JP4305736B2 - 磁気共鳴撮影装置および温度情報生成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、勾配磁場の形成による発熱量を予め推定する磁気共鳴撮影装置、およびこの磁気共鳴撮影装置における温度情報生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（Magnetic Resonance Imaging：MRI）装置は、静磁場中の被検体に被検体の原子核のスピンの中心軸を回転させる回転磁場を印加し、この回転磁場の印加を停止したときの被検体からの磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する撮影装置である。
MRI装置においては、上述の磁気共鳴信号に位置情報を付与するために、被検体に勾配磁場を印加する。この勾配磁場は、撮影時間（スキャン時間）の経過に応じて変化させられる。撮影時間を短縮するためには勾配磁場の変化のスピードを速める必要があり、このため勾配磁場を発生する勾配磁場発生部への負荷が増大する傾向にある。勾配磁場発生部への負荷の増加に伴い、勾配磁場発生部からの発熱量が増加する傾向にある。
勾配磁場発生部の発熱は勾配磁場発生部の性能や撮影環境に影響を及ぼすため、発熱を所定の範囲内に抑えることが望まれている。
【０００３】
勾配磁場発生部からの発熱を所定の範囲内に抑えるために、従来は、たとえば特許文献１に記載されているように静磁場空間内に温度センサーを設置しておき、温度センサーの測定値が所定の閾値を越えたときに勾配磁場発生部の駆動を停止していた。
他の方法として、スキャンにおける勾配磁場発生部の駆動波形から勾配磁場発生部に流れる平均電流を計算し、この平均電流に基づいて計算される仕事量が所定値以下となるように、スキャン開始前に回転磁場印加の繰返し時間等のスキャンの条件の範囲に制限を設けていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９４１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、温度センサーの測定値が閾値を越えたときに勾配磁場発生部の駆動を停止させるような手法では、スキャンの途中で測定値が閾値を越えると、スキャンが途中で停止してしまう。このため、撮影画像を得ることができず、停止したスキャンによって得ていたデータ、および撮影時間が無駄となる場合がある。
勾配磁場発生部に流れる平均電流による仕事量に基づいてスキャンの条件を制限したのでは、仕事量が同じであればスキャン時間の長短は考慮されずに同じ制限が設けられる。このため繰返し時間を一定時間以下に設定することができない。その結果、たとえば、仕事量は多いものの時間が短くスキャン終了時点においては閾値まで勾配磁場発生部が温度上昇しないようなスキャンを実行することができず、勾配磁場発生部の能力を十分に活用することができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なうことができる磁気共鳴撮影装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、磁気共鳴撮影装置の勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なわせるための温度情報生成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気共鳴撮影装置は、被検体からの磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の被検部位を撮影する磁気共鳴撮影装置であって、前記磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生する勾配磁場発生部と、前記勾配磁場の発生により温度上昇する前記勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を出力する温度推定部と、前記推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する判断部とを有する。
【０００８】
また、本発明に係る温度情報生成方法は、被検体からの磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生し該勾配磁場の発生により温度上昇する勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を計算する推定ステップと、前記推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する判断ステップとを有する温度情報生成方法である。
【０００９】
本発明においては、勾配磁場発生部が、被検体からの磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生する。勾配磁場発生部は、勾配磁場を発生することにより温度上昇する。
温度推定部は、勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を出力する。判断部は、温度推定部が出力した推定値が、所定の閾値を越えているか否かを判断する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
【００１１】
第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴撮影（MRI）装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は図１に示すMRI装置のマグネットアセンブリの外観を示す斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、第１実施形態に係るMRI装置１００は、マグネットアセンブリ１、勾配磁場駆動回路３、RF電力増幅器４、前置増幅器５、計算機７、シーケンス記憶回路８、ゲート変調回路９、RF発振回路１０、A/D変換器１１、位相検波器１２、操作コンソール１３、表示装置１４、記憶部３０を有する。
【００１３】
マグネットアセンブリ１とMRI装置１００のその他の構成要素とは、適宜離れて配置される。
本実施形態に係るマグネットアセンブリ１は、たとえば、それぞれ２つに分割した主磁場発生部３２，３２と勾配磁場発生部３５，３５とを筐体BDに収容した構成を有している。
２つで１組の主磁場発生部３２，３２および勾配磁場発生部３５，３５は、たとえば、筐体BDの上下に対向して配置される上側マグネットケース１１aおよび下側マグネットケース１１bの内部にそれぞれ片方ずつ収容される。
【００１４】
上側マグネットケース１１aと下側マグネットケース１１bとの間が、被検体PTが搬入される撮影空間９４となる。
図２に示すように、被検体PTは、移動可能なクレードル９０によって撮影空間９４内に搬入される。
【００１５】
主磁場発生部３２は、たとえば、永久磁石を用いて構成する。上下に対向配置された永久磁石による主磁場発生部３２，３２は、均一な主磁場を撮影空間９４内に形成する。
主磁場発生部３２，３２が形成する主磁場は、被検体PTの撮影中常に磁界強度が一定で撮影空間９４内において均一となるように保たれるため、静磁場とも呼ばれる。
【００１６】
主磁場発生部３２は、永久磁石の他に、超伝導磁石や常電導磁石等の他の磁石を用いて構成することもできる。なお、超伝導磁石または常電導磁石を用いる場合には、これらの磁石は電流供給のための電源に接続される。
【００１７】
勾配磁場発生部３５は、たとえばコイルを用いて構成する。上側マグネットケース１１aおよび下側マグネットケース１１bの内部に配置される勾配磁場発生部３５，３５は、後述する受信用コイルが検出する磁気共鳴信号に３次元の位置情報を持たせるために３系統のコイルを有する。
勾配磁場発生部３５は勾配磁場駆動回路３に接続され、勾配磁場駆動回路３からの駆動信号に応じた勾配磁場を発生する。
【００１８】
MRI装置１００は、静磁場および勾配磁場が印加される被検体PTの被検部位に対して回転磁場を印加するための送信コイル３７を有する。回転磁場は、被検部位の原子核のスピンをその中心軸を傾けて回転させるためのRF（Radio Frequency）帯の磁場である。
送信コイル３７は、たとえば、マグネットケース１１a，１１bの内部に収容される。
送信コイル３７はRF電力増幅器４に接続され、RF電力増幅器４から供給される電力に応じた回転磁場を被検部位に印加する。
【００１９】
