JP2007282860A

JP2007282860A - 磁気共鳴イメージング装置および方法

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Publication number: JP2007282860A
Application number: JP2006113820A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kose; 勝美巨瀬; Shinya Handa; 晋也半田; Masaru Yoshioka; 大吉岡; Tomoyuki Haishi; 智之拝師
Original assignee: University of Tsukuba NUC
Current assignee: University of Tsukuba NUC
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】手全体を一度に撮像でき、関節リウマチ診断に供する小型の局所的磁気共鳴イメージング装置および方法に関する。
【解決手段】静磁場に直交するｘ方向とｙ方向の勾配コイルにはターゲットフィールド法を適用し、静磁場と同方向のＺ方向の勾配コイルには遺伝的アルゴリズムを適用し、手全体を一度に撮像するのに必要十分な磁場均一領域を確保し、また手を撮像する際には、手の平および指を真直ぐ伸ばし、平面に規制して、撮像された画像の標準化や読影を容易にしたＲＡの診断に適した小型の局所的な磁気共鳴イメージング装置。
【選択図】図２

Description

この発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下「ＭＲＩ装置」ともいう。）およびイメージング方法に関し、詳しくは関節リウマチ診断に供する小型の局所的磁気共鳴イメージング装置および方法に関する。

関節リウマチ（Rheumatoid Arthritis: 以下「ＲＡ」という。）とは、原因不明の持続性の多発関節炎を特徴とし、軟骨や骨を破壊しつつ関節の変形をきたす疾患であり、治療が長期化し、また運動機能障害などによる介護等の必要性から、医療費総額は、癌や心筋梗塞などに匹敵し、さらに患者の苦痛は耐え難いものであり、ＲＡの克服は、社会的・経済的に極めて重要な課題となっている。

そして、ＲＡによる関節破壊は、発症後２年以内に急速に進行することから、早期に診断し、早期に治療を開始することが不可欠である。またＲＡの発症初期には、手の不特定な関節に症状が起きることが多く、このため手全体を小型のＭＲＩ装置で、簡易かつ安価に撮像して、早期診断を行うことが極めて重要であるが、現在は、全身用のＭＲＩ装置を使用して撮像し診断することが行われている。

一方、アメリカ・リウマチ学会(American College of Rheumatology :ＡＣＲ)では、全身用ＭＲＩに代わる手段として四肢用ＭＲＩが検討され、一部使用されている。

また、図１５は下記特許文献１示された従来例に係る局所的ＭＲＩ装置の全体構成図である。この従来例に係る局所的ＭＲＩ装置は、均一な静磁場の中に置かれた高周波コイル１４２中に、被写体Ｒの踵の端部より踵を挿入し、踵骨を含む断層面の核磁気共鳴画像を、骨粗鬆症診断のための基準試料と同時に、骨髄の緩和時間変化の影響が少ないパルスシーケンス（例えばスピン・エコー撮像シーケンス）で撮像するものであり、小型の装置で安価に、かつ楽な姿勢の撮像を可能とするものである。
特開２００２−５２００８号公報

しかしながら、現在使用されているＭＲＩ装置の多くは全身用であり、脳・心肺・腹部の撮像等に最適化されており、ＲＡの早期診断のための手の撮像には、装置が高価であることによる高額の撮像料、長い撮像時間、撮像時間枠の確保、撮像姿勢の制約等の問題がある。

また、上記のアメリカ・リウマチ学会で、全身用ＭＲＩに代わる手段として検討され、一部使用さている四肢用ＭＲＩ装置は、撮像領域が小さいため、手全体の撮像を行うためには、複数回の撮像に分けなければならないため撮像時間が長くなるという問題がある。

また、上記特許文献１に示されたＭＲＩ装置は、小型であり、安価に、かつ楽な姿勢で撮像できるという長所があるが、踵骨の骨髄を撮像して骨粗鬆症診断を可能にするものであり、ＲＡの早期診断に供するものではない。

本発明は、係る問題点に鑑みて鋭意研究を重ねてなされたものであり、手全体を対象とした小型であり、安価にかつ被検者の姿勢に自由度が大きく楽な姿勢で、手全体を一度に撮像することのできるＭＲＩ装置およびイメージング方法を提供するものである。

