を停止して撮影を中止させる。
（ステップＳ３０）。一方、ＭＲＩ撮影が終了した時点においても計算による予想熱量が
アボートレベルを超える可能性が無い場合、主制御回路２３は残留熱量の予測計算を終了
させる（ステップＳ３１〜Ｓ３２）。

以上述べた本発明の第２の実施の形態によれば、撮影中に行われる傾斜磁場コイル３１
の残留熱量計算は所定のタイミングで実測される傾斜磁場コイル３１の残留熱量で校正さ
れるため、計算結果だけが一人歩きすることなく精度のよい予測が可能となる。とくに温
度センサ３９における時間遅延の問題はこの計算結果によって補うことが出来るため、傾
斜磁場コイル３１での許容出来ない発熱に対しては故障に繋がる前に対応することが可能
となる。

以上、本発明の具体的な実施の形態について述べてきたが、上記の実施の形態に限定さ
れるものでは無く、変形して実施することが可能である。また表示部２１にて表示される
グラフは熱量について説明したが温度に換算して行ってもよい。さらに温度センサは熱電
対について示したがこれに限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態における磁気共鳴映像装置全体の概略構成を示す図。 本発明の傾斜磁場コイル系の横断面を示す図。 本発明の第１の実施の形態における計算手順フローチャートを示す図。 本発明の傾斜磁場コイルに供給される電流波形を示す図。 本発明の第１の実施の形態におけるプロトコルの休止と傾斜磁場コイルにおける熱量の変化を示す模式図。 本発明の第１の実施の形態におけるプロトコルの入れ替えと傾斜磁場コイルにおける熱量の変化を示す模式図。 本発明の第１の実施の形態におけるスタディの入れ替えと傾斜磁場コイルにおける熱量の変化を示す模式図。 本発明の第２の実施の形態における計算手順のフローチャートを示す図。 本発明の第２の実施の形態における熱量計算値の補正方法を示す図。

符号の説明

１…静磁場発生部
２…傾斜磁場発生部
３…送受信部
４…制御部
５…再構成演算・記憶部
１０…冷却システム
２１…表示部
２２…入力部
２７…熱量記憶回路
２８…温度検出器
２９…熱量演算回路
３１…傾斜磁場コイル
３３…冷水管
３９…温度センサ
４０…冷却パイプ

Claims (11)

1. プロトコルに対応する傾斜磁場生成用電流波形に基づいて傾斜磁場を形成する傾斜磁場コ
   イルを備え、被検体の画像を撮像する磁気共鳴映像装置において、
   撮像に用いる複数のプロトコルを入力するための入力手段と、
   前記入力手段により入力された複数のプロトコルに基づいて前記傾斜磁場コイルから発
   生すると予想される熱量を取得する熱量計算手段と、
   この熱量計算手段で得られた予想熱量が前記傾斜磁場コイルにおける許容熱量の閾値よ
   り大きい場合、前記入力手段により入力された複数のプロトコルの実行順序を変更可能と
   する手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
2. 前記傾斜磁場コイルの温度を測定する温度計測手段と、この温度計測手段により測定され
   た前記傾斜磁場コイルの温度から初期熱量を計算する手段をさらに備え、
   前記熱量計算手段はこの初期熱量を用いて前記発生予想熱量を求めることを特徴とする
   請求項１記載の磁気共鳴映像装置。
3. 前記傾斜磁場コイルを冷却するための冷却手段をさらに備え、前記熱量計算手段は、前記
   冷却手段によって排除される熱量を前記発生予想熱量から除いた残留熱量を求めることを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
4. 前記温度計測手段は、被検体を撮像する直前に前記傾斜磁場コイルの温度を測定すること
   を特徴とする請求項２又は請求項３記載の磁気共鳴映像装置。
5. プロトコルに対応する傾斜磁場生成用電流波形に基づいて傾斜磁場を形成する傾斜磁場コ
   イルを備え、被検体の画像を撮像する磁気共鳴映像装置において、
   プロトコルを入力するための入力手段と、
   前記傾斜磁場コイルの温度を測定する温度計測手段と、
   前記入力手段により入力されたプロトコル及び前記温度計測手段により測定された前記
   傾斜磁場コイルの温度に基づいて、前記傾斜磁場コイルから発生すると予想される予想熱
   量を計算する熱量計算手段と、
   とを備えたことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
6. 前記傾斜磁場コイルを冷却するための冷却手段をさらに備え、前記熱量計算手段は、前記
   冷却手段によって排除される熱量を前記発生予想熱量から除いた残留熱量を求めることを
   特徴とする請求項５記載の磁気共鳴映像装置。
7. 前記温度計測手段は、撮像中において傾斜磁場コイルの温度計測を所定の時間間隔で複数
   回行うことを特徴とする請求項６記載の磁気共鳴映像装置。
8. 前記温度測定手段の応答遅延量を予め記憶する手段を設け、前記熱量計算手段は、撮像中
   に前記温度計測手段および初期熱量計算手段によって傾斜磁場コイルの温度計測から求め
   られる熱量を初期値とし、前記温度が計測される時点から前記応答遅延量だけ遡った時点
   以降の電流波形を前記電流波形記憶手段から取り出し、熱量を計算することを特徴とする
   請求項７記載の磁気共鳴映像装置。
9. 前記表示手段は、前記熱量計算手段によって計算される傾斜磁場コイルの残留熱量と、前
   記温度計測手段によって撮像中に複数回計測して得られる傾斜磁場コイルの温度情報を時
   系列的なグラフとして比較表示することを特徴とする請求項７記載の磁気共鳴映像装置。
10. 第１の許容熱量の閾値を入力する閾値入力手段と、この閾値と前記残留熱量の計算結果を
    比較する手段を有し、前記残留熱量の計算結果が前記第１の許容熱量の閾値を越える場合
    は撮影を停止することを特徴とする請求項７記載の磁気共鳴映像装置。
11. 第２の許容熱量の閾値を入力する閾値入力手段と、この閾値と前記残留熱量の計算結果を
    比較する手段を備え、前記熱量計算手段によって求められた残留熱量が前記閾値入力手段
    によって設定された第２の許容熱量の閾値を超える場合は警告信号を前記表示手段によっ
    て表示することを特徴とする請求項６または７記載の磁気共鳴映像装置。

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