また、MRI装置１００は、静磁場および勾配磁場中の被検部位への回転磁場の印加によるエコーとして発生する被検部位からの磁気共鳴信号を検出するための受信コイル３９を有する。受信コイルとしては、たとえば、被検体PTの頭部や腹部や肩等の被検部位を部分的に覆うような専用のコイルを用いる。
受信コイル３９は前置増幅器５に接続され、受信コイル３９が検出した磁気共鳴信号が、前置増幅器５によって増幅される。
【００２０】
シーケンス記憶回路８は、勾配磁場駆動回路３と、ゲート変調回路９と、A/D変換器１１と、計算機７の後述する制御部２１とに接続されている。
ゲート変調回路９は、RF電力増幅器４とRF発振回路１０とにさらに接続されている。RF発振回路１０は、前記増幅器５およびA/D変換器１１に接続される位相検波器１２にさらに接続される。
【００２１】
シーケンス記憶回路８は、制御部２１が生成した磁気共鳴画像取得のためのパルスシーケンスを記憶し、制御部２１から撮影指令信号が入力されたときには記憶したパルスシーケンスに応じて勾配磁場駆動回路３、ゲート変調回路９およびA/D変換器１１を駆動制御する。
【００２２】
勾配磁場駆動回路３は、シーケンス記憶回路８からの制御に応じて、所定のパルス波形で勾配磁場発生部３５を駆動する駆動信号を勾配磁場発生部３５に出力する。
RF発振回路１０は、所定周波数のRF信号を生成してゲート変調回路９および位相検波器１２に出力する。ゲート変調回路９は、シーケンス記憶回路８からの制御を基に所定のタイミングでRF発振回路１０からのRF信号を変調し、所定の波形のRF励起パルス信号を、RF電力増幅器４を介して送信コイル３７に印加する。
【００２３】
位相検波器１２は、RF発振回路１０から出力されるRF信号を参照信号とし、前置増幅器５からの出力信号（受信コイル３９によって検出され、前置増幅器５により増幅された磁気共鳴信号）を位相検波したのちにA/D変換器１１に出力する。A/D変換器１１は、シーケンス記憶回路８からの制御に基づいて、位相検波器１２による位相検波後のアナログ信号をデジタル信号に変換し、計算機７の処理部２３に出力する。
【００２４】
計算機７は、図１に示すように構成要素として制御部２１、処理部２３、温度推定部２５および判断部２７を有する。温度推定部２５を、以下では単に推定部２５と記述する場合もある。計算機７を構成するCPU（Central Processing Unit）等のハードウェアは、１つのハードウェアによって実現してもよいし、上記構成要素に対して適宜ハードウェアを割り当ててもよい。
A/D変換器１１に接続される処理部２３が制御部２１に接続される。
また、制御部２１は、推定部２５および判断部２７にも接続している。推定部２５と判断部２７とがさらに接続される。
また、たとえばRAM（Random Access Memory）やハードディスクドライブによって実現される記憶部３０が、制御部２１、推定部２５および判断部２７から適宜アクセスされるようになっている。
さらに、制御部２１には、たとえばキーボードやマウスによって実現され、オペレータの操作に応じた信号を制御部２１に出力するための操作コンソール１３と、テレビモニター等の表示装置１４とが接続される。
【００２５】
処理部２３は、A/D変換器１１から送信されたデジタルデータに対して演算処理や画像処理等の所定の処理を施し、磁気共鳴画像を生成する。処理部２３が生成した磁気共鳴画像は、制御部２１を介して記憶部３０に記憶される。
記憶部３０には、磁気共鳴画像の他に、勾配磁場発生部３５に関する直流抵抗、熱容量、放熱量の値等のパラメータも予め記憶されている。
【００２６】
詳しくは後述するが、推定部２５は記憶部３０から読み出した上記パラメータと制御部２１から送信されるパルスシーケンスの情報とに基づいて、勾配磁場発生部３５の発熱量および温度上昇量の推定値を計算し、得られた推定値を判断部２７に送信する。
判断部２７は、推定部２５からの推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断し、判断結果を制御部２１に送信する。前述の閾値は、たとえば、記憶部３０に予め記憶させておく。オペレータの操作により、この閾値の値を変化させることも可能である。
【００２７】
制御部２１は、推定部２５が計算した推定値が閾値を越えているという判断結果が判断部２７から送信されてきたときには、その旨を報知する警告をたとえば表示装置１４に表示させる。
また、制御部２１は、処理部２３が生成した画像および記憶部３０に記憶させていた画像を適宜表示装置１４に表示させる。
さらに、制御部２１は操作コンソール１３を介してオペレータから入力される種々の設定値に基づいて、所定位置の被検部位の撮影時間や撮影画像の種類を規定するパルスシーケンスを生成する。なお、撮影画像の種類は、たとえば、被検部位のどの断面を撮影するか、どの組織を強調するか等の設定により変化する。
制御部２１は、生成したパルスシーケンスの情報を、シーケンス記憶回路８および推定部２５に出力する。
制御部２１は、出力したパルスシーケンスを実行させる制御指令をシーケンス記憶回路８に出力する前に、推定部２５に勾配磁場発生部３５の温度上昇量を推定させる。
【００２８】
図１に示す、本発明の第１実施形態に係るMRI装置１００の動作について、図３および図４を参照しながら述べる。
図３は、制御部２１が生成するパルスシーケンスの一例を示すパルスシーケンス図であり、図４は、MRI装置１００における温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。
【００２９】
撮影に際しては、まず、オペレータはMRI装置１００が実行すべきパルスシーケンスを制御部２１に生成させる。このとき、オペレータはパルスシーケンスにおける繰返し時間TRを適宜設定する（ステップST１）。
【００３０】
以下に詳細を述べる。図３の横軸は経過時間tを表わしており、各グラフは、図３の上から順にRF励起パルス送信シーケンスRF、スライス選択勾配磁場信号送信シーケンスG_slice、位相エンコード勾配磁場信号送信シーケンスG_phase、読み取り勾配磁場信号送信シーケンスG_read、磁気共鳴信号発生シーケンスSignalである。
【００３１】
シーケンスRFは、ゲート変調回路９がRF電力増幅器４を介して送信コイル３７に印加するRF励起パルス信号５０の波形を示している。
シーケンスG_sliceは、被検部位の撮影スライスの選択に用いる勾配磁場を発生させるために勾配磁場駆動回路３が勾配磁場発生部３５に印加するスライス選択勾配磁場信号５１の波形を表わしている。
シーケンスG_phaseは、被検体の位相方向の位置情報のエンコーディングに用いる勾配磁場を発生させるために勾配磁場駆動回路３が勾配磁場発生部３５に印加する位相エンコード勾配磁場信号５２の波形を表わしている。
シーケンスG_readは、RF励起パルス信号５０に基づく回転磁場が送信コイル３７により印加された被検部位から磁気共鳴信号５４を放出させる勾配磁場を発生させるために、勾配磁場駆動回路３が勾配磁場発生部３５に印加する読み取り勾配磁場信号５３の波形を表わしている。
シーケンスSignalは、被検部位から放出される磁気共鳴信号５４を表わしている。
【００３２】
本発明において勾配磁場発生部３５に印加される駆動信号の一実施態様が、スライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３に相当する。
前述のように勾配磁場発生部３５には３系統のコイルが存在する。しかし、３系統のコイルの組み合わせにより１つの勾配磁場が形成されるため、以下では、上記の各駆動信号は勾配磁場発生部３５が全体として発生する勾配磁場のスライス選択成分、位相エンコーディング成分および読み取り成分をそれぞれ規定する信号であると考える。
【００３３】
図３に示すように、RF励起パルス信号５０の１つのパルスの中心からこのRF励起パルス信号５０により発生する磁気共鳴信号５４の中心までをエコー時間TEと言う。また、RF励起パルス信号５０の１つのパルスの中心から次のパルスの中心までの時間を繰返し時間TRと言う。
【００３４】
RF励起パルス信号５０、スライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３の波形は、たとえば、グラディエントエコー法やスピンエコー法等のどのような撮影方法を用いて磁気共鳴信号５４を得るかによって異なる。撮影に際して、オペレータはどのような撮影方法によって撮影を行なうかを、操作コンソール１３を介して制御部２１に指示する。このとき、繰返し時間TRは、オペレータが適宜設定することができる。オペレータは、繰返し時間TRについても、制御部２１に指示を与えて設定する。
【００３５】