上記の課題を解決するための第１の発明は、静磁場を形成する永久磁石と、該静磁場と同方向の磁場を形成する第１の勾配磁場コイルと、該第１の勾配磁場コイルに垂直で、互いに直交する第２と第３の勾配磁場コイルと、高周波磁場を形成する高周波コイルとによって、手のみを一度に撮像するのに必要十分な撮像領域を確保することを特徴とする小型で局所的な磁気共鳴イメージング装置である。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の勾配磁場コイルには遺伝的アルゴリズムを適用し、前記第２、第３の勾配磁場コイルにはターゲットフィールド法を適用して、前記手のみを一度に撮像するのに必要な広い勾配磁場均一領域を確保することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

第３の発明は、第２の発明において、前記第１乃至第３の勾配磁場コイルを製作する際に、前記ターゲットフィールド法と前記遺伝的アルゴリズムで計算した巻き線の位置データを工作機械に直接入力し、前記第１乃至第３の勾配磁場コイルの台座に溝を掘って、該台座に巻き線を配策したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記高周波コイルを少なくとも１つの固定キャパシタで分割することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

第５の発明は、関節リウマチを診断するために手全体を一度に撮像する磁気共鳴イメージング方法であって、被写体となる手を、該手の形状をした剛性を有する平らな副え板の上に固定して、手の平および指を真直ぐ伸ばして平面として、高周波プローブの開口に挿入して撮像することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法である。

第６の発明は、パルスシーケンスとして３Ｄ―勾配エコー法またはＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法を使用した磁気共鳴イメージング方法であって、最初の位相エンコードと巻き戻し位相エンコードの勾配磁場の面積が同じになるように勾配磁場の振幅乃至印加時間を補正して、永久磁石磁気回路や周辺導体の勾配磁場パルスへの影響を最小とし、後に発生するスピンエコーの強度の減衰を抑制することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法である。

第１の発明によれば、小型にして手全体を一度に撮像可能な小型の局所的なＭＲＩ装置であるから、不特定な手の関節に発生するＲＡに係る撮像を安価かつ容易にして、ＲＡの早期診断・早期治療に供することができる。
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、ｘ、ｙ方向の勾配磁場コイルには、ターゲットフィールド法を、Ｚ方向の勾配磁場コイルには遺伝的アルゴリズムを適用しているので、勾配磁場コイルの設計と製作が容易であって、広い勾配磁場均一領域を確保できる。

第３の発明によれば、第２の発明の効果に加えて、計算した巻き線の位置データを工作機械に直接入力し、コイルの台座に溝を掘って、コイルをその台座に配索しているので、巻き線の位置精度を向上させ、製作時間を短縮し、製作コストの低減を図ることができる。

第４の発明によれば、第１乃至第４の発明の効果に加えて、高周波コイルを少なくとも１つの固定キャパシタで分割しているので、手を高周波コイル内に挿入したときの、インピーダンスマッチングのずれを最小化し、さらに巻き線数を増加させることにより高周波磁場の均一性を向上させ、同時に検出効率を向上させることができる。

第５の発明によれば、高周波プローブの開口に被写体となる手を挿入する際に、手の平および指を真直ぐ伸ばして平面となるように規制しているので、撮像された画像の標準化や、読影が容易な画像を取得することができる。

第６の発明によれば、最初の位相エンコードと巻き戻し位相エンコードの勾配磁場の面積が同じになるように補正しているので、永久磁石磁気回路や周辺導体の勾配磁場パルスへの影響が最小となり、後に発生するスピンエコーの強度の減衰が抑制され、一層鮮明な画像の取得ができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るＭＲＩ装置のブロック図であり、装置の構成の概要は、システム全体１を制御し、ＮＭＲ（Ｎuclear Ｍagnetic Ｒesonance）信号を収集し、画像再構成・表示等を行うコンピュータ（ＰＣ）１０、核スピン系を励起する高周波（ＲＦ）信号を作り、また受信したＮＭＲ信号を増幅・検波する高周波信号ユニット部（送受信部）３０、勾配磁場コイル（以下「勾配コイル」という。）４３〜４５をドライブする勾配磁場電源部５０、核スピン系を励起するパワーアンプ（高周波送信機）６０、均一な静磁場を発生して核磁化を作り出す磁石４１、勾配磁場を作る勾配コイル４３〜４５、と核スピン系に高周波を与え、信号を受信するＲＦコイル４２１からなっている。