オペレータが指示する撮影方法のパルスシーケンスの基本パターンは、たとえば、記憶部３０に予め記憶させておく。制御部２１は、オペレータから指示された撮影方法に対応するパルスシーケンスの基本パターンを記憶部３０から呼び出し、この基本パターンと設定された繰返し時間TRとを用いて、撮影のためのパルスシーケンスを生成する。
たとえば、１枚の断層画像を得ることを１スキャンと言う。１スキャン中には、撮影方法に応じて繰返し時間TRが所定回数含まれる。
【００３６】
撮影において図３に示すようなスライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３によって規定される電流が勾配磁場発生部３５に実際に印加されると、勾配磁場発生部３５からは熱が発生する。勾配磁場発生部３５の発熱は勾配磁場発生部３５の性能や撮影環境に影響を及ぼすため、発熱を所定の範囲内に抑えることが好ましい。本実施形態においては、撮影時間内における勾配磁場発生部３５の温度上昇が所定の範囲内に抑まるか否かを判断するために、勾配磁場発生部３５の温度上昇量を予め推定する。
【００３７】
制御部２１は、生成したパルスシーケンスを実行させる撮影指令信号をシーケンス記憶回路８に送信する前に、勾配磁場発生部３５の温度上昇量を推定させる指令信号を温度推定部２５に出力する。
推定部２５は、以下に詳述するモデルに基づいて計算を行ない、温度上昇量の推定値を算出する。以下に述べる温度上昇量の推定モデルは計算を簡単化および高速化するためにある程度簡単化したモデルであるが、以下に述べるモデル以外のモデルに基づいて温度上昇量を計算してもよい。
【００３８】
推定部２５における処理について簡単に述べると、推定部２５は生成されたパルスシーケンスの開始から終了までに勾配磁場発生部３５の全ての勾配コイルに流れる電流に基づく発熱量を計算し、単位時間当たりの放熱量に基づき勾配磁場発生部３５におけるパルスシーケンス開始から終了までの放熱量を計算し、得られた発熱量から放熱量を引いて求めた熱量から、パルスシーケンス終了時の温度上昇量を求める。
【００３９】
温度上昇量の推定値計算のために、推定部２５は推定モデルにおいて用いる勾配磁場発生部３５の直流抵抗R、勾配磁場発生部３５の定容熱容量C、勾配磁場発生部３５からの単位時間当たりの放熱量Qc等のパラメータを記憶部３０から呼出す（ステップST２）。
直流抵抗R、熱容量C、放熱量Qcは、たとえば、実験により予め測定して入手しておくことが可能である。本実施形態においては、単位時間当たりの放熱量Qcは所定の定数であるとする。
【００４０】
上記各種パラメータを呼出した後に、推定部２５は以下の推定モデルに基づいて勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTを計算する（ステップST３）。
熱力学第一法則に基づくと、まず、勾配磁場発生部３５の内部エネルギーの変化ΔUは、勾配電流により勾配磁場発生部３５に与えられる仕事量（発熱量）ΔWと、スキャン中の放熱により勾配磁場発生部３５から除去される熱量Qctとにより、下記式（１）で表わされる。
【００４１】
【数５】
ΔU＝ΔW−Qct…（１）
【００４２】
ここで、勾配電流とは、図３に示すスライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３に基づいて勾配磁場発生部３５に印加される電流を意味する。
また、スキャン中の放熱としては、自然放熱や、空冷、水冷等の冷却による放熱がある。
【００４３】
１スキャンにより推定値ΔTだけ勾配磁場発生部３５が温度上昇したとすると、勾配磁場発生部３５からの発熱量ΔQは、下記式（２）によって表わすことができる。
【００４４】
【数６】
ΔQ＝C・ΔT…（２）
【００４５】
内部エネルギーの変化ΔUが全て発熱になると仮定すると、式（１）は式（２）から下記式（３）となる。
【００４６】
【数７】
C・ΔT＝ΔW−Qct…（３）
【００４７】
式（３）から、スキャン後の勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTを、下記式（４）のように求めることができる。
【００４８】
【数８】
ΔT＝（ΔW−Qct）／C…（４）
【００４９】
上式（４）におけるΔWおよびQctは、それぞれ下記式（５），（６）により求めることができる。
【００５０】
【数９】
ΔW＝Iave2・R・Tscan…（５）
Qct＝Qc・Tscan…（６）
【００５１】
ここで、前述したが、記号Rは勾配磁場発生部３５の直流抵抗を表わし、記号Qcは勾配磁場発生部３５からの単位時間当たりの放熱量を表わす。上式（５），（６）におけるスキャン時間Tscanは、制御部２１が生成したパルスシーケンスから算出することができる。また、Iaveはスキャン時の勾配磁場発生部３５に流れる平均電流であり、勾配磁場発生部３５に流れる電流の変化を表わす関数Ig（t）と繰返し時間TRとにより下記式（７）を用いて計算することができる。
【００５２】
【数１０】
【００５３】
関数Ig（ｔ）は、スライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３の波形によって決まり、たとえば、これらの信号５１〜５３の波形を表わす関数の合成関数を関数Ig（ｔ）として用いることができる。
式（７）を代入した式（５）と、式（６）とを式（４）に代入することにより、推定値ΔTは最終的に下記式（８）を用いて計算することができる。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
式（８）を用いて推定値ΔTを計算後、推定部２５は算出した推定値ΔTのデータを判断部２７に送信する。
判断部２７は、予め定められている所定の閾値を記憶部３０から呼出し、推定部２５から受信した推定値ΔTがこの閾値を越えているか否かを判断し、判断結果を制御部２１に送信する（ステップST４）。
【００５６】
第１実施形態における閾値を閾値S１とする。推定値ΔTが閾値S１以下であるとの判断結果が判断部２７から送信されてきた場合には、制御部２１はシーケンス記憶回路に指令信号を出力し、記憶させたパルスシーケンスに従ってスキャンを実行させる（ステップST５）。
【００５７】
推定値ΔTが閾値S１よりも大きいとの判断結果が判断部２７から送信されてきた場合には、たとえば、制御部２１は推定値ΔTが閾値S１を越えることをオペレータに報知する警告表示を表示装置１４に表示させる（ステップST６）。
警告は、表示装置１４における表示に限らず、たとえば、図示しないスピーカーから警告音を発生させて報知するようにしてもよい。
【００５８】
繰返し時間TRを変更することにより推定値ΔTの値は変化するため、ステップST４において推定値ΔTが閾値S１を越えていたと判断された場合には、制御部２１は繰返し時間TRを再設定する状態にし、オペレータは繰返し時間TRを再設定する（ステップST７）。
繰返し時間TRの再設定後にはステップST３に戻り、推定部２５は新たに設定された繰返し時間TRに基づいて推定値ΔTを再び計算する。
以上のステップは、スキャンが実行されるまで繰返される。
【００５９】
以上のように、第１実施形態においては、スキャンを実行する前に、勾配磁場発生部３５の温度上昇量を予め推定する。このため、温度上昇量の推定値が所定の範囲内に抑えられるようにスキャンのパルスシーケンスを設定することができる。温度上昇量が所定範囲内に抑えられるパルスシーケンスにより実行するスキャンにおいては、温度を下げるためにスキャンを途中で停止する必要がなく、スキャン時間や採取したデータに無駄が生じない。
配磁場発生部３５の温度上昇量は、予め入手した勾配磁場発生部３５およびMRI装置１００等のハードウェアの特性を用いて推定計算するため、推定のためにハードウェアに特別な変更を施す必要がない。
【００６０】
また、本実施形態において用いる温度上昇量の推定値ΔTの計算式（８）はスキャン時間に対応したものであるため、平均電流Iaveが大きくともスキャン時間Tscanが短ければ温度上昇量は小さく推定される傾向にある。
これにより、従来は下記式（９）のようにデューティ・サイクルという概念により規定していた繰返し時間TRの制限値TRmin以下の繰返し時間TRを設定できるようになる。その結果、勾配磁場発生部３５の能力を活用して、平均電流Iaveがある程度大きく、かつ、スキャン時間Tscanが短いスキャンを実行することができるようになる。
【００６１】
【数１２】
【００６２】