続いて、ＭＲＩ装置の各構成要素について、より詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態に係るＭＲＩ装置の架台部の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図２において４１は通常Ｆe-Ｎd-Ｂ系の磁石材料からなる永久磁石（以下「磁石」という。）であり、４１１はヨークを構成する左右２本の縦部材、４１２はヨークを構成する横部材であり、ヨークは磁路を形成し磁束を磁気回路内に閉じ込める機能を有している。またヨークの下部には移動用のキャスターと固定設置に供する台座（不図示）が設けられている。
４１３はヨークの縦部材４１１の上端部内面に形成されたポールピースである。ポールピース４１３は静磁場の均一度を高めるためにその周辺に、突起状のローズシムを有し、また表面に局所的に静磁場の不均一性を補正するための多数の磁性体の小片からなるパッシブシムを有している。勾配コイル４３〜４５はポールピース４１３の尖端内側に取付けられ、左右のポールピース４１３の間にＲＦプローブ４２が取付けられている。

そして、ＲＦプローブ４２は、ＲＦシールドとタンク回路から構成され、ＲＦプローブ４２の中央部に被写体となる手Ｒ_１を挿入する開口４２２が、設けられている。被検者は、椅子に着座した姿勢で、右または左の手全体をＲＦプローブの開口４２２から挿入して撮像を受ける。

ＲＦシールドはＲＦプローブの外表面に貼付けた銅箔からなり、勾配コイルとの磁気干渉や、外来の高周波雑音を遮断するためのものである。

図３は本発明の実施の形態に係るＲＦプローブのタンク回路図である。タンク回路は、コイルの同調をとるチューニングキャパシタ（Ｃ_ｔ１、ＶＣ_ｔ１）と特性インピーダンスとマッチング（本発明の実施の形態では５０Ωマッチング）をとるマッチングキャパシタ（Ｃ_ｍ１、ＶＣ_ｍ１、Ｃ_ｍ２、ＶＣ_ｍ２）からなる。またＲＦコイルはチューニングキャパシタとほぼ同じ容量の固定キャパシタ（Ｃ_ｔ）で分割することにより、被写体とのカップリングを抑制している。

図４は本発明の実施の形態に係るＭＲＩ撮像時の手および指の形状の規制とＲＦプローブへの挿入の説明図である。図４において、４７は手の形状を規制する副え板、４８はカバーであり、副え板４７とカバー４８は手を撮像するときに、手の平および指を真直ぐ伸ばして、撮像された画像の標準化や読影が容易な画像を取得するためのものである。副え板４７は、木製、樹脂製等の剛性ある手の平および指の形状をした板状材であり、カバー４８は、天然繊維、人工繊維等からなる手袋状のものである。被検者は、手の平および指を副え板４２１にぴったりと副わせ、その上に手袋状のカバー４８を被せた状態で、ＲＦプロ−ブ４２の開口４２２に挿入し、磁場の均一領域に保持して撮像が行われる。ただし、副え板４、７カバー４８は、上記のものに限定されるものではなく、手の平および指を真直ぐ伸ばしてその状態を維持でき、嵩張らないものであればよい。

ｘ方向とｙ方向の勾配コイル（ＧｘコイルとＧｙコイル）にはターゲットフィールド法を、ｚ方向の勾配コイル（Ｇｚコイル）には遺伝的アルゴリズムを用いて巻き線パターンを求め、手全体を撮像するために必要な広い回転楕円体の勾配磁場均一領域を確保している。

最初にターゲットフィールド法によるＧｘ、Ｇｙコイルの設計について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る勾配コイルの配置図である。