式（９）において、時間Tseqはパルスシーケンスの中で勾配磁場が存在する区間の時間であり、たとえば、図３に示す時間Tseq１と時間Tseq２との和が時間Tseqとなる。また、式（９）における平均電流Idutyは、Wduty＝（Iave）2／（Imax）2 により規定するデューティ・サイクルWdutyの値を越えないように制限した平均電流の値である。ここで、勾配電流Imaxは、勾配磁場の最大振幅を与える電流を意味する。
【００６３】
第２実施形態
第１実施形態においては、駆動による勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTに基づいて警告を報知していた。以下に述べる第２実施形態においては、被検体PTの周囲の実際の雰囲気の温度を推定する。
そのために、第２実施形態に係るMRI装置２００は、図５に示すように温度センサー４０を有する。MRI装置２００のその他の構成は第１実施形態に係るMRI装置１００と同じであるため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
【００６４】
本発明における温度測定手段の一実施態様が、温度センサー４０である。温度センサー４０としては、たとえば、熱電対やサーミスタを用いる。
温度センサー４０は、たとえば、マグネットアセンブリ１の筐体BDの撮影空間９４に連通する位置に設置される。これにより、温度センサー４０は撮影空間９４に搬入された被検体PTの周囲の雰囲気温度を測定する。
温度センサー４０による雰囲気の測定温度Tは、たとえば、スキャンを実行しているか否かに関わらず常に制御部２１に送信されるようにする。
【００６５】
図６は、MRI装置２００における温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。ただし、図６のフローチャートにおけるステップST１，２およびステップST４〜７は第１実施形態に係る図４のフローチャートの場合とほぼ同じであるため、詳細な記述は省略する。
【００６６】
第２実施形態においては、たとえばステップST２の終了後に、推定部２５は制御部２１から温度センサー４０による測定温度Tを入手する（ステップST２A）。
推定部２５は、入手した測定温度Tを用いて、スキャン後の雰囲気温度の推定値（T＋ΔT）を計算する（ステップST３A）。
ステップST３Aにおける勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTは、第１実施形態と同様に式（８）によって計算する。
【００６７】
第２実施形態における閾値を閾値S２とすると、雰囲気温度推定値（T＋ΔT）が閾値S２を越えているか否かをステップST４において判断し、ステップST５以下のステップに進む。
図６においては測定温度Tの入手の時点から繰返し時間TRの再設定の間に測定温度Tの値はほとんど変化しないと仮定してステップST７からステップST３Aへ戻っている。しかし、ステップST２Aへ戻り、できるだけ新しい測定温度Tの値を使用して雰囲気温度推定値（T＋ΔT）を計算するようにしてもよい。
【００６８】
以上のように、第２実施形態においては温度センサー４０による測定温度Tを利用して被検体PTの周囲の雰囲気温度の推定値（T＋ΔT）を計算する。このため、被検体PTの周囲の温度をより正確に推定することが可能になる。その結果、 第１実施形態における効果に加えて、MRI装置２００をより細かく駆動制御することが可能になる。たとえば、測定温度Tが比較的高い場合には、勾配磁場発生部３５の温度上昇量が比較的高くなると推定されるスキャンの実行を防止し、被検体PTが感じる温度を所定の範囲内に抑えることが可能になる。また、測定温度Tが比較的低い場合には、勾配磁場発生部３５の能力を十分に活用したスキャンを実行することができるようになる。
【００６９】
変形形態
第１、第２実施形態においては単位時間当たりの放熱量Qcを定数であるとしていたが、放熱量Qcの値を条件に応じたマップとして予め複数個記憶させておいてもよい。記憶部３０が、この放熱量Qcのマップを記憶する。
【００７０】
勾配磁場発生部３５からの単位時間当たりの放熱量Qcは、勾配磁場発生部３５およびその雰囲気温度と相関関係を有している。このため、第１実施形態に係るMRI装置１００においては、たとえば、スキャンの繰返し回数に応じてマップから選択した放熱量Qcの値を用いて推定部２５が推定値ΔTを計算する形態にすれば、より高精度に推定値ΔTを計算することができる。
第２実施形態に係るMRI装置２００においては、たとえば、温度センサー４０による測定温度Tに応じて推定部２５が放熱量Qcの値をマップから選択して推定値ΔTを計算する形態にすれば、より高精度な推定値ΔTの計算が可能になる。
【００７１】
以上のように、上記の変形形態によれば、推定値ΔTまたは雰囲気温度推定値（T＋ΔT）の計算結果がより高精度になる。
その結果、MRI装置１００またはMRI装置２００を、さらに細かく駆動制御することが可能になる。
【００７２】
なお、本発明は上記の実施形態および図面の記載に関わらず、特許請求の範囲内において適宜変更可能である。
たとえば、上記実施形態においては勾配磁場発生部３５の３系統のコイルをまとめて取り扱ったが、３系統のコイルの個々のコイルについてそれぞれ温度上昇量の推定値ΔTを計算してもよい。
また、図２には撮影空間９４の大部分が開放されているいわゆるオープンタイプのマグネットアセンブリを示したが、撮影空間が円筒形状をしており端部のみが開放されているいわゆるシリンドリカルタイプのマグネットアセンブリにも本発明は適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なうことができる磁気共鳴撮影装置を提供することができる。
また、本発明によれば、磁気共鳴撮影装置の勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なわせるための温度情報生成方法を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るMRI装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すMRI装置のマグネットアセンブリの外観を示す斜視図である。
【図３】図１に示すMRI装置の制御部が生成するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るMRI装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１……マグネットアセンブリ、２１…制御部、２３…処理部、２５…推定部、２７…判断部、３０…記憶部、３２…主磁場発生部、３５…勾配磁場発生部、３７…送信コイル、３９…受信コイル、４０…温度センサー、Iave…平均電流値、TR…繰返し時間、Qc…放熱量、Tscan…撮影時間
【発明の属する技術分野】
本発明は、勾配磁場の形成による発熱量を予め推定する磁気共鳴撮影装置、およびこの磁気共鳴撮影装置における温度情報生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（Magnetic Resonance Imaging：MRI）装置は、静磁場中の被検体に被検体の原子核のスピンの中心軸を回転させる回転磁場を印加し、この回転磁場の印加を停止したときの被検体からの磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する撮影装置である。
MRI装置においては、上述の磁気共鳴信号に位置情報を付与するために、被検体に勾配磁場を印加する。この勾配磁場は、撮影時間（スキャン時間）の経過に応じて変化させられる。撮影時間を短縮するためには勾配磁場の変化のスピードを速める必要があり、このため勾配磁場を発生する勾配磁場発生部への負荷が増大する傾向にある。勾配磁場発生部への負荷の増加に伴い、勾配磁場発生部からの発熱量が増加する傾向にある。
勾配磁場発生部の発熱は勾配磁場発生部の性能や撮影環境に影響を及ぼすため、発熱を所定の範囲内に抑えることが望まれている。
【０００３】
勾配磁場発生部からの発熱を所定の範囲内に抑えるために、従来は、たとえば特許文献１に記載されているように静磁場空間内に温度センサーを設置しておき、温度センサーの測定値が所定の閾値を越えたときに勾配磁場発生部の駆動を停止していた。
他の方法として、スキャンにおける勾配磁場発生部の駆動波形から勾配磁場発生部に流れる平均電流を計算し、この平均電流に基づいて計算される仕事量が所定値以下となるように、スキャン開始前に回転磁場印加の繰返し時間等のスキャンの条件の範囲に制限を設けていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９４１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、温度センサーの測定値が閾値を越えたときに勾配磁場発生部の駆動を停止させるような手法では、スキャンの途中で測定値が閾値を越えると、スキャンが途中で停止してしまう。このため、撮影画像を得ることができず、停止したスキャンによって得ていたデータ、および撮影時間が無駄となる場合がある。