図５において、ｚ＝±ａにおける勾配コイルとするための２枚の平面電流分布を

外１

とする。
これから、２枚の平面電流間の磁場Ｂ_ｚ(x、y、z)は、

ただし、

外２

は

外３

のｘ成分のフーリエ変換対である。

ここで、目標とする磁場分布として、電流平面の内側の平面Ｚ=±ｃ（ａ＞ｃ）における

外４

を与える。

Ｇｘコイルの場合、電流の対称性から

の関係が成り立つ。数式２のフーリエ変換したものを数式１に代入し、係数比較することによって、

の関係を得る。
ここで、

外５

は

外６

のフーリエ変換対である。さらにこの電流分布の流場の流線追跡を行うことによって巻き線パターンを得ることができる。

外７

に、ｘ方向の勾配磁場分布を与え、そのフーリエ成分を、二次元ＦＦＴにより計算して数式３に代入する。電流分布を求めるためのフーリエ合成も、二次元ＦＦＴで計算することにより求めることができる。勾配コイル間の間隔を１６ｃｍとし、直径３６ｃｍの円盤内に収まる大きさとなるように計算を行った巻き線パターンの１例を図６に示している。Ｇｙコイルについては不図示であるが、図６に示された巻き線パターンを９０°回転させたものである。

また、図７に本発明の実施の形態に係るターゲットフィールド法を用いた場合の勾配磁場の均一領域を示した。ターゲットフィールド法を用いた場合は、従来の平行４線コイルを用いた場合に比較して、均一領域が大きく広がっていることが分かる。

次に、遺伝的アルゴリズムによるＧｚコイルの設計について説明する。

遺伝的アルゴリズム(Ｇenetic Ａlgorithm:ＧＡ)とは、解の候補を遺伝子で表現し、選択・交叉・突然変異などの操作を繰り返しながら解を探索する最適化手法であり、遺伝的アルゴリズムを使用することにより、ｚ方向の勾配コイル（Ｇｚコイル）が円形コイルの重ね合わせとなるようにすることができる。

(a) 遺伝子のコーディング
Ｇz コイルの場合、電流の対称性から考えて、異なる半径を持つ円形コイルの重ね合わせで表現できると考えられ、一つの円形コイルの半径を本発明の実施の形態では８ｂitで表すことにし、それをＮエレメント分、繋げたものを遺伝子とした。

(b) 世代交代モデル
既に、提案されている種々の世代交代モデルのうち、佐藤らによって提案されたＭＧＧ（Ｍinimal Ｇeneration Ｇap ｍodel)を用いた。

(c) 評価関数
関心領域で理想とする勾配磁場からの２乗誤差を最小化するため、評価関数Ｅは、

を使用した。

ここで、Ｇ_ｚｏは基準となる勾配磁場強度、Ｇ_ｚｉはi番目の評価点の勾配磁場強度で、Ｍは評価する点の数を表している。

本発明の実施の形態では、交叉確率を８０%、突然変異率を５%とし、ＭＧＧの試行数１０万回繰り返した。図８は、本発明の実施の形態に係る遺伝的アルゴリズムをＧzコイルに適用したものであり、（Ａ）はＧｚコイルの巻線位置（ターン数＝３０）を示し、（Ｂ）はＧｚコイル（１.０ｍｍ銅線）の勾配磁場の１０％均一領域を示している。勾配磁場の１０％均一領域は十分なものであることが分かる。

図９は、本発明の実施の形態に係るＧｘコイルの巻き方の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図９は、図６に示した勾配コイルのパターン図に基いて台座４６にコイルを配索したものである。

図１０は、本発明の実施の形態に係る送受信切替器の回路図である。この送受信切替器７０は、ＲＦスイッチ（高周波スイッチ）７１とλ/４ケーブル７２によって構成される。ＲＦスイッチ７１には、ＰＩＮダイオードとクロスダイオードのいずれも使用することができる。

λ/４ケーブルとは、電気長が、ある高周波の波長の１/４となるケーブルであり、特定の高周波におけるインピーダンス変換器として使用される。λ/４ケーブルの入力インピーダンスをZ_i、終端のインピーダンスをZ_f、(同軸)ケーブルの特性インピーダンスをＺ_０とすると、

の関係が成り立つ。終端を短絡した(Ｚ_ｆ＝０)場合には入力端はオープン(Ｚ_ｉ＝∞)となり、終端をオープン(Ｚ_ｆ＝∞)にした場合には、入力端は短絡(Ｚ_ｉ＝０)となる。λ/４ケーブルは、その特定の高周波におけるインピーダンス変換器として機能する。

そのため、図１０において、高周波送信機６０から強力なＲＦパルスが出力されているときは、２つのＲＦスイッチ７１はＯＮ状態となり、高周波送信機６０の電力は有効にＲＦプローブ４２に送り込まれ、ＲＦパルスが切られた後、ＮＭＲ信号をＲＦコイル４２１で受信するときには、２つのＲＦスイッチ７１はともにオープンの状態となり、ＮＭＲ信号が、プリアンプ８０に達する。

撮像シーケンスについては、解剖学的な情報を得るためのＴ_１強調画像の撮像シーケンスとして、３Ｄ-勾配エコー法を採用し、病変を検出する脂肪抑制Ｔ_２強調画像の撮像シーケンスとしてＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法を採用した。

図１１は、本発明の実施の形態に係る３Ｄ-勾配エコー法のシーケンスの説明図である。

このシーケンスは、勾配エコー法の基本的方法であるスピンワープ法に対して、(1) 一般に９０°パルスより小さいフリップ角を持つα°パルスを用いること、(2) 繰り返し時間ＴＲをＴ_１に比べて短くすること、(3)位相エンコードは次のα°パルスまでに巻き戻(rewind)すこと、という３点で異なっている。Ｔ_１よりも短い繰り返し時間ＴＲを用いても飽和効果の少ない画像を高速に撮像できる。また、ＦＬＡＳＨ法に比べて、Ｔ_２よりも短い繰り返し時間でも横磁化のコヒーレンスを一部利用するため高いＳＮＲを実現できる。

図１２は、本発明の実施の形態に係るＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法のシーケンスの説明図である。ＳＴＩＲ法とは最初の１８０°パルスで全ての核磁化を反転し、その後の核磁化の回復過程において撮像を行う方法であり、短い反転時間ＴＩで撮像するのでＳＴＩＲ法と呼ばれている。３ＤＦＳＥ法とは、多数のスピンエコーを発生させ、エコーの間で異なった位相エンコードを行う方法である。多数のスピンエコーから画像を再構成するため一般的にＴ_２の強いコントラストが付いた画像が得られる。

このＳＴＩＲ法と３ＤＦＳＥ法を併用したのがＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法である。シーケンス中、ＥＴＬ(Ｅcho Ｔrain Ｌength )はエコー数、ＴＩ（Ｉnversion Ｔime）は反転時間を示している。

本発明の実施の形態において、３Ｄ-勾配エコー法を用い、Ｔ_１強調画像を取得するシーケンスを検討した。Ｍatrix Ｓize は２５６×２５６×１６、ＴＥは８ｍｓで固定し、撮像時間は７分に収まるように繰り返し時間と励起回数（ＮＥＸ）を設定した。ＴＲ＝３０ｍｓ、５０ｍｓ、１００ｍｓで、それぞれＮＥＸ＝１〜３、で撮像した。また、各ＴＲ毎にフリップアングル(ＦＡ)＝３０°、４５°、６５°、９０°と変化させて撮像した結果、ＴＲ＝５０ｍｓ、ＦＡ＝６５°、ＮＥＸ＝２、が画像の鮮明度（ＣＮＲ、ＳＮＲ）、撮像所要時間等を総合的に判断して最適であることを確認した。

同様に、ＳＴＩＲ-３ＤＦＳＥ法を用い、脂肪抑制Ｔ_２強調シーケンスを検討した。

ＳＴＩＲ法において骨髄のｎull ｐointを探すため、ＴＩを変化させ画像取得を行った。撮像パラメータは、ＴＲ/ＴＥ_ｅｆｆ=１０００ｍｓ/４０ｍｓ、エコー間隔τ=１０ｍｓ、エコー数ＥＴＬ=８でＴＩを８０ｍｓ〜１２０ｍｓまで１０ｍｓ刻みで撮像を行った。また、エコー毎の位相エンコードの割り当ては、Nyquist Modulated法を用いた。

これらの条件で撮像を行った結果、ＴＲ＝１０００ｍｓ、ＴＩ＝１００ｍｓ、ＴＥ_ｅｆｆ＝４０ｍｓ、ＥＴＬ＝８、ＮＥＸ＝２、が画像の鮮明度、撮像所要時間等を総合的に判断して最適であることを確認した。ＴＩ＝１００ｍｓとしたのは、このときに最も骨髄の信号が抑制されるからであり、ＮＥＸ＝２としたのは、ＳＮＲが高く、指の静脈等の細かい組織が明瞭に確認できるからである。