勾配磁場発生部に流れる平均電流による仕事量に基づいてスキャンの条件を制限したのでは、仕事量が同じであればスキャン時間の長短は考慮されずに同じ制限が設けられる。このため繰返し時間を一定時間以下に設定することができない。その結果、たとえば、仕事量は多いものの時間が短くスキャン終了時点においては閾値まで勾配磁場発生部が温度上昇しないようなスキャンを実行することができず、勾配磁場発生部の能力を十分に活用することができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なうことができる磁気共鳴撮影装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、磁気共鳴撮影装置の勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なわせるための温度情報生成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気共鳴撮影装置は、被検体からの磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の被検部位を撮影する磁気共鳴撮影装置であって、前記磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生する勾配磁場発生部と、前記勾配磁場の発生により温度上昇する前記勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を出力する温度推定部と、前記推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する判断部とを有する。
【０００８】
また、本発明に係る温度情報生成方法は、被検体からの磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生し該勾配磁場の発生により温度上昇する勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を計算する推定ステップと、前記推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する判断ステップとを有する温度情報生成方法である。
【０００９】
本発明においては、勾配磁場発生部が、被検体からの磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生する。勾配磁場発生部は、勾配磁場を発生することにより温度上昇する。
温度推定部は、勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を出力する。判断部は、温度推定部が出力した推定値が、所定の閾値を越えているか否かを判断する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
【００１１】
第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴撮影（MRI）装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は図１に示すMRI装置のマグネットアセンブリの外観を示す斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、第１実施形態に係るMRI装置１００は、マグネットアセンブリ１、勾配磁場駆動回路３、RF電力増幅器４、前置増幅器５、計算機７、シーケンス記憶回路８、ゲート変調回路９、RF発振回路１０、A/D変換器１１、位相検波器１２、操作コンソール１３、表示装置１４、記憶部３０を有する。
【００１３】
マグネットアセンブリ１とMRI装置１００のその他の構成要素とは、適宜離れて配置される。
本実施形態に係るマグネットアセンブリ１は、たとえば、それぞれ２つに分割した主磁場発生部３２，３２と勾配磁場発生部３５，３５とを筐体BDに収容した構成を有している。
２つで１組の主磁場発生部３２，３２および勾配磁場発生部３５，３５は、たとえば、筐体BDの上下に対向して配置される上側マグネットケース１１aおよび下側マグネットケース１１bの内部にそれぞれ片方ずつ収容される。
【００１４】
上側マグネットケース１１aと下側マグネットケース１１bとの間が、被検体PTが搬入される撮影空間９４となる。
図２に示すように、被検体PTは、移動可能なクレードル９０によって撮影空間９４内に搬入される。
【００１５】
主磁場発生部３２は、たとえば、永久磁石を用いて構成する。上下に対向配置された永久磁石による主磁場発生部３２，３２は、均一な主磁場を撮影空間９４内に形成する。
主磁場発生部３２，３２が形成する主磁場は、被検体PTの撮影中常に磁界強度が一定で撮影空間９４内において均一となるように保たれるため、静磁場とも呼ばれる。
【００１６】
主磁場発生部３２は、永久磁石の他に、超伝導磁石や常電導磁石等の他の磁石を用いて構成することもできる。なお、超伝導磁石または常電導磁石を用いる場合には、これらの磁石は電流供給のための電源に接続される。
【００１７】
勾配磁場発生部３５は、たとえばコイルを用いて構成する。上側マグネットケース１１aおよび下側マグネットケース１１bの内部に配置される勾配磁場発生部３５，３５は、後述する受信用コイルが検出する磁気共鳴信号に３次元の位置情報を持たせるために３系統のコイルを有する。
勾配磁場発生部３５は勾配磁場駆動回路３に接続され、勾配磁場駆動回路３からの駆動信号に応じた勾配磁場を発生する。
【００１８】
MRI装置１００は、静磁場および勾配磁場が印加される被検体PTの被検部位に対して回転磁場を印加するための送信コイル３７を有する。回転磁場は、被検部位の原子核のスピンをその中心軸を傾けて回転させるためのRF（Radio Frequency）帯の磁場である。
送信コイル３７は、たとえば、マグネットケース１１a，１１bの内部に収容される。
送信コイル３７はRF電力増幅器４に接続され、RF電力増幅器４から供給される電力に応じた回転磁場を被検部位に印加する。
【００１９】
また、MRI装置１００は、静磁場および勾配磁場中の被検部位への回転磁場の印加によるエコーとして発生する被検部位からの磁気共鳴信号を検出するための受信コイル３９を有する。受信コイルとしては、たとえば、被検体PTの頭部や腹部や肩等の被検部位を部分的に覆うような専用のコイルを用いる。
受信コイル３９は前置増幅器５に接続され、受信コイル３９が検出した磁気共鳴信号が、前置増幅器５によって増幅される。
【００２０】
シーケンス記憶回路８は、勾配磁場駆動回路３と、ゲート変調回路９と、A/D変換器１１と、計算機７の後述する制御部２１とに接続されている。
ゲート変調回路９は、RF電力増幅器４とRF発振回路１０とにさらに接続されている。RF発振回路１０は、前記増幅器５およびA/D変換器１１に接続される位相検波器１２にさらに接続される。
【００２１】
シーケンス記憶回路８は、制御部２１が生成した磁気共鳴画像取得のためのパルスシーケンスを記憶し、制御部２１から撮影指令信号が入力されたときには記憶したパルスシーケンスに応じて勾配磁場駆動回路３、ゲート変調回路９およびA/D変換器１１を駆動制御する。
【００２２】
勾配磁場駆動回路３は、シーケンス記憶回路８からの制御に応じて、所定のパルス波形で勾配磁場発生部３５を駆動する駆動信号を勾配磁場発生部３５に出力する。
RF発振回路１０は、所定周波数のRF信号を生成してゲート変調回路９および位相検波器１２に出力する。ゲート変調回路９は、シーケンス記憶回路８からの制御を基に所定のタイミングでRF発振回路１０からのRF信号を変調し、所定の波形のRF励起パルス信号を、RF電力増幅器４を介して送信コイル３７に印加する。
【００２３】
位相検波器１２は、RF発振回路１０から出力されるRF信号を参照信号とし、前置増幅器５からの出力信号（受信コイル３９によって検出され、前置増幅器５により増幅された磁気共鳴信号）を位相検波したのちにA/D変換器１１に出力する。A/D変換器１１は、シーケンス記憶回路８からの制御に基づいて、位相検波器１２による位相検波後のアナログ信号をデジタル信号に変換し、計算機７の処理部２３に出力する。
【００２４】