図１２において、（Ｆ）〜（Ｉ）は（Ｃ）、（Ｄ）に示したｙ方向とｚ方向の位相エンコード勾配磁場を拡大したものであり、実線と破線で囲まれた方形領域の、黒丸の部分同士、白丸の部分同士が同じ面積になるように、ｙ方向とｚ方向の位相エンコード勾配磁場の振幅乃至印加時間を大き目にしている。（Ｆ）、（Ｇ）は理論上の方形パルス波形であるが、（Ｈ）、（Ｉ）は実施の形態における信号の応答遅れを含む実際のパルス波形を示している。この補正を行うことによって撮像画像の鮮明度が向上する。このことは図１１に示した３Ｄ-勾配エコー法のシーケンスにおけるｙ方向とｚ方向の位相エンコード勾配磁場においても同様である。

最後に、図１、図２、図４を参照しながら、システムの動作を総括する。

先ず、被写体Ｒとなる手Ｒ_１を磁石４１の中に設置されたＲＦプローブ４２の開口４２２中に入れ、ＰＣ１０の撮像プログラムを起動する。撮像プログラムは、キーボード（不図示）から入力された撮像パラメータに従って、撮像パルスシーケンスを起動すると同時に、データ収集プログラムを起動する。

パルスシーケンスは、ＤＳＰ（パルス発生器）１４から、正確なタイミング信号として出力され、ＤＡＣ（ＤＡ変換器）１２に送られ、ＤＡＣ１２でアナログ化され、ＲＦパルス波形がＬＰＦ（ローパスフィルタ）３３とアンプ３５を経て高周波変調器３１へ供給され、一方勾配磁場電流の波形が勾配磁場電源部５０の３つの電流増幅器５１〜５３へ供給される。高周波変調器３１では、シンセサイザ１３から定常的に出力されるラーモア周波数の参照信号とパルス波形が混合され、ＲＦパルスが出力される。ＲＦパルスはＶＧＡ３６を経て、パワ−アンプ（高周波送信機）６０へと入力され、ＲＦコイル４２に高周波磁場を発生するための電力増幅が行われた後、切替器７０を介してＲＦコイルに供給される。勾配磁場電源部５０の電流増幅器５１〜５３は、信号波形に比例した定電流パルスを勾配コイル４３〜４５へ供給する。

そして、ＲＦパルスによって励起された被写体Ｒである手Ｒ_１中の核スピンは、ＲＦコイルにＮＭＲ信号を誘起し、切替器７０を介してプリアンプ８０に送られ、プリアンプ８０で増幅され、さらにＶＧＡ３７を経て、検波器３２において回転系のＮＭＲ信号が得られる。この検波された信号は、アンプ３８、ＬＰＦ３４を経てＡＤＣ（ＡＤ変換器）１１に送られ、ＡＤＣ１１にてデジタル化され、ＰＣ１０のメモリ（不図示）上に一時的に格納される。そして、画像再構成に必要なデータ収集が終わった後に、画像再構成プログラムによって、画像ディスプレイ２０上に再構成画像が表示される。

なお、測定時のＲＦパルスの送信ゲインや、ＮＭＲ信号の受信ゲインは、ＵＳＢＩ/Ｆ(インターフェイス)３５を通してＰＣ１０から送受信部３０に指示が出され、送受信部３０に内蔵されているＣＰＵによってＶＧＡ３６、３７に送信され、ＶＧＡで所定のゲインに増幅される。

次に実施例により、本発明について、より詳細に説明する。

本実施例に用いたＭＲＩ装置は本発明の実施の形態で説明したところおよび図面に基き、その各構成要素の主要諸元は次の通りである。
（永久磁石）
・メーカ：(株)ＮＥＯＭＡＸ
・永久磁石材：Ｆe-Ｎd-Ｂ系
・寸法：
幅×高さ×奥行き＝４６０ｍｍ×７８０ｍｍ×４４０ｍｍ
・静磁場強度：０.２１Ｔ
・磁場の均一度：
回転楕円体（長軸２０ｃｍ×短軸１２ｃｍ）内で３４.６ｐｐｍ
（勾配コイル）
・巻き線の設計法：
ｘ、ｙ方向の勾配コイル・・・ターゲットフィールド法
ｚ方向の勾配コイル・・・遺伝的アルゴリズム
・巻き線数：
ｘ、ｙ方向の勾配コイル・・・２４ターン、
ｚ方向の勾配コイル・・・３０ターン
・勾配磁場均一領域：回転楕円体（長軸２０ｃｍ×短軸６ｃｍ）
・コイルの巻き枠：
材質・・・ベークライト板
加工法・・・ＣＡＤデータを元にＮＣフライスで巻き線パターンを座板にミリング
・巻き線：
直径×材質＝１.０ｍｍ×銅線（ポリエチレン被覆付き）
・３方向の勾配コイルの直流抵抗とインダクタンス：表１に示す。

・３方向の勾配磁場の発生効率（増強率）：表２に示す。

・３方向の勾配磁場の立ち上がり時定数：表３に示す。

３方向の勾配コイルの磁束は測定値と計算結果とを比較し、略一致していることを確認した。

（ＲＦプローブ）
・ＲＦコイル：
幅×厚さ×材質×ターン数＝１０ｍｍ×０.１ｍｍ×銅箔×１４（５ｍｍ間隔）
・キャパシタ：
Ｃ_ｔ＝１８０ｐＦ×３個、Ｃ_ｔ１＝１５６ｐＦ、ＶＣ_ｔ１＝２〜４０ｐＦ、
Ｃ_ｍ１＝３２ｐＦ、ＶＣ_ｍ１＝２〜４０ｐＦ、Ｃ_ｍ２＝２２ｐＦ、Ｖ_ｃｍ２＝２〜４０ｐＦ
固定キャパシタ（Ｃ_ｔ）で分割しないときはコイルの共振の強さを示すＱ値が、手を挿入したとき１/４程度に減少したが、固定キャパシタで分割したときには３/４以上に留まった。また、厚さ８０μｍの銅箔からなるＲＦシールドを用いて勾配コイルとの磁気干渉や、外来の高周波雑音を遮断した。
（撮像に用いたパルスシーケンス）
＊３Ｄ−勾配エコー法、Ｔ_１強調シーケンス
ＴＲ/ＴＥ/ＦＡ＝５０ｍｓ/９ｍｓ/６０°
Ｖoxel Ｓize・・・０.４ｍｍ×０.８ｍｍ×４ｍｍ
画素数・・・５１２×２５６×１６（フーリエ補間後５１２×５１２×１６）
ＮＥＸ＝２
＊ＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法、脂肪抑制Ｔ_２強調シーケンス
ＴＲ/ＴＩ/ＴＥeff＝１０００ｍｓ/１００ｍｓ/４０ｍｓ
ＥＴＬ＝８
Ｖoxel Ｓize ・・・ 0.８ｍｍ×０.8ｍｍ×８ｍｍ
画素数・・・２５６×２５６×８
ＮＥＸ＝２
（撮像結果と診断）
(1)健常被験者１０例、(2)ＲＡ診断前の患者１０例、(3) ＲＡ発症一年以内の患者５例、(4)ＲＡ発症１年以上の患者１８例、の撮像を行い医師による評価を行った。

上記撮像画像の１例として、図１３に３Ｄ−勾配エコー法、Ｔ_１強調シーケンスで撮像したＲＡ患者の手の撮像画像を、図１４にＳＴＩＲ-３ＤＦＳＥ法、脂肪抑制Ｔ_２強調シーケンス画像で撮像したＲＡ患者の手の撮像画像を示す。
上記撮像画像は、従来の全身用ＭＲＩ画像と同等であり、充分ＲＡの診断に供するものであるとの医師の評価を得た。