計算機７は、図１に示すように構成要素として制御部２１、処理部２３、温度推定部２５および判断部２７を有する。温度推定部２５を、以下では単に推定部２５と記述する場合もある。計算機７を構成するCPU（Central Processing Unit）等のハードウェアは、１つのハードウェアによって実現してもよいし、上記構成要素に対して適宜ハードウェアを割り当ててもよい。
A/D変換器１１に接続される処理部２３が制御部２１に接続される。
また、制御部２１は、推定部２５および判断部２７にも接続している。推定部２５と判断部２７とがさらに接続される。
また、たとえばRAM（Random Access Memory）やハードディスクドライブによって実現される記憶部３０が、制御部２１、推定部２５および判断部２７から適宜アクセスされるようになっている。
さらに、制御部２１には、たとえばキーボードやマウスによって実現され、オペレータの操作に応じた信号を制御部２１に出力するための操作コンソール１３と、テレビモニター等の表示装置１４とが接続される。
【００２５】
処理部２３は、A/D変換器１１から送信されたデジタルデータに対して演算処理や画像処理等の所定の処理を施し、磁気共鳴画像を生成する。処理部２３が生成した磁気共鳴画像は、制御部２１を介して記憶部３０に記憶される。
記憶部３０には、磁気共鳴画像の他に、勾配磁場発生部３５に関する直流抵抗、熱容量、放熱量の値等のパラメータも予め記憶されている。
【００２６】
詳しくは後述するが、推定部２５は記憶部３０から読み出した上記パラメータと制御部２１から送信されるパルスシーケンスの情報とに基づいて、勾配磁場発生部３５の発熱量および温度上昇量の推定値を計算し、得られた推定値を判断部２７に送信する。
判断部２７は、推定部２５からの推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断し、判断結果を制御部２１に送信する。前述の閾値は、たとえば、記憶部３０に予め記憶させておく。オペレータの操作により、この閾値の値を変化させることも可能である。
【００２７】
制御部２１は、推定部２５が計算した推定値が閾値を越えているという判断結果が判断部２７から送信されてきたときには、その旨を報知する警告をたとえば表示装置１４に表示させる。
また、制御部２１は、処理部２３が生成した画像および記憶部３０に記憶させていた画像を適宜表示装置１４に表示させる。
さらに、制御部２１は操作コンソール１３を介してオペレータから入力される種々の設定値に基づいて、所定位置の被検部位の撮影時間や撮影画像の種類を規定するパルスシーケンスを生成する。なお、撮影画像の種類は、たとえば、被検部位のどの断面を撮影するか、どの組織を強調するか等の設定により変化する。
制御部２１は、生成したパルスシーケンスの情報を、シーケンス記憶回路８および推定部２５に出力する。
制御部２１は、出力したパルスシーケンスを実行させる制御指令をシーケンス記憶回路８に出力する前に、推定部２５に勾配磁場発生部３５の温度上昇量を推定させる。
【００２８】
図１に示す、本発明の第１実施形態に係るMRI装置１００の動作について、図３および図４を参照しながら述べる。
図３は、制御部２１が生成するパルスシーケンスの一例を示すパルスシーケンス図であり、図４は、MRI装置１００における温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。
【００２９】
撮影に際しては、まず、オペレータはMRI装置１００が実行すべきパルスシーケンスを制御部２１に生成させる。このとき、オペレータはパルスシーケンスにおける繰返し時間TRを適宜設定する（ステップST１）。
【００３０】
以下に詳細を述べる。図３の横軸は経過時間tを表わしており、各グラフは、図３の上から順にRF励起パルス送信シーケンスRF、スライス選択勾配磁場信号送信シーケンスG_slice、位相エンコード勾配磁場信号送信シーケンスG_phase、読み取り勾配磁場信号送信シーケンスG_read、磁気共鳴信号発生シーケンスSignalである。
【００３１】
シーケンスRFは、ゲート変調回路９がRF電力増幅器４を介して送信コイル３７に印加するRF励起パルス信号５０の波形を示している。
シーケンスG_sliceは、被検部位の撮影スライスの選択に用いる勾配磁場を発生させるために勾配磁場駆動回路３が勾配磁場発生部３５に印加するスライス選択勾配磁場信号５１の波形を表わしている。
シーケンスG_phaseは、被検体の位相方向の位置情報のエンコーディングに用いる勾配磁場を発生させるために勾配磁場駆動回路３が勾配磁場発生部３５に印加する位相エンコード勾配磁場信号５２の波形を表わしている。
シーケンスG_readは、RF励起パルス信号５０に基づく回転磁場が送信コイル３７により印加された被検部位から磁気共鳴信号５４を放出させる勾配磁場を発生させるために、勾配磁場駆動回路３が勾配磁場発生部３５に印加する読み取り勾配磁場信号５３の波形を表わしている。
シーケンスSignalは、被検部位から放出される磁気共鳴信号５４を表わしている。
【００３２】
本発明において勾配磁場発生部３５に印加される駆動信号の一実施態様が、スライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３に相当する。
前述のように勾配磁場発生部３５には３系統のコイルが存在する。しかし、３系統のコイルの組み合わせにより１つの勾配磁場が形成されるため、以下では、上記の各駆動信号は勾配磁場発生部３５が全体として発生する勾配磁場のスライス選択成分、位相エンコーディング成分および読み取り成分をそれぞれ規定する信号であると考える。
【００３３】
図３に示すように、RF励起パルス信号５０の１つのパルスの中心からこのRF励起パルス信号５０により発生する磁気共鳴信号５４の中心までをエコー時間TEと言う。また、RF励起パルス信号５０の１つのパルスの中心から次のパルスの中心までの時間を繰返し時間TRと言う。
【００３４】
RF励起パルス信号５０、スライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３の波形は、たとえば、グラディエントエコー法やスピンエコー法等のどのような撮影方法を用いて磁気共鳴信号５４を得るかによって異なる。撮影に際して、オペレータはどのような撮影方法によって撮影を行なうかを、操作コンソール１３を介して制御部２１に指示する。このとき、繰返し時間TRは、オペレータが適宜設定することができる。オペレータは、繰返し時間TRについても、制御部２１に指示を与えて設定する。
【００３５】
オペレータが指示する撮影方法のパルスシーケンスの基本パターンは、たとえば、記憶部３０に予め記憶させておく。制御部２１は、オペレータから指示された撮影方法に対応するパルスシーケンスの基本パターンを記憶部３０から呼び出し、この基本パターンと設定された繰返し時間TRとを用いて、撮影のためのパルスシーケンスを生成する。
たとえば、１枚の断層画像を得ることを１スキャンと言う。１スキャン中には、撮影方法に応じて繰返し時間TRが所定回数含まれる。
【００３６】
撮影において図３に示すようなスライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３によって規定される電流が勾配磁場発生部３５に実際に印加されると、勾配磁場発生部３５からは熱が発生する。勾配磁場発生部３５の発熱は勾配磁場発生部３５の性能や撮影環境に影響を及ぼすため、発熱を所定の範囲内に抑えることが好ましい。本実施形態においては、撮影時間内における勾配磁場発生部３５の温度上昇が所定の範囲内に抑まるか否かを判断するために、勾配磁場発生部３５の温度上昇量を予め推定する。
【００３７】
制御部２１は、生成したパルスシーケンスを実行させる撮影指令信号をシーケンス記憶回路８に送信する前に、勾配磁場発生部３５の温度上昇量を推定させる指令信号を温度推定部２５に出力する。
推定部２５は、以下に詳述するモデルに基づいて計算を行ない、温度上昇量の推定値を算出する。以下に述べる温度上昇量の推定モデルは計算を簡単化および高速化するためにある程度簡単化したモデルであるが、以下に述べるモデル以外のモデルに基づいて温度上昇量を計算してもよい。
【００３８】
推定部２５における処理について簡単に述べると、推定部２５は生成されたパルスシーケンスの開始から終了までに勾配磁場発生部３５の全ての勾配コイルに流れる電流に基づく発熱量を計算し、単位時間当たりの放熱量に基づき勾配磁場発生部３５におけるパルスシーケンス開始から終了までの放熱量を計算し、得られた発熱量から放熱量を引いて求めた熱量から、パルスシーケンス終了時の温度上昇量を求める。
【００３９】
温度上昇量の推定値計算のために、推定部２５は推定モデルにおいて用いる勾配磁場発生部３５の直流抵抗R、勾配磁場発生部３５の定容熱容量C、勾配磁場発生部３５からの単位時間当たりの放熱量Qc等のパラメータを記憶部３０から呼出す（ステップST２）。
直流抵抗R、熱容量C、放熱量Qcは、たとえば、実験により予め測定して入手しておくことが可能である。本実施形態においては、単位時間当たりの放熱量Qcは所定の定数であるとする。
【００４０】
上記各種パラメータを呼出した後に、推定部２５は以下の推定モデルに基づいて勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTを計算する（ステップST３）。
熱力学第一法則に基づくと、まず、勾配磁場発生部３５の内部エネルギーの変化ΔUは、勾配電流により勾配磁場発生部３５に与えられる仕事量（発熱量）ΔWと、スキャン中の放熱により勾配磁場発生部３５から除去される熱量Qctとにより、下記式（１）で表わされる。
【００４１】
【数５】
ΔU＝ΔW−Qct…（１）
【００４２】
ここで、勾配電流とは、図３に示すスライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３に基づいて勾配磁場発生部３５に印加される電流を意味する。
また、スキャン中の放熱としては、自然放熱や、空冷、水冷等の冷却による放熱がある。
【００４３】
１スキャンにより推定値ΔTだけ勾配磁場発生部３５が温度上昇したとすると、勾配磁場発生部３５からの発熱量ΔQは、下記式（２）によって表わすことができる。
【００４４】
【数６】
ΔQ＝C・ΔT…（２）
【００４５】
内部エネルギーの変化ΔUが全て発熱になると仮定すると、式（１）は式（２）から下記式（３）となる。
【００４６】
【数７】
C・ΔT＝ΔW−Qct…（３）
【００４７】
式（３）から、スキャン後の勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTを、下記式（４）のように求めることができる。
【００４８】
【数８】
ΔT＝（ΔW−Qct）／C…（４）
【００４９】
上式（４）におけるΔWおよびQctは、それぞれ下記式（５），（６）により求めることができる。
【００５０】
【数９】
ΔW＝Iave2・R・Tscan…（５）
Qct＝Qc・Tscan…（６）
【００５１】
ここで、前述したが、記号Rは勾配磁場発生部３５の直流抵抗を表わし、記号Qcは勾配磁場発生部３５からの単位時間当たりの放熱量を表わす。上式（５），（６）におけるスキャン時間Tscanは、制御部２１が生成したパルスシーケンスから算出することができる。また、Iaveはスキャン時の勾配磁場発生部３５に流れる平均電流であり、勾配磁場発生部３５に流れる電流の変化を表わす関数Ig（t）と繰返し時間TRとにより下記式（７）を用いて計算することができる。
【００５２】
【数１０】
関数Ig（ｔ）は、スライス選択勾配磁場信号５１、位相エンコード勾配磁場信号５２および読み取り勾配磁場信号５３の波形によって決まり、たとえば、これらの信号５１〜５３の波形を表わす関数の合成関数を関数Ig（ｔ）として用いることができる。
式（７）を代入した式（５）と、式（６）とを式（４）に代入することにより、推定値ΔTは最終的に下記式（８）を用いて計算することができる。
【００５４】
【数１１】
式（８）を用いて推定値ΔTを計算後、推定部２５は算出した推定値ΔTのデータを判断部２７に送信する。
判断部２７は、予め定められている所定の閾値を記憶部３０から呼出し、推定部２５から受信した推定値ΔTがこの閾値を越えているか否かを判断し、判断結果を制御部２１に送信する（ステップST４）。
【００５６】
第１実施形態における閾値を閾値S１とする。推定値ΔTが閾値S１以下であるとの判断結果が判断部２７から送信されてきた場合には、制御部２１はシーケンス記憶回路に指令信号を出力し、記憶させたパルスシーケンスに従ってスキャンを実行させる（ステップST５）。
【００５７】
推定値ΔTが閾値S１よりも大きいとの判断結果が判断部２７から送信されてきた場合には、たとえば、制御部２１は推定値ΔTが閾値S１を越えることをオペレータに報知する警告表示を表示装置１４に表示させる（ステップST６）。
警告は、表示装置１４における表示に限らず、たとえば、図示しないスピーカーから警告音を発生させて報知するようにしてもよい。
【００５８】
繰返し時間TRを変更することにより推定値ΔTの値は変化するため、ステップST４において推定値ΔTが閾値S１を越えていたと判断された場合には、制御部２１は繰返し時間TRを再設定する状態にし、オペレータは繰返し時間TRを再設定する（ステップST７）。
繰返し時間TRの再設定後にはステップST３に戻り、推定部２５は新たに設定された繰返し時間TRに基づいて推定値ΔTを再び計算する。
以上のステップは、スキャンが実行されるまで繰返される。
【００５９】
以上のように、第１実施形態においては、スキャンを実行する前に、勾配磁場発生部３５の温度上昇量を予め推定する。このため、温度上昇量の推定値が所定の範囲内に抑えられるようにスキャンのパルスシーケンスを設定することができる。温度上昇量が所定範囲内に抑えられるパルスシーケンスにより実行するスキャンにおいては、温度を下げるためにスキャンを途中で停止する必要がなく、スキャン時間や採取したデータに無駄が生じない。
配磁場発生部３５の温度上昇量は、予め入手した勾配磁場発生部３５およびMRI装置１００等のハードウェアの特性を用いて推定計算するため、推定のためにハードウェアに特別な変更を施す必要がない。
【００６０】
また、本実施形態において用いる温度上昇量の推定値ΔTの計算式（８）はスキャン時間に対応したものであるため、平均電流Iaveが大きくともスキャン時間Tscanが短ければ温度上昇量は小さく推定される傾向にある。
これにより、従来は下記式（９）のようにデューティ・サイクルという概念により規定していた繰返し時間TRの制限値TRmin以下の繰返し時間TRを設定できるようになる。その結果、勾配磁場発生部３５の能力を活用して、平均電流Iaveがある程度大きく、かつ、スキャン時間Tscanが短いスキャンを実行することができるようになる。
【００６１】
【数１２】
式（９）において、時間Tseqはパルスシーケンスの中で勾配磁場が存在する区間の時間であり、たとえば、図３に示す時間Tseq１と時間Tseq２との和が時間Tseqとなる。また、式（９）における平均電流Idutyは、Wduty＝（Iave）2／（Imax）2 により規定するデューティ・サイクルWdutyの値を越えないように制限した平均電流の値である。ここで、勾配電流Imaxは、勾配磁場の最大振幅を与える電流を意味する。
【００６３】
第２実施形態
第１実施形態においては、駆動による勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTに基づいて警告を報知していた。以下に述べる第２実施形態においては、被検体PTの周囲の実際の雰囲気の温度を推定する。
そのために、第２実施形態に係るMRI装置２００は、図５に示すように温度センサー４０を有する。MRI装置２００のその他の構成は第１実施形態に係るMRI装置１００と同じであるため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
【００６４】
本発明における温度測定手段の一実施態様が、温度センサー４０である。温度センサー４０としては、たとえば、熱電対やサーミスタを用いる。
温度センサー４０は、たとえば、マグネットアセンブリ１の筐体BDの撮影空間９４に連通する位置に設置される。これにより、温度センサー４０は撮影空間９４に搬入された被検体PTの周囲の雰囲気温度を測定する。
温度センサー４０による雰囲気の測定温度Tは、たとえば、スキャンを実行しているか否かに関わらず常に制御部２１に送信されるようにする。
【００６５】
図６は、MRI装置２００における温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。ただし、図６のフローチャートにおけるステップST１，２およびステップST４〜７は第１実施形態に係る図４のフローチャートの場合とほぼ同じであるため、詳細な記述は省略する。
【００６６】
第２実施形態においては、たとえばステップST２の終了後に、推定部２５は制御部２１から温度センサー４０による測定温度Tを入手する（ステップST２A）。
推定部２５は、入手した測定温度Tを用いて、スキャン後の雰囲気温度の推定値（T＋ΔT）を計算する（ステップST３A）。
ステップST３Aにおける勾配磁場発生部３５の温度上昇量の推定値ΔTは、第１実施形態と同様に式（８）によって計算する。