本発明の実施の形態に係るＭＲＩ装置のブロック図である。本発明の実施の形態に係るＭＲＩ装置の架台部の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。本発明の実施の形態に係るＲＦプローブのタンク回路図である。本発明の実施の形態に係るＭＲＩ撮像時の手の平および指の形状を規制する副え板とカバーの説明図である。本発明の実施の形態に係る勾配コイルの配置図である。本発明の実施の形態に係る勾配磁場（Ｇx）コイルのパターン図の１例である。本発明の実施の形態に係るターゲットフィールド法を用いた場合の勾配磁場の均一領域（図Ｂ）を、従来例の平行４線コイルを用いた場合（図Ａ）と比較して示したものである。本発明の実施の形態に係る遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）をＧzコイルに適用したものであり、（Ａ）はＧｚコイルの巻線位置（ターン数＝３０）を示し、（Ｂ）はＧｚコイル（直径１.０ｍｍ銅線）の勾配磁場の１０％均一領域を示したものである。本発明の実施の形態に係るＧｘコイルの巻き方の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。本発明の実施の形態に係る送受信切替器の回路図である。本発明の実施の形態に係る３Ｄ-勾配エコー法のシーケンスの説明図ある。本発明の実施の形態に係るＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法のシーケンスの説明図である。本発明の実施例に係る３Ｄ-勾配エコー法で撮像した、ＲＡ患者の手の撮像画像である。本発明の実施例に係るＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法で撮像した、ＲＡ患者の手の撮像画像である。従来例に係る局所的ＭＲＩ装置の全体構成図である。

符号の説明

１・・ＭＲＩ装置
１０・・ＰＣ（コンピュータ）
１１・・ＡＤＣ
１２・・ＤＡＣ
１３・・シンセサイザ
１４・・ＤＳＰ
１５・・ＵＳＢＩ/Ｆ
２０・・画像ディスプレイ
３０・高周波信号ユニット部（送受信部）
３１・・変調器
３２・・検波器
３３・・ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
３４・・ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
３５・・アンプ
３６・・ＶＧＡ
３７・・ＶＧＡ
３８・・アンプ
３９・・切替器
４０・・架台部
４１・・磁石（永久磁石）
４１１・・ヨーク（縦部材）
４１２・・ヨーク（横部材）
４１３・・ポールピース
４２・・ＲＦプローブ
４２１・・ＲＦコイル
４２２・・開口
４３・・勾配コイル（ｘ方向）
４４・・勾配コイル（ｙ方向）
４５・・勾配コイル（ｚ方向）
４６・・台座
４７・・副え板
４８・・カバー（手袋）
５０・・勾配磁場電源部
５１・・勾配アンプ（ｘ方向）
５２・・勾配アンプ（ｙ方向）
５３・・勾配アンプ（ｚ方向）
６０・・パワアンプ（高周波送信機）
７０・・切替器（切替回路）
７１・・ＲＦスイッチ
７２・・λ/４伝送線路（ケーブル）
８０・・プリアンプ
Ｒ・・被写体
Ｒ_１・・手

Claims

静磁場を形成する永久磁石と、該静磁場と同方向の磁場勾配を形成する第１の勾配磁場コイルと、該第１の勾配磁場コイルに垂直で、互いに直交する第２と第３の勾配磁場コイルと、高周波磁場を形成する高周波コイルとによって、手のみを一度に撮像するのに必要十分な撮像領域を確保することを特徴とする小型で局所的な磁気共鳴イメージング装置。
前記第１の勾配磁場コイルには遺伝的アルゴリズムを適用し、前記第２、第３の勾配磁場コイルにはターゲットフィールド法を適用して、前記手のみを一度に撮像するのに必要な広い勾配磁場均一領域を確保することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１乃至第３の勾配磁場コイルを製作する際に、前記ターゲットフィールド法と前記遺伝的アルゴリズムで計算した巻き線の位置データを工作機械に直接入力し、前記第１乃至第３の勾配磁場コイルの台座に溝を掘って、該台座に巻き線を配策したことを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記高周波コイルを少なくとも１つの固定キャパシタで分割したことを特徴とする請求項１乃至３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
関節リウマチを診断するために手全体を一度に撮像する磁気共鳴イメージング方法であって、被写体となる手を、該手の形状をした剛性を有する平らな副え板の上に固定して、手の平および指を真直ぐ伸ばして平面として、高周波プローブの開口に挿入して撮像することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。
パルスシーケンスとして３Ｄ-勾配エコー法またはＳＴＩＲ−３ＤＦＳＥ法を使用した磁気共鳴イメージング方法であって、最初の位相エンコードと巻き戻し位相エンコードの勾配磁場の面積が同じになるように勾配磁場の振幅乃至印加時間を補正して、永久磁石磁気回路や周辺導体の勾配磁場パルスへの影響を最小とし、後に発生するスピンエコーの強度の減衰を抑制することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。