【００６７】
第２実施形態における閾値を閾値S２とすると、雰囲気温度推定値（T＋ΔT）が閾値S２を越えているか否かをステップST４において判断し、ステップST５以下のステップに進む。
図６においては測定温度Tの入手の時点から繰返し時間TRの再設定の間に測定温度Tの値はほとんど変化しないと仮定してステップST７からステップST３Aへ戻っている。しかし、ステップST２Aへ戻り、できるだけ新しい測定温度Tの値を使用して雰囲気温度推定値（T＋ΔT）を計算するようにしてもよい。
【００６８】
以上のように、第２実施形態においては温度センサー４０による測定温度Tを利用して被検体PTの周囲の雰囲気温度の推定値（T＋ΔT）を計算する。このため、被検体PTの周囲の温度をより正確に推定することが可能になる。その結果、 第１実施形態における効果に加えて、MRI装置２００をより細かく駆動制御することが可能になる。たとえば、測定温度Tが比較的高い場合には、勾配磁場発生部３５の温度上昇量が比較的高くなると推定されるスキャンの実行を防止し、被検体PTが感じる温度を所定の範囲内に抑えることが可能になる。また、測定温度Tが比較的低い場合には、勾配磁場発生部３５の能力を十分に活用したスキャンを実行することができるようになる。
【００６９】
変形形態
第１、第２実施形態においては単位時間当たりの放熱量Qcを定数であるとしていたが、放熱量Qcの値を条件に応じたマップとして予め複数個記憶させておいてもよい。記憶部３０が、この放熱量Qcのマップを記憶する。
【００７０】
勾配磁場発生部３５からの単位時間当たりの放熱量Qcは、勾配磁場発生部３５およびその雰囲気温度と相関関係を有している。このため、第１実施形態に係るMRI装置１００においては、たとえば、スキャンの繰返し回数に応じてマップから選択した放熱量Qcの値を用いて推定部２５が推定値ΔTを計算する形態にすれば、より高精度に推定値ΔTを計算することができる。
第２実施形態に係るMRI装置２００においては、たとえば、温度センサー４０による測定温度Tに応じて推定部２５が放熱量Qcの値をマップから選択して推定値ΔTを計算する形態にすれば、より高精度な推定値ΔTの計算が可能になる。
【００７１】
以上のように、上記の変形形態によれば、推定値ΔTまたは雰囲気温度推定値（T＋ΔT）の計算結果がより高精度になる。
その結果、MRI装置１００またはMRI装置２００を、さらに細かく駆動制御することが可能になる。
【００７２】
なお、本発明は上記の実施形態および図面の記載に関わらず、特許請求の範囲内において適宜変更可能である。
たとえば、上記実施形態においては勾配磁場発生部３５の３系統のコイルをまとめて取り扱ったが、３系統のコイルの個々のコイルについてそれぞれ温度上昇量の推定値ΔTを計算してもよい。
また、図２には撮影空間９４の大部分が開放されているいわゆるオープンタイプのマグネットアセンブリを示したが、撮影空間が円筒形状をしており端部のみが開放されているいわゆるシリンドリカルタイプのマグネットアセンブリにも本発明は適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なうことができる磁気共鳴撮影装置を提供することができる。
また、本発明によれば、磁気共鳴撮影装置の勾配磁場発生部の能力を十分に活用して撮影を行なわせるための温度情報生成方法を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るMRI装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すMRI装置のマグネットアセンブリの外観を示す斜視図である。
【図３】図１に示すMRI装置の制御部が生成するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るMRI装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る温度情報作成の手順および作成した温度情報を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１……マグネットアセンブリ、２１…制御部、２３…処理部、２５…推定部、２７…判断部、３０…記憶部、３２…主磁場発生部、３５…勾配磁場発生部、３７…送信コイル、３９…受信コイル、４０…温度センサー、Iave…平均電流値、TR…繰返し時間、Qc…放熱量、Tscan…撮影時間
Claims (8)
- 被検体からの磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の被検部位を撮影する磁気共鳴撮影装置であって、
前記磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生する勾配磁場発生部と、
前記勾配磁場の発生により温度上昇する前記勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を出力する温度推定部と、
前記推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する判断部とを有し、
前記温度推定部は、前記勾配磁場の発生のために前記勾配磁場発生部に印加される駆動信号の波形に基づく前記勾配磁場発生部に流れる平均電流値と、前記勾配磁場発生部の直流抵抗と、前記勾配磁場発生部の熱容量と、前記勾配磁場発生部からの放熱量と、前記被検部位の撮影に要する撮影時間とに基づいて前記推定値を推定し、
所定の条件に応じた複数の前記放熱量の値をマップとして記憶する記憶部をさらに有し、
前記温度推定部は、前記マップを用いて前記推定値を推定する
磁気共鳴撮影装置。 - 前記駆動信号の波形の変化に基づく前記勾配磁場発生部に流れる電流の変化を表わす関数Ｉｇ（ｔ）と、前記磁気共鳴信号を発生させるために前記被検体に印加する励起パルスの繰返し間隔を表わす繰返し時間ＴＲとに基づいて下記式により前記平均電流値Ｉａｖｅを計算し、
- 前記被検体の周囲の所定の位置の温度を測定する温度測定手段をさらに有し、
前記温度推定部は、前記温度測定手段による測定値と前記推定値とに基づいて雰囲気温度推定値を予め計算して出力し、
前記判断部は、前記温度推定部から出力された前記雰囲気温度推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する
請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴撮影装置。 - 前記温度推定部からの出力が前記閾値を越えていることを警告する警告手段を有する
請求項１〜３のいずれかに記載の磁気共鳴撮影装置。 - 被検体からの磁気共鳴信号に位置情報を付与するための勾配磁場を発生し該勾配磁場の発生により温度上昇する勾配磁場発生部の温度上昇量を予め推定し推定値を計算する推定ステップと、
前記推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する判断ステップと有し、
前記推定ステップにおいて、前記勾配磁場の発生のために前記勾配磁場発生部に印加される駆動信号の波形に基づく前記勾配磁場発生部に流れる平均電流値と、前記勾配磁場発生部の直流抵抗と、前記勾配磁場発生部の熱容量と、前記勾配磁場発生部からの放熱量と、前記磁気共鳴信号に基づく前記被検体の被検部位の撮影に要する撮影時間とに基づいて前記推定値を計算し、
さらに、前記推定ステップにおいて、所定の条件に応じて予め規定した複数の前記放熱量の値から前記条件に応じた値を用いて前記推定値を計算する
温度情報生成方法。 - 前記推定ステップにおいて、
前記駆動信号の波形の変化に基づく前記勾配磁場発生部に流れる電流の変化を表わす関数Ｉｇ（ｔ）と、前記磁気共鳴信号を発生させるために前記被検体に印加する励起パルスの繰返し間隔を表わす繰返し時間ＴＲとに基づいて下記式により前記平均電流値Ｉａｖｅを計算し、
- 前記被検体の周囲の所定の位置の温度を測定し測定値を検出する測定ステップをさらに有し、
前記推定ステップにおいて前記測定値と前記推定値とに基づいて雰囲気温度推定値を予め計算し、
前記判断ステップにおいて前記雰囲気温度推定値が所定の閾値を越えているか否かを判断する
請求項５又は請求項６に記載の温度情報生成方法。 - 前記判断ステップにおいて前記推定ステップにおける計算結果が前記閾値を越えていると判断された場合には警告を報知する警告ステップをさらに有する
請求項５〜７のいずれかに記載の温度情報生成方法。
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